Hablemos de riego “En muchos países el riego es un arte antiguo, tanto como la civilización, pero para la humanidad es una ciencia, la de sobrevivir”. N.D. Gulatti. Economista Gustavo Baroja Narváez PREFECTO PROVINCIAL PICHINCHA Ingeniero Mariano Zambrano Segovia PREFECTO PROVINCIAL MANABÍ Ingeniero Paul Carrasco Carpio PREFECTO PROVINCIAL AZUAY Mgs. Felipe Marcelino Chumpi Jimpikit PREFECTO PROVINCIAL MORONA SANTIAGO Doctor Angel Vinicio Coloma Romero PREFECTO PROVINCIAL BOLÍVAR Doctor Santiago Correa Padrón PREFECTO PROVINCIAL CAÑAR Economista Guillermo Herrera Villarreal PREFECTO PROVINCIAL CARCHI Doctor Jorge Guamán Coronel PREFECTO PROVINCIAL COTOPAXI Abogado Mariano Curicama Guamán PREFECTO PROVINCIAL CHIMBORAZO Ingeniera Lucía Sosa Robinzon de Pimentel PREFECTA PROVINCIAL ESMERALDAS Economista Esteban Quirola Bustos PREFECTO PROVINCIAL EL ORO Licenciado Jimmy Jairala Vallazza PREFECTO PROVINCIAL GUAYAS Licenciado Pablo Jurado Moreno PREFECTO PROVINCIAL IMBABURA Ingeniero Rafael Dávila Egüez PREFECTO PROVINCIAL LOJA Ingeniero Marco Troya Fuertes PREFECTO PROVINCIAL LOS RIOS Doctor Sergio Chacón Padilla PREFECTO PROVINCIAL NAPO Abogada Guadalupe Llori Abarca PREFECTA PROVINCIAL ORELLANA Abogado Antonio Kubes Robalino PREFECTO PROVINCIAL PASTAZA Ingeniero Patricio Cisneros Granizo PREFECTO PROVINCIAL SANTA ELENA Ingeniero Geovanny Benítez Calva PREFECTO PROVINCIAL SANTO DOMINGO DE LOS TSACHILAS Señor Guido Vargas Ocaña PREFECTO PROVINCIAL SUCUMBÍOS Ingeniero Fernando Naranjo Lalama PREFECTO PROVINCIAL TUNGURAHUA Sociólogo Salvador Quishpe Lozano PREFECTO PROVINCIAL ZAMORA CHINCHIPE Doctor Edwin Miño Arcos DIRECTOR EJECUTIVO CONGOPE Autor VÍCTOR HUGO CADENA ISBN: 978-9942-11-054-1 Derechos de autor: 037579 Primera Edición - 2014 Segunda Edición Quito, noviembre 2016 Impreso por: El Telégrafo EP. © Queda prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, sea cual sea el medio electrónico o mecánico utilizado, sin el consentimiento por escrito del autor. PRESENTACIóN A partir de julio de 2011, los Gobiernos Autónomos Descentralizados Provinciales del Ecuador, son ejecutores de la competencia exclusiva de Riego y Drenaje. Durante este tiempo, el CONGOPE, por intermedio de las principales universidades del país, así como por expertos nacionales y de los Organismos Internacionales de Cooperación (FAO, IICA) ha brindado a los equipos técnicos de los Gobiernos Autónomos Descentralizados Provinciales del Ecuador servicios de capacitación para actualizar sus conocimientos y transmitir experiencias que ha permitido una mejor gestión de esta competencia, elaborado planes participativos provinciales de Riego y Drenaje, formulado y ejecutado proyectos de inversión para mejorar la infraestructura y de esta manera incrementar la disponibilidad de agua para riego; lo señalado ha permitido tecnificar el riego parcelario, fortalecer la gestión de las organizaciones de regantes, recuperar los suelos anegados para la agricultura (en la Amazonia), impulsar la asociatividad de los productores, incrementar la co-gestión entre con los actores locales, regionales, nacionales e internacionales. El CONGOPE pone en consideración de los Gobiernos Autónomos Descentralizados Provinciales del Ecuador dos obras técnicas relacionadas con el Riego. El primer libro “HABLEMOS DE RIEGO” es un aporte al conocimiento técnico para fortalecer las capacidades de los equipos técnicos en riego; el segundo libro “HABLEMOS DE RIEGO CON LOS AGRICULTORES” posibilitará a los equipos técnicos en riego de los Gobiernos Autónomos Descentralizados Provinciales del Ecuador contar con una herramienta para la capacitación y mejoramiento técnico organizativo de las organizaciones de regantes. El CONGOPE continuará aportando con bibliografía especializada para que los gestores territoriales del Riego y Drenaje mejoren el servicio público para los productores que abastecen de alimentos y materias primas para la soberanía alimentaria y el mercado. GUSTAVO BAROJA Presidente del CONGOPE PRÓLOGO Si la producción alimentaria es el principal reto que tiene la humanidad; para quienes laboramos en el campo agrícola es un reto aún mayor, porque sabemos que tenemos que producir más, teniendo cada día menos agua. Sabemos que el agua es la vida, sabemos que sin agua no hay producción, pero ¿acaso necesitamos que haya hambre en nuestra gente para saber cuánto vale el agua? Es interés del autor, proporcionar al lector los conocimientos necesarios para saber regar de tal manera que se garantice una mayor y mejor producción y que se optimice la administración del recurso hídrico. En el transcurso de su lectura se van a adquirir las herramientas necesarias para conocer las necesidades de agua que tiene el cultivo, la capacidad de retener el agua que tiene el suelo, la cantidad de agua que se debe dar en el riego; así como, el tiempo y la frecuencia de éste. Se trata de llevar a todos aquellos que están inmersos en el campo agronómico, a los profesionales, estudiantes y agricultores, con un lenguaje sencillo, el entendimiento de la técnica para poder calcular y diseñar un sistema de riego, para poder determinar el volumen de agua con el que se está regando y la calidad del agua que se está aplicando. Se propuso el autor llegar de esta manera a quienes quieran producir más con menos agua, porque hace falta en nuestro entorno una guía, un libro que hable de riego, del riego en nuestro país, del riego que se debe hacer con nuestra limitada tecnología. INDICE Introducción 13 1.0 1.1 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.1.5 1.2 1.3 1.3.1 1.4 1.5 1.6 1,7 �,� 1,9 Relaciòn suelo – agua Caracterìsticas fìsicas de los suelos Textura Estructura Densidad Porosidad Profundidad Determinaciòn del contenido de agua en en suelo Movimiento del agua en el suelo Potencial del agua en el suelo Clases de Agua Estados de humedad del suelo Humedad aprovechable Mediciòn de la humedad �nfiltraci�n Caracterìsticas químicas 17 18 18 22 23 25 26 28 32 32 38 39 42 47 �� 59 2,0 2,1 2.1.1 2.1.2 2,13 Relaciòn agua-planta-clima Evotranspiraciòn Mètodos de Càlculo Mètodo de Blaney y Criddle Mètodo del tanque evaporímetro 61 62 66 71 87 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 3,9 Programación de riego Demandas de riego Reserva de agua disponible Láminas de riego Número de riegos Frecuencia de Riegos Tiempo de riego Balance diario de humedad Caudal característico Módulo de riego 93 93 101 103 105 106 108 108 110 110 4,0 4,1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4,2 ����� 4,3 4,4 4.4.1 Calidad del agua de riego La salinidad La salinidad de los suelos La salinidad del agua Tratamiento a los problemas de la salinidad La sodicidad �ratamiento a los pro�lemas de infiltraci�n La toxicidad Determinación de la clase de agua utilizada Aguas duras 115 116 116 118 123 127 ��� 133 137 141 4.4.2 Recomendaciones generales del uso del agua en la fertirrigación 5,0 5,1 5,2 ����� 5.2.2 5.2.3 5,3 145 145 146 ��� 148 148 5.3.1 a. b. c. ����� 5.3.3 5.3.4 5.3.5 5.3.6 Medidores de caudal Método volumétrico Métodos que relacionan el área con la velocidad ��todo de �otador Método del trazador Método del molinete Métodos que utilizan un estrechamiento en la sección transversal Vertederos Vertederos rectangulares Vertederos Trapezoidales Vertedores triangulares �rificios Aforo en tuberías Sifones Medidor sin cuello o garganta cortada Medidor Parshall 6,0 6,1 6.1.1 a. b. c. d. e. f. g. h. i. j. k. l. m� n. 6.1.2 a. b. c. d. e. f. g. 6.1.3 a. b. c. 6,2 6.2.1 Sistemas de Riego Riego por gravedad Riego por surcos Ventajas Desventajas Pendiente de los surcos Trazado de los surcos Formas de los surcos Separación entre surcos Técnicas de plantación Humedecimiento de los surcos Caudal máximo no erosivo Longitud de los surcos Tiempo de riego Derivación del agua a los surcos ��lculo de la infiltraci�n Cálculo y diseño del sistema Riego por melgas o tablares Ventajas Desventajas Suelos Dimensiones Pendiente Caudal y duración del riego Tiempo de riego196 Riego por inundación Ventajas Desventajas Tamaño de las pozas y tiempo de riego Riego por aspersión Ventajas 173 174 176 176 177 177 180 182 182 184 184 196 183 186 188 ��� 191 192 193 193 193 194 195 195 141 151 151 153 157 157 ��� 160 163 163 165 197 197 198 199 200 200 6.2.2 6.2.3 a. b. c. d. e. 6.2.4 a. b. 6.2.5 a. b. c. d. e. f. g. h. i. j. 6,3 6.3.1 a. b. c. d. e. f. Desventajas Componentes del sistema Fuente de agua Fuente de energía Sistemas de Distribución Aspersores Accesorios213 Sistemas de Riego Estacionarios Mecanizados Cálculo y diseño del sistema Elementos que intervinen Frecuencia de riegos Unidad de riego Caudal horario Precipitación Elección de los aspersores Pérdida de carga en la lateral Pérdida de carga en la principal Cálculo de la bomba Cálculo del motor Riego localizado Riego por goteo Las relaciones suelo-agua-planta Ventajas Desventajas Componentes de la instalación Disposición de las laterales Cálculo y diseño de una instalación Bibliografia consultada Lista de cuadros Lista de figuras 201 201 201 202 202 204 214 214 215 216 217 218 219 219 219 220 222 226 227 229 230 230 231 235 236 236 251 254 271 273 276 INTRODUCCION La producción alimentaria es el mayor reto que tiene la humanidad, ante el crecimiento acelerado de la población mundial y a la vez la disminución permanente del agua. Como señala Aldana (1996), el 3% del agua existente en el planeta, es agua dulce y apenas el 0.014% está en los ríos y lagos, es decir a disposición del hombre en forma relativamente fácil, mientras que el resto está en los glaciales y en el subsuelo. Pero de este pequeño volumen con el que contamos, entre el 70 y el 80% se le ocupa en la agricultura. Y aunque la FAO (Organización de las Naciones Unidas para la alimentación y la agricultura) señala, que para el año 2030 los países en desarrollo podrán aumentar la producción en un 33%, pero utilizando tan solo 12% más de agua; es decir con nuevas y más eficientes tecnologías de riego que significan un menor desperdicio y la optimización del recurso; el reto para nosotros está intacto y es por esto que para quienes estamos en el campo agrícola el conocimiento que se tenga sobre el riego en la agricultura adquiere una importancia vital; tenemos la obligación de saber aprovechar el agua con la que regamos. El riego es la actividad más utilizada por el hombre para la producción de sus alimentos. Es una actividad tan antigua como la creación del hombre, encontramos que la Biblia habla de él en el libro Génesis 2:10 cuando dice “De Edén salía un río que regaba el Jardín, de allí se dividía y se formaban de él cuatro brazos “. La Historia nos cuenta de las obras de riego que se hicieran en Egipto y Mesopotamia 3500 años a. de C. obras como la construcción de canales, de presas o de repartición. Nos dice que la construcción de la represa Tu – Kiang en la China, se la realizó en el año 2627 a. de C. En América, nuestros aborígenes en sus creencias, mitos y ritos siempre estaba presente el agua; se hablaba de Q`on el dios sin huesos que era capaz de cortar camino a través de las montañas para llegar a la costa y dar alimento a su pueblo. Era en realidad el agua a quien se referían y es que ésta a través del riego hace posible la producción y por ende la alimentación del pueblo. Y cuando hablamos de agua en el campo, la relacionamos a esta con la producción, con la agricultura o cultivo de plantas útiles que es la actividad básica, esencial de la humanidad; por que el hombre depende de la agricultura para su alimentación, donde la producción es deficitaria existe desnutrición y hambre y un pueblo así es un pueblo con enfermedades y miseria, como podemos ver desgraciadamente muy a menudo en los noticieros. Dependemos de la agricultura para la vestimenta, ya que las plantas son la materia prima para la elaboración de fibras para la confección de las prendas de vestir. Dependemos de la agricultura para la vivienda, porque de las plantas se hacen los muebles, las puertas, ventanas etc. y en algunos lugares la construcción misma de la vivienda. Dependemos de la agricultura para conservar la salud ya que las plantas son la materia prima en la elaboración de los medicamentos. La mayoría de la población ecuatoriana depende de la agricultura para su subsistencia, es la forma de conseguir el sustento para la educación y en general el bienestar familiar. Pero el éxito de la agricultura radica en la combinación apropiada de los elementos que intervienen en el desarrollo de las plantas, entre los que están el agua, el suelo, la semilla, el aire, la temperatura, la luz solar, los nutrientes, las plagas, las enfermedades, las malezas y su control, las podas como protección de la estructura de la planta y la densidad del cultivo. De todos estos elementos vemos que algunos son controlados por la naturaleza en tanto que otros pueden ser controlados por el hombre y entonces decimos que la producción agrícola depende en gran medida del control que tenga el agricultor sobre los factores que limitan el desarrollo de sus cultivos, uno de esos factores es el agua, que en zonas secas, áridas o semiáridas se convierte en el principal factor limitante en la producción, pero también, en zonas templadas y tropicales, la irregular intensidad, frecuencia y distribución del agua puede producir un exceso de agua para la planta y puede terminar pudriendo su raíz; en los dos casos se tendrá una reducción de los rendimientos. Si damos un vistazo a nuestras provincias serranas encontraremos que hay climas, suelos, cultivos y costumbres diferentes, pero en todos ellos las plantas cultivadas tienen en común la necesidad de agua para desarrollarse. Y esta necesidad se puede cubrir de dos maneras, por la precipitación y por el riego; si la primera no puede ser controlada por el hombre ni en intensidad, ni en duración, ni en frecuencia, nos queda acudir al riego, entendiéndose como tal “la aplicación artificial al suelo de la cantidad de agua requerida por el cultivo, en el momento oportuno y de una manera uniforme y eficiente “. Este concepto nos aclara: ¿Qué volumen de agua debemos dar al cultivo?; se debe entregar al cultivo sólo el volumen de agua que necesita, porque esa es la cantidad que le beneficia ; si aplicamos menos es obvio que el rendimiento del cultivo será inferior al óptimo, pero si aplicamos en exceso tendremos además de una baja en el rendimiento: desperdicio del volumen de agua; lavado de los nutrientes y fertilizantes; ocasionamos erosión por escurrimiento superficial, o también podemos causar asfixia en las raíces al formar capas freáticas altas al no contar con un buen sistema de drenaje ¿Cuándo me toca regar? Se debe aplicar el agua al suelo en los momentos en que el cultivo necesite. Lo importante es que el agua se encuentre disponible para las plantas entre dos riegos consecutivos y ¿Cómo debo regar? De manera uniforme sin que haya ni falta ni exceso de agua en ningún lugar de la parcela que se está regando. Entonces; para que el cultivo tenga un desarrollo óptimo, necesita de un cierto volumen de agua, el mismo que puede ser cubierto en determinados lugares solamente con la lluvia y en otros es necesario complementarle con el riego. Pero no sólo se requiere de cierta cantidad de agua, sino que la aplicación de esta debe dosificarse adecuadamente durante el tiempo que dura el ciclo vegetativo, desde la siembra hasta la cosecha. Si el agua escasea durante períodos considerables, el rendimiento de los cultivos disminuye proporcionalmente al déficit de humedad que padezcan, pudiendo llegar a marchitarse y morir prematuramente si la escasez de agua se prolonga. Pero también, cuando la cantidad de agua es excesiva y el sobrante no puede drenarse fácilmente, la humedad impide la respiración de las raíces y el cultivo se ve afectado. En la mayor parte del territorio de nuestro país el agua de lluvia no es suficiente para obtener cosechas económicamente productivas, por lo que es necesario regar. Pero vemos que el agua se está volviendo cada día un recurso más escaso porque su demanda crece sin cesar y sus fuentes son cada vez menores; demanda que no solo se refiere al uso agrícola sino a los urbano – domésticos e industriales. Tengamos presente que, a pesar de que el riego no es el único factor que influye en el rendimiento, un cultivo bien regado produce mucho más que uno sin riego, aún en condiciones de humedad favorable. La importancia del riego en nuestros tiempos ha sido definida con precisión por el investigador indio N. D. Gulhati que dice: “En muchos países el riego es un arte antiguo, tanto como la civilización, pero para la humanidad es una ciencia, la de sobrevivir”. La intención es que este manual sirva para que quien le revise adquiera los conocimientos necesarios, que al ser debidamente utilizados, garanticen rendimientos superiores a los que actualmente se obtienen en la mayoría de los cultivos Se pretende que al utilizar el recurso agua en forma eficiente, bajo el supuesto de una utilización racional de otros insumos y un manejo adecuado de la tierra, se pueda mejorarar significativamente los rendimientos y la calidad de la mayoría de los cultivos ya que la agricultura serrana actualmente está dejando de ser en nuestro país una actividad rentable. Hablemos de riego 1. RELACIÓN SUELO - AGUA La fase líquida del suelo está constituida por el agua y las soluciones del suelo. El agua procede de la atmósfera en forma de lluvia, nieve, granizo, humedad atmosférica, pudiendo tener otras fuentes como las infiltraciones y las capas freáticas; mientras que las soluciones del suelo proceden de la alteración de los minerales y de la materia orgánica. El agua ejerce importantes acciones tanto en la formación de los suelos como en la fertilidad del mismo a tal punto que se dice que donde no hay agua, no hay suelos. Por suelo se entiende una mezcla compleja, formada de: • Piedras y minerales característicos • Raíces y restos vegetales • Microorganismos vivos y muertos • Poros o huecos La proporción de los mismos y las características de los minerales, son los que dan las propiedades al suelo para el desarrollo de las plantas. Partiendo de la consideración agronómica de que el suelo es la primera capa de la tierra, con espesor variable, que coincide con la capa arable y en la cual se sitúa la mayor cantidad de materia orgánica, vemos que el suelo está formado de partículas de distintos tamaños y formas que se han originado de la degradación de las rocas (partículas minerales) o de la descomposición de plantas y de animales (partículas orgánicas o materia orgánica); en la mayoría de los suelos las partículas están unidas entre sí formando unidades más grandes llamados agregados los que a su vez se unen para formar terrones. Entre las partículas, agregados y terrones se encuentran espacios denominados poros, los mismos que ocupan entre 35 y 70% del espacio del suelo, dependiendo de su textura y de su estructura En la práctica los poros se dividen en dos: pequeños o capilares y grandes o macroporos, dependiendo de la compactación de las partículas que lo forman, siendo la línea de separación entre ellos los poros de 0.05 mm. de diámetro; en los suelos pesados la mayoría son poros capilares, mientras que en los suelos arenosos tenemos los grandes poros, siendo en los suelos arenosos donde se encuentran poros estables y permanentes, mientras que en los suelos pesados se tienen poros muy variables por las contracciones y expansiones de sus partículas al variar su humedad. Aspectos externos que tiene que ver con el tamaño de los poros en la capa superior del suelo (30cm.) son las acciones agro técnicas y la presencia de la maquinaria agrícola; en los estratos más profundos la influencia de las raíces de los cultivos y la presencia de microorganismos. Las características de los poros es necesario conocer por la influencia que ejercen sobre el crecimiento de la planta al encontrarse en ellos el agua y el aire. Cuando el suelo está seco los poros están llenos de aire, tras un riego éstos pueden llenarse completamente de agua. Es decir el suelo es un sistema complejo compuesto de sólidos, líquidos y gases. 17 Víctor Hugo Cadena Navarro El movimiento, y disponibilidad del agua en el suelo está determinado principalmente por las propiedades físicas de este, en especial la textura, la estructura, la porosidad y la profundidad. 1.1 Características físicas de los suelos 1.1.1 Textura Es la proporción relativa de arena, limo y arcilla contenidos en el suelo; es decir que atendiendo a su textura, los suelos se clasifican en arenosos, limosos o arcillosos, según el componente predominante. Las partículas de arena tienen diámetros entre 2 y 0.02 mm, las de limo entre 0.02 y 0.002 mm y las de arcilla son menores de 0.002 mm según la clasificación del Sistema Internacional; encontrándose una clasificación más detallada en el Servicio de Conservación de Suelo de Estados Unidos como puede verse en el cuadro No 1 Fig.No. 1 Textura de los suelos En general las partículas de arena pueden verse con facilidad y son rugosas al tacto. Las de limo se ven con la ayuda de un microscopio y parecen harina cuando se les toca. Las de arcilla se ven solo con la ayuda de microscopio y forman una masa viscosa cuando se mojan. Los suelos arenosos o de textura gruesa tienen poros de tamaño grande. Los suelos de textura media, o suelos francos contienen partículas grandes, medias y finas que dan lugar a poros medianos y pequeños Los suelos de textura fina o arcillosa, están formados de pequeñas partículas, con una gran cantidad de poros pequeños. Esta propiedad está relacionada con la retención del agua, con la velocidad de infiltración, la absorción de nutrientes y el manejo del suelo. Los de textura fina (arcillosos) tienen alta capacidad de retención del agua, baja velocidad de infiltración, mayor capacidad de absorción de nutrientes por lo que usualmente son más fértiles; pero son más difíciles de trabajar En estas circunstancias 18 Hablemos de riego los riegos deben hacerse con caudales grandes y más distanciados en cuanto a su frecuencia Los suelos de textura gruesa o arenosos, tienen en cambio baja capacidad de retención de humedad, alta velocidad de infiltración, menor capacidad de absorción de nutrientes lo que les hace menos fértiles, son más fáciles de trabajar Estos terrenos tienen, que regarse rápido, con menor caudal y con mayor frecuencia. La textura de un suelo es una propiedad permanente, es decir no puede ser modificada. �ig� �o� 2 Capacidad de retención del agua en el suelo La determinación de la textura se hace a través del triángulo de texturas o clasificación de Atterberg al conocerse el porcentaje de cada partícula, en él de acuerdo a cada porcentaje se localiza la el tipo de textura. Fig. No. 3 Triángulo de texturas 100 10 90 20 80 30 70 CIL AR 40 100 EN AR FR ENO AN S S CO 90 ARCILLOSO LIMOSO ARCILLOSO ARENOSO FRANCO ARCILLO ARENOSO 20 FRANCO ARENOSO 80 40 50 FRANCO ARCILLOSO FRANCO ARCILLO LIMOSO FRANCO FRANCO LIMOSO O 50 30 10 ARCILLOSO LIM LA 60 60 70 80 90 LIMOSO 70 60 50 ARENA 19 40 30 20 10 100 Víctor Hugo Cadena Navarro Según este triángulo de acuerdo a la textura existen trece clases de suelos: Arcilla pesada, arcilla, arcillo arenoso, arcillo limoso, franco arcillo arenoso, franco arcilloso, franco arcillo limoso, franco arenoso, franco, franco limoso, arena franca, arena y limo. O a través del hidrómetro de Bouyoucos que se basa en la ley de Stokes que dice que mientras más grande y más pesada sea la partícula, mayor es su velocidad de caída La fórmula establecida es la siguiente: V = 2g (d-d´) x r2 9Cv Dónde: V = Velocidad de caída de una partícula en suspensión ( cm./ seg.) g = gravedad en cm./ seg.2. d = densidad de la partícula (gr./ cm3). d’ = densidad del líquido ( gr. / cm3 ) r = radio de la partícula (cm.). Cv = coeficiente de viscosidad del líquido (gr./cm./seg.). Mediante el método del tacto, también se puede identificar la textura de un suelo; para lo cual pueden ser utilizadas las siguientes pautas: Los suelos de textura gruesa contienen muchas partículas de arena, las cuales hacen que el suelo se sienta áspero cuando se fricciona entre los dedos. Muchas partículas individuales de suelo pueden verse con facilidad., estos suelos no se sienten pegajosos aun cuando están húmedos, son suelos generalmente fáciles de arar y cultivar y no forman terrones cuando se secan. El estiércol animal, la materia vegetal y otras formas de materia orgánica descompuestas, al ser incorporadas al suelo, ayudan a retener la humedad en suelos de textura gruesa. Los suelos de textura media o suelos francos, contienen partículas gruesas, medias y finas en cantidades casi iguales; algunas de las partículas individuales pueden sentirse cuando se frotan entre los dedos, sin embargo el suelo se siente pegajoso cuando está húmedo; estos suelos forman terrones cuando se secan aunque pueden romperse fácilmente con un azadón, pala o cualquier apero de labranza. Los suelos de textura fina contienen grandes porcentajes de partículas de arcilla, estos suelos son generalmente muy pegajosos cuando están húmedos y pueden moldearse para formar cintas delgadas o rollos largos y flexibles; son difíciles de arar; cuando están secos forman terrones muy duros y la superficie del suelo se agrieta a medida que este se seca. 2� GRAVA Y PIEDRA GRAVA Y PIEDRA 2.0 2.0 21 Muy gruesas 1.0 gruesas FINA 0.02 LIMO ARENA 0.5 0.25 fina 0.1 muy finta 0.05 DIAMETROS DE LAS PARTÍCULAS DE SUELOS, MM mediana (Partículas visibles bajo un microscópio) LIMO CLASIFICACIÓN DEL SERVICIO DE CONSERVACIÓN DE SUELOS DE ESTADOS UNIDOS 0.2 (Partículas visibles simple vista) GRUESA ARENA CLASIFICACIÓN DEL SISTEMA INTERNACIONAL Cuadro Nº 1: �lasificaci�n del tamaño de las part�culas del suelo ARCILLA 0.002 0.001 (Visibles bajo un microscópio electrónico) 0.002 ARCILLA Hablemos de riego Víctor Hugo Cadena Navarro 1�1�2� Estructura Se refiere a la capacidad que tienen las partículas del suelo de formar unidades de mayor tamaño (agregados y terrones); para que esto se dé es necesario de la presencia de un material cementante y ese material es la materia orgánica; lo que hace que la estructura sea una propiedad muy variable por que las fuerzas que unen las partículas son débiles. La estructura del suelo influye en el crecimiento de las plantas por que tiene que ver con la cantidad y dimensiones de los poros es decir con el movimiento, retención y drenaje del agua, con el movimiento del aire y con la erosión del suelo. Los diferentes tipos de estructura se relacionan con las formas que encontramos en el suelo como producto de la agrupación de las partículas y las más conocidas son: granular, migajozo, laminar, bloques, prismático y columnar; los tres primeros predominan en climas con lluvias periódicas y suelos con alto contenido de materia orgánica; mientras que los tres restantes pertenecen a suelos con climas restringidos en precipitaciones y bajos en materia orgánica. Fig. No. 4 Estructura del suelo Revisando los tipos de estructura veremos que la estructura granular o de partículas sueltas es la mejor, se encuentra en suelos que han estado con pastos, los terrones redondeados no son ni muy grandes ni muy duros, el agua se infiltra bien y es retenida con facilidad. La estructura laminar es la peor para regar y para que las raíces penetren en el suelo pues se forman láminas una sobre la otra que hacen que el agua que se infiltre circule con dificultad y se encharque con facilidad. La estructura migajosa se encuentra en suelos sueltos de poca consistencia, que facilitan la circulación del agua y del aire, por ser muy porosa. En la estructura de bloques se encuentran terrones más o menos cuadrados que no son duros si el suelo no tiene mucha arcilla, la infiltración es moderada y retiene agua con facilidad, los riegos pueden ser algo más distanciados. 22 Hablemos de riego En la estructura prismática los terrones son más gruesos y alargados se producen en suelos arcillosos, retienen más agua, tienen baja infiltración y los riegos deben ser espaciados. Similar a la estructura anterior es la columnar o masiva, en la que sus agregados tienen la forma de columnas. Según el tamaño de los agregados, los suelos pueden ser: De estructura muy fina cuando tiene agregados inferiores a 5 mm De estructura fina…………………….. agregados de 5 a 10 mm De estructura media…………………. agregados de 10 a 20 mm De estructura gruesa………………… agregados de 20 a 50 mm De estructura muy gruesa…………… agregados > 50 mm Entre las causas que degradan la estructura están las labores excesivas o inadecuadas, el poco contenido de materia orgánica, la compactación causada por el uso de maquinaria, el impacto de la lluvia, etc. Un alto contenido de calcio favorece la estabilidad de la estructura, mientras que un alto contenido de sodio la deteriora. Fig. No. 5 El suelo y su estructura Un suelo estructuralmente bueno, se desmorona con facilidad, no es difícil ararlo cuando está seco y no se vuelve pegajoso cuando se humedece. La estructura se mejora mediante prácticas culturales y la adición de materia orgánica. 1.1.3. Densidad El suelo está constituido por tres fases: sólida, líquida y gaseosa. La fase sólida se compone de partículas minerales y de materia orgánica. El espacio no ocupado por la fase sólida constituyen los poros del suelo, que están ocupados por las fases líquida y gaseosa, es decir por el agua y el aire. El aire del suelo tiene una composición parecida a la del aire atmosférico, pero mucho menos constante. 23 Víctor Hugo Cadena Navarro �uadro �o�2 Composición del aire Aire atmosférico % 21 78 0.03 variable Oxígeno Nitrógeno ��2 Vapor de agua Aire del suelo % 10 – 20 78.5 – 80 0.2 – 3 en saturación Este cuerpo tridimensional cuyas propiedades resultan de la interacción del clima y los seres vivos; es el medio para el crecimiento de las plantas continentales dotando a las raíces de anclaje, agua, aire y nutrientes; siendo la relación de peso o masa y volumen de ellos la que nos da las características físicas del suelo. Representando al suelo de alguna manera tendríamos: Fig. No.6 Composición del suelo Volumen Vp Vt Suelo Peso Va Aire Pa Vw Agua Pw Vs Sólidos MATERIA ORGANICA LIQUIDA Pt SOLIDA Ps GASEOSA En el que: el resultado de dividir el peso del suelo seco ( Ps ) a 1050 C por 24 horas para el volumen del suelo ( Vs ) se llama DENSIDAD REAL ( dr ), o densidad de la fase sólida, la misma que en la práctica tiene un valor constante de 2.6 gr / cm3 debido a que los constituyentes minerales del suelo cambian en un rango muy estrecho, pudiendo entonces disminuir cuando existe gran cantidad de materia orgánica. Las unidades empleadas son: gr/cm3 - kg/litro ó Ton/m3 La densidad del agua es igual a 1 gr/cm3. dr = Ps Vs La relación que existe entre el peso del suelo seco (Ps ) y el volumen total (Vt), donde se incluye las partículas sólidas y el espacio poroso se denomina DENSIDAD APARENTE ( da ) Las diferencias en su valor se debe a las variaciones en la composición mineral de las partículas y sobre todo al espacio poroso de acuerdo a la textura; en los suelos de textura fina encontramos más espacios porosos que en los suelos arenosos a pesar de que en estos sean más grandes. La densidad aparente tiene un valor que va de 1.0 a 1.8 gr/cm3 (toneladas / m3) en suelos arenosos se tienen valores superiores. Se dice que son valores altos de densidad aparente aquellos superiores a 1.3 gr/cm3 en suelos arcillosos, a 1.4 gr/cm3 en suelos de textura media y a 1.6 gr/cm3 en suelos arenosos; si son suelos orgánicos o volcánicos se tendrán densidades desde 0.7 gr/cm3. 2� Hablemos de riego da Ps Vt = Obviamente que la densidad aparente es menor que la densidad real ya que los poros ocupan un gran porcentaje del volumen total del suelo como se señaló. La densidad aparente es afectada por la estructura, así como por los fenómenos de expansión y contracción del suelo. Los valores decrecen al incrementarse el espacio poroso. Suelos con alto valor de densidad aparente reflejan poca porosidad, textura gruesa, posibles problemas de compactación y de aireación Este valor nos servirá luego para transformar los porcentajes de humedad gravimétrica del suelo en términos de humedad volumétrica y luego poder calcular la lámina de agua. Ejercicio: Calcular el peso del suelo contenido en una hectárea conociendo los datos siguientes: Profundidad = 0.60 metros Densidad aparente = 1.35 toneladas por m3 Solución: Volumen del suelo contenido en una hectárea = Superficie x Profundidad Volumen = 10000 x 0.60 = 6000 m3 Peso del suelo contenido en una hectárea = Volumen x Densidad aparente Peso = 6000 x 1.35 = 8100 toneladas 1.1.4. Porosidad Porosidad o fracción del volumen total del suelo que está formado por poros: es el volumen del aire que potencialmente puede ser llenado con el agua; dicho de otra manera, la porosidad expresa el volumen máximo de agua que un suelo puede contener. El valor de la porosidad representa el contenido del agua en estado de saturación. Los valores típicos son: arena =30% suelo franco =50% arcilla = 65%. Su cálculo se hace aplicando cualquiera de las siguientes igualdades: Ejercicio: ­ § da ·½ Pr = ®1 − ¨ ¸¾100 ¯ © dr ¹¿ § dr − da · Pr = ¨ ¸100 © dr ¹ ó Calcular el volumen que ocupan los poros en un suelo con las siguientes características: Densidad aparente = 1.25 toneladas por m3 Densidad real = 2.6 toneladas por m3 Profundidad del suelo = 0.65 metros Superficie = 1.0 hectárea Solución: Porosidad = ( dr – da ) 100 / dr = ( 2.6 – 1.25 ) 100 / 2.6 = 52% Volumen de suelo de una hectárea = 10.000 x 0.65 = 6.500 m3 Volumen de poros de una hectárea = 6.500 x 0.52 = 3.380 m3 2� Víctor Hugo Cadena Navarro Ejercicio.Calcular la densidad aparente y la porosidad de una muestra de suelo que después de secado pesa 92 gr. Y cuyo volumen es de 76 cm3. Se supone que la densidad real del suelo es 2.60 g/cm3 Solución: da = Ps / Vt da = 92 gr. / 76 cm3 P = (dr – da) 100 / dr 1.1.5. da = 1.21 gr/cm3 P = (2.60 – 1.21)100 / 2.60 P = 53.46% Profundidad Otra característica importante a ser tomada en cuenta para el riego, es la profundidad o espesor del suelo, pues mientras más profundo sea éste, afirmará mejor a la planta, las raíces podrán extenderse más, podrá almacenar más agua, no tendrá problema para ararlos o nivelarlos si fuera necesario, se podrá implementar cualquier método de riego La profundidad del suelo explorado por las raíces depende de la especie cultivada y de las características de este y constituye un criterio importante en la selección de tierras para riego. Los suelos superficiales requieren de riegos frecuentes para que los cultivos se desarrollen. Cuando se riegan suelos superficiales que están asentados en arenas y gravas se presentan pérdidas excesivas por percolación profunda. Los suelos profundos en cambio permiten el almacenamiento de grandes cantidades de agua, lo cual favorece al desarrollo de la planta al poder extraer cuando lo necesita. El volumen de agua absorbido por la planta es el mismo en suelos superficiales o profundos, sin embargo se requiere más agua para el cultivo que está en un suelo superficial que en un suelo profundo debido a las pérdidas ocurridas por el mayor número de riegos requeridos El padrón típico de distribución de las raíces de un cultivo se asemeja a un triángulo equilátero invertido en donde el 40% del total de las raíces está en la primera cuarta parte de su profundidad total; el 30% en la segunda cuarta parte, el 20% en la tercera cuarta parte y el 10% restante en la parte más profunda. Si el 70% de las raíces del cultivo están localizadas en la mitad superior de la zona radicular; conviene considerar la profundidad de riego no en la totalidad de la profundidad de la raíz sino en alrededor de un 75% de ella (donde estarían el 90% de las raíces) A esta profundidad le conocemos como profundidad efectiva de las raíces y constituye el valor de la profundidad del suelo a regar. Fig. No.7 Esquema de la distribución de raíces 40% 30% 20% 10% La profundidad de las raíces, aunque algunos autores dicen que es igual a la altura de la planta, crece en función del tiempo, de acuerdo a la siguiente ecuación: 26 Hablemos de riego t · § t ·§ Vp = 1 . 8 ¨ ¸ ¨ 1 . 5 − ¸ p tc ¹ © tc ¹ © Dónde: Vp = variación de la profundidad radicular, m t = tiempo al que se desea conocer la profundidad de la raíz, días tc = tiempo que dura el ciclo vegetativo, días p = profundidad total de las raíces del cultivo, m Ejercicio Estimar la variación del desarrollo radicular del maíz, el mismo que tiene un ciclo vegetativo de 150 días y una profundidad total de sus raíces de 0.70 m Solución Si consideramos las cuatro fases de desarrollo del cultivo veamos que pasa en cada una de ellas; aplicamos la fórmula y tendremos que : En 15 días = 1.8 (15/150) (1.5 – 15/150) 0.70 = 0.25 m En 40 días = 1.8 (40/150) (1.5 – 40/150) 0.70 = 0.41 m En 110 días = 1.8 (110/150) (1.5 – 110/150) 0.70 = 0.70 m En 125 días = 1.8 (125/150) (1.5 – 125/150) 0.70 =0.70 m Es decir que el máximo desarrollo radicular, el cultivo alcanzó en la tercera fase, luego de lo cual ya se estabiliza. La existencia en el interior del suelo de capas duras o muy arcillosas o muy arenosas. La presencia de piedras. La presencia de capas freáticas. Cuando los suelos son arados y luego pisoteados por animales y se forma la llamada capa “pie de arado”, impiden que el agua se infiltre y que se desarrolle el sistema radicular Es decir, la profundidad de las raíces está determinada por una serie de factores, tales como: características genéticas, características del suelo (textura, estructura, presencia de capas impermeables, pendiente, etc.), nivel de agua en el suelo, nutrientes, oxígeno, etc. La profundidad radicular es característica de cada especie cuando el suelo es profundo y homogéneo, caso contrario, cuando el nivel de humedad del suelo en la primera fase de desarrollo no es el adecuado, el tamaño de la raíz será muy variado. Además de la profundidad del suelo, es necesario para regar conocer la pendiente, pues, si esta es muy pronunciada el agua correrá más rápido, penetrará poco, los suelos correrán el riesgo de erosionarse, las plantas se maltratarán y se anegarán las partes más bajas. Si los suelos son muy planos en el riego por gravedad el agua casi no avanza, penetra muy profundamente al principio donde las plantas pueden asfixiarse, en cambio al final del surco reciben muy poca agua y las plantas pueden secarse. Teniendo en cuenta, como se dijo, que conviene tomar no la profundidad total del sistema radicular sino la profundidad efectiva, señalaremos el siguiente cuadro. 27 Víctor Hugo Cadena Navarro Cuadro No.3 Profundidad efectiva de las raíces de algunos cultivos Cultivo Profund (metros) Cultivo Profund (metros) Cultivo Profund (metros) Aguacate Alcachofa Alfalfa Algodón Almendro Arveja(guisante) Avena Berenjena 0.8 - 1.2 0-6 - 0.9 1.2 - 2.2 0.8 - 1.8 0.8 - 1.2 0.5 - 0.9 0.6 - 1.1 0.5 - 1.0 0.6 - 0.7 1.2 - 1.8 0.4 - 0.6 0.2 - 0.3 0.5 - 0.9 0.9 - 1.8 0.2 - 0.4 0.5 - 1.0 Patata Pepino Peral Pimiento Piña Plátano Pastos Remolacha 0.4 - 0.8 0.5 - 0.8 0.7 - 1.2 0.4 - 0.8 0.4 - 0.6 0.9 - 1.2 0.6 - 1.0 0.5 - 1.0 Camote Café Caña de azúcar Cebada Cebolla Cerezo Ciruelo Cítricos Clavel 0.6 - 0.9 0.9 - 1.2 1.0 - 1.2 0.6 - 1.0 0.3 - 0.6 0.8 - 1.2 0.9 - 1.0 1.2 - 1.5 0.3 - 0.4 Col y Coliflor Esparrago Espinaca Fresa Fréjol Girasol Lechuga Leguminosas de grano Maíz grano Maíz tierno Maní Manzano Melocotón Melón Nogal Olivo Palmera 0.8 - 1.2 0.6 - 1.0 0.9 - 1.0 0.9 - 1.2 0.8 - 1.1 0.7 - 1.0 1.0 - 1.2 0.9 - 1.2 0.7 - 0.9 Sandía Soya Sorgo Tabaco Tomate Trébol Trigo Uva Zanahoria 0.6 - 0.8 0.6 - 1.0 0.6 - 0.9 0.5 - 0.9 0.5 - 1.1 0.7 - 0.9 0.6 - 1.1 0.8 - 0.9 0.4 - 0.5 Los valores más altos corresponden a suelos arenosos y los más bajos a suelos arcillosos. Todos ellos se refieren a plantas en pleno desarrollo. Fig.No.8 Profundidad radicular de un cultivo 1�2 �eter�inaci�n del contenido de agua en el suelo A partir de una muestra de suelo, en la que hay necesariamente presencia de agua y aire se puede determinar el contenido de agua de tres formas: por unidad de peso o humedad gravimétrica por unidad de volumen o humedad volumétrica y por unidad lineal o lámina. 2� Hablemos de riego Humedad gravimétrica: Es el porcentaje de agua que contiene el suelo con relación al peso de suelo seco. Es la relación entre la masa de la fracción líquida y la maza de la fracción sólida § Pw · § Ph − Ps · Hg = ¨ Hg = ¨ ¸100 ó ¸100 donde : Ps Ps © ¹ © ¹ Hg = humedad gravimétrica Pw = peso de agua Ps = peso del suelo seco Ph = peso de la muestra de suelo húmedo Fig. No.9 Humedad volumétrica: Es el porcentaje de agua que contiene el suelo con relación al volumen de suelo húmedo. Es la relación entre el volumen de la fracción líquida y el volumen total. § Vw · Hv = ¨ ¸100 Vt © ¹ Dónde: Hv = humedad volumétrica Vw = volumen de agua Vt = volumen total Relacionando lo tratado anteriormente podemos decir que: Si Hg = §¨ Pw ·¸ ; © Ps ¹ Hv = da = Ps Vt Vw Vw De donde Vt = Vt Hv Ps = da x Vt reemplazando Hg = reemplazando tendremos 2� Pw daxVt Víctor Hugo Cadena Navarro Hg = Pw § Vw · da¨ ¸ © Hv ¹ Como la densidad del agua §¨ Pw ·¸ = 1 tendremos que : © Vw ¹ Hg = Hv da ó Hv = Hg x da �ig��o�1� La humedad del suelo en términos volumétricos es más conveniente, por cuanto expresa más claramente el volumen del suelo que está ocupado por el agua. En otras palabras dos suelos pueden tener la misma humedad gravimétrica, pero distinto volumen de agua si las densidades son diferentes. En suelos arenosos el valor de Hv a saturación es del orden de 40 a 50% y en suelos arcillosos de 60%, en este último caso, el volumen relativo de agua en estado de saturación puede ser mayor a la porosidad del suelo seco, debido a que los suelos arcillosos se hinchan provocando un sobre humedecimiento Ejercicios 1.- Calcular la humedad gravimétrica de una muestra de suelo que pesa 81g y después de secado a estufa pesa 63g Solución: Hg = (Ph-Ps)100 / Ps Hg = (81- 63)100 / 63 Hg = 28.57% 2�� Calcular la humedad volumétrica de una muestra de suelo que pesa 520g y tiene un volumen de 360 cm3. Después de secado a la estufa el peso se reduce a 476 gramos Solución: Hv = Vw / Vt Vw = 520 -476 Vw = 44g 3� Hablemos de riego 3.- 4.- Hv = 44 x 100 / 360 Hv = 12.22% Un suelo cuya humedad gravimétrica es del 23% tiene una densidad aparente de 1.4. Averiguar su humedad volumétrica Solución: Hv = Hg x da Hv = 23 x 1.4 Hv = 32.2% Una muestra de suelo húmedo pesa 40g y su humedad gravimétrica es del 25%. Averiguar el peso del suelo seco Solución: Hg = Ph - Ps / Ps Ph = HgPs + Ps 40 = 1.25Ps Ps = 32 gr. Los porcentajes de humedad calculados, por ejemplo el 32.2% significa que en 100m3 de suelo hay 32.2 m3 de agua. Esto se asume al multiplicar la superficie que tiene una hectárea por 1 cm. de espesor del suelo. Si la capa que significa el espesor o la profundidad es mayor deberá multiplicarse por esa cantidad y ahí viene el concepto de: Lámina o altura de agua.: La Lámina expresa el contenido del agua en el suelo medida en su altura, es decir, de volumen por unidad de superficie en altura. V· § ¨L = ¸ A¹ © Supongamos que tenemos una botella llena con un litro de agua y ésta la vaciamos sobre una mesa, el agua formará una delgada capa donde el volumen seguirá siendo un litro lo que varía es la forma de la masa de agua. Un proceso similar ocurre cuando el agricultor aplica a una parcela el agua de riego. Pero la lámina en el riego está en función de la profundidad efectiva que tengan las raíces del cultivo que vamos a regar; entonces para calcularla basta multiplicar la humedad volumétrica (Hv) por la profundidad considerada (Pr). L = Hv x Pr Las unidades más frecuentes en los que se expresa la lámina son mm, ltr/m2 y m3/ha y su relación es : 1 mm = 10 m3 / ha = 1 ltr / m2 Ejercicios: 1.- Calcular la lámina de agua contenida en un metro de profundidad de suelo; si en los primeros 40 cm. la humedad gravitacional es del 15% y en los restantes 60 cm. es del 25% sabiendo que la densidad aparente en estos horizontes son respectivamente de 1.2 y 1.4 g/cm3 Solución Hv = Hg x da En los primeros 40 cm Hv = 15 x 1.2 = 18% Hay 0.18 cm de agua en 1 cm de profundidad 0.18 x 40 = 7.2 cm de agua En los restantes 60 cm 31 Víctor Hugo Cadena Navarro Hv = 25 x 1.4 = 35% Hay 0.35 cm de agua en 1 cm de profundidad 0.35 x 60 = 21 cm de agua Lámina total = 7.2 + 21 = 28.2 cm de agua = 282 mm 2�� Tenemos un reservorio lleno de agua, que tiene una longitud de 10 m, un ancho de 5 metros y una profundidad de 2 m Toda su capacidad riega una parcela de 1 ha. Calcular la altura ó lámina de agua sobre la parcela Solución Volumen del reservorio =10 x 5 x 2 =100 m3 L = 100 m3 / 10000 m2 L = 0.01 m L =10 mm 3.- Sobre una parcela de 1 ha cae una lluvia que forma una capa de agua de 1 mm de espesor. Cuál es el volumen de agua de la parcela. Solución V =AxL V = 10000 m2 x 0.001 m V = 10 m3 = 10000 lts. 4.- Calcular la altura mínima que debe tener un reservorio de 25 m de largo y 14 m de ancho para que sea capaz de suministrar una lámina de 50 mm a una parcela de 175 m de largo por 95 m de ancho. Solución V =AxL V = (175 x 95) 0.050 V = 831.25 m3 (volumen del reservorio) Altura del reservorio = Volumen del reservorio / largo x ancho del reservorio Altura del reservorio = 831.25 m3 / 350 m2 = 2.38 m El contenido de humedad en el suelo nos indica la cantidad de agua presente en el mismo; se suele presentar como fracción; por ejemplo si sabemos que el valor de la humedad volumétrica es de 18.3 % en lámina significa 0.183 m de agua por metro de suelo o también de manera inversa se expresa en lámina es decir en mm y estos pueden ser expresados en % al hablar de humedad volumétrica por ejemplo cuando en un suelo de 1 m de profundidad hay 150 mm de agua el resultado en humedad volumétrica es del 15 %. Es decir que la lámina, la humedad volumétrica y la profundidad del suelo, están relacionados con la expresión: L= Hv Pr 100 1.3 Movimiento del agua en el suelo 1.3.1. Potencial del agua en el suelo. El agua está en constante movimiento en el suelo, pero para que este movimiento exista es necesario la presencia de energía, energía que como sabemos puede ser cinética o puede ser energía potencial, la primera puede despreciarse, ya que depende de la velocidad del agua en el suelo y esta es muy lenta; por lo que podemos decir que el movimiento del agua en el suelo se debe a la energía potencial, llamada simplemente potencial o tensión del agua; la misma que se expresa en términos de presión (atmósfera, bar , kg/cm2, mca ), es decir que el movimiento del agua en el suelo se debe a diferencias de presión. 32 Hablemos de riego Entonces, nos interesa saber no solo el contenido de humedad en el suelo, sino la energía con que el agua es retenida por el suelo; porque de nada nos serviría que el suelo tenga agua abundante si las raíces no tienen la fuerza de succión para extraerla. El potencial expresa “la cantidad de trabajo que es preciso aplicar para transportar una cantidad de agua desde una situación estándar de referencia hasta el punto del suelo considerado”, o también expresa, la intensidad de las fuerzas que retienen el agua en el suelo, lo que determina la mayor o menor dificultad que tienen las plantas para absorber el agua. Entonces, la mayor o menor facilidad con que las raíces pueden extraer el agua del suelo no es el volumen ocupado por esta agua, sino es la energía con que es retenida. El agua del suelo está sometida a varias presiones, unas que tienden a expulsar el agua del suelo (presión positiva) y otros que tienden a retenerla (presión negativa) La suma algebraica de estos componentes es el potencial total, y el agua del suelo tenderá a desplazarse desde puntos de alto potencial a puntos de potencial más bajo. Al moverse el agua por los poros, está sometida a distintas fuerzas: de la gravedad, de la matriz sólida, de los iones en disolución y fuerzas externas. Cada una de estas da lugar a un potencial parcial: potencial gravitacional, potencial mátrico, potencial osmótico y potencial de presión El potencial hídrico del suelo que se representa por la letra griega sigma ( Ψ ) es igual a la suma de todos los potenciales parciales, es decir que: Ψh = Ψ m + Ψ o+ Ψ p+ Ψ g Dónde: Ψ h = potencia hídrico ψ m = potencial mátrico (matriz del suelo) ψ o = potencial osmótico (soluto del suelo) ψ p = potencial de presión (presión del agua) ψ g = potencial gravitacional (de posición) El potencial mátrico, es el generado por las fuerzas de adhesión y cohesión con que el suelo retiene al agua. Su valor es siempre negativo ya que la presión que origina se opone a la salida del agua desde el suelo Cuanto más seco esta el suelo, mas bajo es el potencial mátrico y mayor será la presión que habrá de aplicar para extraer el agua del suelo por parte de las raíces. En suelos saturados este potencial es igual a cero. El potencial osmótico existe debido a la presencia de las sales en el suelo, equivale a la presión osmótica. El agua del suelo es una solución salina y por lo tanto puede dar lugar al fenómeno de osmosis; es decir al paso del agua a través de una membrana semipermeable que separa a dos soluciones de distinta concentración, desde la solución más diluida a la más concentrada. Su valor es nulo en agua pura y valor negativo cuando hay sustancias disueltas. El potencial osmótico es el esfuerzo que tiene que desarrollar la planta para extraer agua de un suelo con problemas de salinidad, llamado también esfuerzo de humedad. La fórmula de cálculo es la siguiente: 33 Víctor Hugo Cadena Navarro Ehs = 0.36 CE x Ts siendo: Ehs = Esfuerzo de humedad del suelo (atmósferas) CE = Conductividad eléctrica (mmhos / seg) Ts = Tensión de humedad del suelo (atmósferas) El potencial de presión solo se presenta en suelos saturados y corresponde a la presión ejercida sobre el punto en el que el agua satura el suelo. Este componente es fundamental cuando se presenta problemas de drenaje. El potencial gravitacional, es el que se produce debido al desnivel o diferencia de altura geométrica del punto considerado respecto al plano de referencia. El conjunto de fuerzas que retienen el agua en el suelo, se llama potencial de succión; tiene un sentido negativo y es igual al potencial mátrico más el potencial osmótico. Frente a él está el potencial gravitacional que tiene un signo positivo y tiende a desplazar el agua a capas cada vez más profundas Cuando el potencial de succión es mayor al potencial gravitacional el agua queda retenida en los poros y cuando el potencial de succión es menor al potencial gravitacional el agua se desplaza hacia abajo El potencial mátrico y el de presión son excluyentes. El Ψ p solo se da en suelos saturados, en cuyo caso el Ψ m es igual a cero. En cambio, en suelos no saturados el potencial de presión es igual a cero y el mátrico menor a cero En un suelo que no está saturado y que tiene una mínima concentración de sales el potencial de presión y el potencial osmótico, son prácticamente despreciables. Bajo estas condiciones, la ecuación se reduce a: Ψ h = Ψ m+ Ψ g Los potenciales mátrico y osmótico, como se indicó, influyen en la absorción del agua por las plantas; con el fin de evitar valores negativos, se utiliza el concepto de tensión, que es la succión necesaria para liberar el agua del suelo. Su valor es igual al del potencial pero con signo positivo. El método práctico para determinar el potencial mátrico del suelo, es mediante el uso del tensiómetro; teniendo presente que este aparato mide directamente el potencial hidráulico y no el potencial mátrico del suelo, una regla práctica en el uso del tensiómetro es la siguiente: Ψ m = longitud del tensiómetro – lectura del manómetro Ejercicio La lectura del manómetro de un tensiómetro de 60 cm de longitud instalado en un suelo a 45 cm de profundidad es de 45 cb. a) Calcular el potencial mátrico y el potencial hidráulico del suelo con referencia al punto de ubicación de la cápsula porosa b) Si se desea regar cuando el potencial matrical del suelo sea -32 cb, ¿cuál será la lectura del manómetro? 34 Hablemos de riego Solución a. Ψ m = longitud del tensiómetro – lectura del manómetro 1 cb = 10 cm Ψ m = 6 – 45 = - 39 cb b. lectura del manómetro = longitud del tensiómetro - Ψ m = 60 ( 1 cb/ 10 cm ) – ( -32 cb ) = 6 + 32 = 38 cb (momento del riego ) La figura 11 que relaciona la succión matricial del suelo con el contenido de humedad, se llama “Curva característica de humedad” o “Curva de capacidad hídrica” muy útil para el diseño y manejo del riego; la forma de determinarse es a través de someter varias muestras de suelo a diferentes tensiones, generalmente a 0.3, 3, 5, 12 y 15 atmósferas. En la curva se ve que suelos de diferente textura presentan diferentes curvas de retención de humedad. Así por ejemplo, al aplicar 1 bar. de succión (100cb), el porcentaje de agua extraída es de 25% en el suelo arcilloso y alrededor del 82% en un suelo franco arenoso, y a la inversa, para extraer un 50% de agua se requiere una energía de 2.2 bares en el suelo arcilloso y 0.22 bares en suelo franco arenoso, lo que quiere decir que a igualdad de contenido de humedad, los diferentes suelos retienen el agua con distinta energía. Existe otra forma de medir el potencial, por medio del “pF” que es el logaritmo decimal de la tensión del agua del suelo, es decir: pF = log ( - Ψ m ) y su relación con los valores de tensión se dan en el siguiente cuadro: Cuadro No.4 Valores de tensión Altura del agua-cm Atmósfera pF 1 0 10 100 1000 10000 15000 100000 1000000 1 1/ 10 2 1 3 10 4 1.5 4.2 100 5 1000 6 pF con valor 0 equivale al agua pura, libre (sometida solo a la fuerza de la gravedad) y a presión atmosférica. La Universidad de UTHA, indica que la curva de tensión o de humedad se puede determinar al aplicar la siguiente ecuación: Kt Ts =Kt n+ c Ts = n Ps+ c Ps Ps Dónde: Ts =tensión de humedad del suelo (atm) Ps =Contenido de humedad en suelo seco (%) Kt, n y c = coeficientes que dependen del tipo de suelo 35 Víctor Hugo Cadena Navarro Fig. Nº 11. Curva característica de humedad 0.1 0 25 50 75 0.2 an 0.5 co 0.3 Ar Are ino oF nc o nc Fra Fra so no so no Are 0.4 en os o co an Fr 1.0 0.4 0.5 1.0 so lo cil Ar Tensión de Agua en el Suelo (Atmósferas) 0.2 Fr 0.3 100 0.1 2.0 2.0 3.0 3.0 4.0 4.0 5.0 5.0 10.0 10.0 20.0 20.0 Abatimiento de la Humedad Disponible ( % ) 36 Hablemos de riego Los valores de los coeficientes se calculan de acuerdo a las siguientes ecuaciones: C =-0.000014 Cc2.7 + 0.3 Log Kt = log ( Ts – c ) + nlog ( Pspm ) n= [log (Tspm − c ) − log (Tscc − c )] log (Pscc ) − log (Pspm ) Nos da el siguiente ejemplo: Si tenemos un suelo de textura franco, con las siguientes características: Ps a Cc Ps a Pm Ts a Cc Ts a Pm = 19.0% = 10.0% = 0.3 atm = 15.0 atm Estimación de c,Kt y n C = -0.000014 Cc2.7 + 0.3 = 0.2603 n= [log (15 .0 − 0 .2603 ) − log (0 .3 − 0 .2603 )] = 9 .216 log 19 − log 10 Kt = antilog[log(15.0 − 0.2603) + 9.216log10] = 2.4232x1010 Partiendo de los valores anteriores, la ecuación de la curva de tensión queda de la siguiente manera: Ts = 2.4232 x1010 + 0.2603 Ps 9.216 O también ª 2 . 4132 x1010 º 1/9.216 Ps = « » ¬ Ts − 0 . 2603 ¼ Con la ecuación anterior, se han generado los siguientes datos, los cuales complementados con los de Cc y Pm, se puede elaborar la curva de tensión correspondiente Tensión ( atms ) 0.3 1 3 5 7 12 15 Ps ( % ) 19.0 13.8 11.9 11.3 10.9 10.2 10.0 37 Víctor Hugo Cadena Navarro Así tenemos entonces que cuanto más húmedo sea el suelo, más débil es el potencial del agua y más móvil es el agua. A medida que el suelo se seca, las fuerzas de retención de este aumentan haciendo que la energía de succión de las raíces para extraer la humedad sea mayor y en consecuencia el agua se vuelve cada vez menos disponible para la planta. 1.4 Clases de agua. La porosidad o sea los espacios entre las partículas, forman una red de cavidades conectadas entre sí de una amplia variedad de formas y de tamaños. Al suministrar agua a un suelo seco, ésta se distribuye alrededor de las partículas y queda retenida a ellas por las fuerzas de adhesión y de cohesión; desplaza al aire de los poros y estos se llenan de agua, produciéndose la saturación del suelo o la máxima capacidad de retención. Es decir el agua en el suelo está en movimiento debido principalmente a dos causas: la gravedad. (Por la cual el propio peso del agua hace que ésta tienda a caer hacia las capas inferiores del suelo) y la capilaridad. (Que por las fuerzas de adhesión y de cohesión el agua tiende a desplazarse por los poros desde abajo hacia arriba y en todas las inclinaciones posibles). El agua que se deposita en los poros grandes y luego por gravedad se filtra fácilmente toma el nombre de AGUA GRAVITACIONAL o agua de drenaje de la que se dice también que es aquella que momentáneamente llena los grandes poros del suelo, pero que es arrastrada por la acción de la gravedad. Al suspenderse el suministro, vemos que queda agua en los poros pequeños, la misma que se mueve de una área de menor a un área de mayor tensión por capilaridad por lo que toma el nombre de AGUA CAPILAR o agua disponible, es el agua retenida en los poros venciendo la acción de la gravedad. De esta una parte es más móvil y disponible para las plantas y otra esta unida con más fuerza a las partículas del suelo. Con la evaporación del suelo y la transpiración de las plantas se reduce aún más la cantidad de agua disponible, hasta que deja de producirse el movimiento capilar y el agua queda aprisionada alrededor de las partículas en forma de capas muy delgadas sin poder ser aprovechadas por las plantas. Si se demora el suministro del agua al suelo, el agua existente pierde su estado líquido y se desplaza como vapor, a esta se le conoce como AGUA HIGROSCOPICA o no disponible, es decir que es aquella fuertemente fijada por las partículas del suelo y no es disponible para las plantas. José Fuentes Yague (investigador español) nos dice que desde el punto de vista de la utilización por las plantas, el agua del suelo puede ser de tres clases: • Agua sobrante.- que es aquella que no puede ser retenida por el suelo y cae • Agua disponible.- es el agua retenida por el suelo y que puede ser absorbida • Agua no disponible.- es el agua retenida por el suelo con tanta fuerza que por su propio peso hacia las capas más bajas. Esta agua no puede ser utilizada por las plantas por que esta fuera del alcance de las raíces por las plantas con suficiente transpiración rapidez para compensar las pérdidas por las plantas no la pueden absorber 38 Hablemos de riego 1.5 Estados de humedad del suelo. Las plantas extraen del suelo el agua que necesitan. Es necesario por tanto, conocer la capacidad del suelo para almacenar agua, con el fin de reponer la cantidad extraída Esta cantidad de agua almacenada en el suelo varía constantemente, y nos permite distinguir tres estados: • Saturación .- Es el contenido de humedad que tiene un suelo cuando se han llenado de agua todos los poros; esto sucede luego de una lluvia o riego abundantes o cuando tenemos una capa impermeable o poco profunda En los suelos saturados hay ausencia total de aire y por ello muchos cultivos no pueden soportar períodos de más de 5 días en éste estado, a excepción del arroz. En este estado, cualquier cantidad adicional de agua escurrirá, provocará encharcamiento o se eliminará por efecto de la gravedad hacia las capas más profundas del suelo. El período de saturación de la parte más superficial del suelo no es usualmente largo y cuando la lluvia o el riego a cesado, parte del agua contenida en los poros más grandes se moverá hacia abajo, proceso que se conoce como drenaje o percolación. El agua que drena de los poros es sustituida por aire ; en suelos de textura gruesa o arenosos éste drenaje habrá concluido en pocas horas, mientras que en suelos de textura fina puede durar de 2 a 3 días. 39 Víctor Hugo Cadena Navarro �ig� �o�12 Suelo saturado • Capacidad de campo.- Es el contenido de agua que retiene un suelo en contra de la gravedad, después de haber estado saturado. . La capacidad de campo refleja la cantidad de humedad que tiene un suelo cuando se pierde el agua gravitacional. A capacidad de campo el agua queda retenida en los poros capilares y en estas condiciones es absorbida por las plantas con mayor facilidad. Cuando el drenaje se ha detenido, los poros más grandes están llenos de agua y aire, mientras que los pequeños están todavía totalmente llenos de agua. En este momento se dice que el suelo está a capacidad de campo; se considera que el contenido de agua y de aire del suelo en este momento es el ideal para el crecimiento de las plantas. A capacidad de campo el agua esta retenida con un potencial equivalente a 1/3 de atmósfera; con este potencial un suelo arenoso retiene poco más de un 5% de humedad, mientras que un suelo arcilloso puede alcanzar una humedad cercana al 50%. El valor en porcentaje del volumen de agua existente puede situarse para suelos arenosos en 6%, para suelos francos o medios entre20- 25% y en suelos pesados o arcillosos entre 35-40%. Su valor podemos determinarlo en función de la textura del suelo, mediante la utilización del monograma que consta a continuación como figura No.16 Fig.No.13 Suelo a capacidad de campo �� Hablemos de riego • Punto de marchitez.- Es el contenido de humedad en el que la capacidad máxima de succión de la planta es igual a la tensión con que el agua es retenida por el suelo. El esfuerzo de absorción de las raíces no es suficiente para competir con las fuerzas de retención que ejercen las partículas del suelo y las sales existentes. Poco a poco, el agua almacenada en el suelo va siendo extraída por las raíces o evaporada hacia la atmósfera; si no se añade agua para compensar estas pérdidas, el suelo se irá secando gradualmente y cuanto más seco está el suelo, más fuertemente será retenida el agua sobrante y más difícil será para las plantas extraerla llegando a producir en estas la marchites y finalmente la muerte. El contenido de agua en el suelo en éste momento se le conoce como punto de marchitez permanente, es decir el suelo tiene todavía algo de agua, pero las raíces son incapaces de extraerla. Se valora por el porcentaje en volumen de agua existente y los valores de manera general son: para suelos arenosos 2%, suelos medios 9% y para suelos pesados 18%. Los métodos más comunes para determinar el punto de marchitez permanente son el del girasol y el de la olla de presión El primero consiste en determinar el contenido de humedad en el suelo, en el cual se ha desarrollado una planta de girasol y que ha mostrado síntomas de marchitez sin haber podido recuperarse luego de ser sometida a una atmósfera saturada de vapor de agua; mientras que el segundo consiste en determinar el peso del suelo de una muestra sometida a una tensión de 15 atmósferas. Fig.No.14 Punto de marchitez En el cuadro No.5 tenemos un resumen de lo visto en relación al tipo de agua y los estados de humedad. Aunque generalmente se asume que el valor de humedad a nivel de Cc es el doble del valor de Pm §¨ Pm = Cc ·¸ ; se pueden calcular los valores de capacidad de campo y 1 .84 ¹ © punto de marchites de un modo aproximado, a partir de la composición de la textura expresada en humedad gravimétrica, en %, utilizando las siguientes fórmulas: Cc = 0.48 Ac + 0.162 L + 0.023 Ar + 2.62 ( Fórmula de Peele ) Pm = 0.302 Ac + 0.102 L + 0.0147 Ar ( Fórmula de Briggs ) 41 Víctor Hugo Cadena Navarro Dónde: Cc = Capacidad de campo Pm = Punto de marchitez Ac = Contenido de arcilla L = Contenido de limo Ar = Contenido de arena De lo visto anteriormente podemos señalar que los factores más importantes que condicionan la retención del agua en el suelo son: la textura, la estructura, la porosidad y la profundidad del suelo explorado por las raíces. Fig.No.15 Clases de agua en un suelo 1.6 HUMEDAD APROVECHABLE. Se define como el contenido de humedad que el suelo es capaz de retener entre los límites conocidos como “capacidad de campo “y “punto de marchitez”. Es decir entre valores de tensión de 0.3 y 15 atmósferas, lo que nos indica que el esfuerzo que hace una planta para disponer de agua a CC es mucho menor que a Pm. Cuando la humedad de un suelo se sitúa cerca al valor del Pm dependiendo de la especie y la etapa fisiológica del cultivo se tendrá disminución de la producción. La dificultad de la planta para aprovechar esta agua aumenta a medida que su contenido se aproxima al punto de marchitez, por lo que conviene únicamente dejarle extraer una parte de la reserva útil antes de volver a regar. Esta parte de la reserva útil que se permitirá consumir a la planta toma el nombre “factor de agotamiento del cultivo” cuyo valor llegará a depender incluso del valor económico del cultivo. �2 Hablemos de riego Fig. Nº 16 NÓMOGRAMA PARA DETERMINAR LA CAPACIDAD DE CAMPO EN FUNCIÓN DE LOS PORCENTAJES DE ARCILLA, LIMO Y ARENA 100 100 90 90 80 80 70 70 70 60 Capacidad de campo ( c.c.) 60 40 30 50 40 30 50 40 30 20 10 20 20 0 10 0 FÓRMULA RESUELTA 1.45 CC= (0.233 - 0.53. R+0.25.L+0.023A) %Arcilla 43 % Limo % Arena 10 0 % de Limos 50 % de Arena (A) 60 Eje Auxiliar (Aux) % de Arcillas (R) 80 Víctor Hugo Cadena Navarro 44 45 ARCILLOSO ARCILLO LIMOSO FRANCO ARCILLOSO FRANCO FRANCO ARENOSO ARENOSO TEXTURA 0.5 (0.1 - 1) 2.5 (0,2-5) 8 (2-15) 13 (7-20) 25 (13-40) 53 (51-55) 51 (49-53) 49 (47-51) 47 (43-49) 43 (40-47) 38 (32-42) % Mm/h 50 (25 o más) ESPACIO POROSO VELOCIDAD INFILTRACION 1.30 (1.26 1.35) 1.25 (1.20 1.30) 1.35 (1.30 1.40) 1.50 (1.40 1.60) 1.40 (1.35 1.50) 1 1.65 (1.551.80) DENSIDAD APARENTE 35 (31-39) 31 (27-35) 27 (23-31) 22 (18-26) 14 (10-18) 9 (6 - 14) 2-% CAPACIDAD DE CAMPO 17 (15-19) 15 (13-17) 13 (11-15) 10 (8-12) 6 (4-8) 4 (2-6) 3-% 18 (16-20) 16 (14-18) 14 (12-16) 12 (10-14) 8 (6-10) 5 (4-6) % 4 = 2-3 23 (20-25) 21 (18-23) 19 (16-22) 17 (14-20) 12 (9-15) 8 (6-10) % 5=4x1 210 (175243) 230 (192260) 190 (156224) 120 (84-160) 170 (135210) 80 (62-108) mm/m PUNTO DE HUMEDAD DISPONIBLE CAPACIDAD MARCHITEZ peso seco Volumen RETENCION Cuadro No 6.- Valores promedios de las propiedades físicas de los suelos según la textura Hablemos de riego Víctor Hugo Cadena Navarro Cuadro No.7 Contenido de humedad aprovechable según la textura Textura Humedad disponible (mm de agua por m. de profundidad de suelo) Arenoso Franco arenoso Franco Franco arcilloso Arcilloso 70 - 100 90 - 150 140 – 190 170 – 220 200 - 250 La reserva de agua disponible para las plantas es el agua disponible contenida en la zona radicular del cultivo; es decir: Reserva disponible = (Cc-Pm ) x profundidad de raíces Se puede resumir lo antes visto diciendo que: Si el porcentaje en peso del agua disponible es igual a El porcentaje en volumen del agua disponible será Cc − Pm 100 Cc − Pm da 100 Si queremos saber el agua disponible a la profundidad de las raíces, entonces tendremos el valor de la lámina: L= Dónde: Cc − Pm dax Pr 100 Cc = contenido de humedad a capacidad de campo en base al peso en decimales Pm = contenido de humedad a punto de marchites en base al peso en decimales da = densidad aparente del suelo, a dimensional Pr= profundidad radicular efectiva, en metros No debemos olvidar que el aprovechamiento del agua por los cultivos es más efectivo cuando el contenido de agua en el suelo se mantiene cercano a la capacidad de campo. Porque a medida que la planta absorbe agua del suelo, si no hay nuevas aportaciones, disminuye progresivamente el contenido de agua disponible, y tiene que hacer mayor esfuerzo para obtenerla lo que ocasiona una disminución del rendimiento del cultivo. El agua útil depende del tipo de cultivo (hay cultivos que son aprovechados cuando están frescos por ejemplo las hortalizas o los forrajes, estos necesitan que el suelo se mantenga húmedo, pero hay cultivos como el algodón, los cereales para grano seco que no necesitan que esto ocurra) del tipo de suelo (Las plantas absorben el agua con mayor facilidad de suelos arcillosos, los suelos salinos en cambio retienen el agua con tanta fuerza que las plantas no la pueden tomar) de la magnitud de la transpiración (las plantas absorben el agua con menos facilidad a medida que aumenta la transpiración). 46 Hablemos de riego Ejercicio 1.- Un suelo contiene el 25% en peso de agua y el punto de marchitez es del 12% en peso. La densidad aparente es 1.4 Calcular los mm de agua que pueden aprovechar las plantas en una profundidad de 1.2 m Solución L = (CC-Pm)da x Pr L = (0.25 – 0.12)1.4 x 1.2 m L = 0.218 m L = 218 mm 2�� Un suelo franco arenoso tiene una humedad gravimétrica del 15.3% a la capacidad de campo y del 7.3% en el punto de marchitez. La densidad aparente es de 1.5 ton/m3 Calcular el volumen de agua disponible en una hectárea y en una profundidad de 80 cm Solución CC –Pm = 15.3 – 7.3 = 8% Hv = Hg x da Hv = 1.50 x 0.08 = 0.12 Vs = 10000 x 0.80 = 8000 m3 Vw = 8000 x 0.12 = 960 m3 1.7 Medición de la humedad Existen muchos métodos para su cálculo, pero los más utilizados son: 1. 2. 3. 4. 5. 1.- Gravimétrico Sonda de neutrones Bloques de yeso Tensiómetros Visual y de tacto Método gravimétrico .- Consiste en sacar una muestra de suelo, colocarle en un recipiente hermético, llevarle al laboratorio donde es pesada y puesta a desecar en una estufa a 105oc durante 24 horas y volverle a pesar, para por diferencia en peso entre la muestra húmeda y la muestra seca saber el contenido de agua que tenía el suelo. El porcentaje del contenido de agua en base a un peso seco se determina dividiendo el peso del agua para el peso de la muestra seca. Si nos interesa conocer el contenido de agua en base al volumen, necesitamos convertir el contenido de agua en el suelo en base a peso seco al valor equivalente en base a volumen, para lo cual el porcentaje de humedad en base a peso seco es multiplicado por la densidad aparente del suelo. Este método gravimétrico se hace difícil en suelos pedregosos o cuando no se tiene un laboratorio cercano porque consume un tiempo considerable ya que se requiere de un buen número de determinaciones para obtener un valor representativo 47 Víctor Hugo Cadena Navarro 2.- Sonda de neutrones.- Este aparato emite neutrones, que al chocar con los núcleos del hidrógeno desvían su trayectoria, estos son localizados por un detector situado en la misma sonda. Dado que el agua es la principal fuente de hidrógeno en el suelo, se toma como medida de la humedad del suelo la frecuencia con los que los neutrones alcanzan al receptor, leyéndose el porcentaje de humedad en una tabla de conversión. Fig.No.17 Medición de la humedad con la sonda de neutrones El calibrado se debe hacer para cada tipo de suelo y para cada horizonte, por especialistas que manejen material radioactivo, además, las medidas pueden ser alteradas cuando hay presencia significativa de materia orgánica, cuando el ión cloruro (Cl-) tenga una concentración superior a 1000 p.p.m. o cuando el ión boro (B3+) supere las 10 p.p.m.; este método no funciona para medir la humedad en los primeros 10 a 15 cm de suelo y es relativamente caro Como ventajas se señalan que las medidas se hacen siempre en el mismo punto del terreno, que el volumen de muestreo es mayor que con los otros métodos, además de ser preciso y rápido. 3.- Bloques de yeso.- Se instalan en el suelo a la profundidad deseada. Al colocar un bloque de material poroso como el yeso en el suelo, se establece un movimiento del agua entre el suelo y el bloque, el mismo que cesa cuando el potencial de ambos se iguala. Los bloques llevan en su interior unos electrodos que miden la resistencia al paso de la corriente eléctrica. Cuando el suelo pierde humedad el agua pasa del bloque al suelo, disminuyendo la resistencia eléctrica lo cual es registrado en un manómetro. Cada fabricante debe suministrar los datos necesarios para la calibración del mismo. Fig.No.18 Medición de la humedad con los bloques de yeso 48 Hablemos de riego Su utilización no es recomendable en suelos muy salinizados por que las lecturas no son confiables; no son apropiados para suelos arcillosos ya que estos tienden a agrietarse y cuando esto sucede se pueden romper los contactos entre los bloques y el suelo; no deben ser usados en suelos de textura muy gruesa puesto que no son muy sensibles a porcentajes bajos de humedad, tampoco deben ser utilizados en suelos saturados puesto que los bloques pueden disolverse. 4.- Tensiómetro.- Es un instrumento que mide el potencial mátrico, la tensión con que el agua es retenida por el suelo. Mide el estado energético del agua en el suelo. Cuanta más agua exista en el suelo, esta es retenida con menor energía y en consecuencia el tensiómetro indica una lectura igual o cercana a cero. A medida que el suelo pierde humedad, el agua que permanece en este es retenida con mayor energía y entonces el tensiómetro marca lecturas mayores. La tensión con que el agua es retenida por el suelo es medida en centibares; se estima que la capacidad de campo varía entre 10 y 20 cb, rango que representa el balance más adecuado entre el agua y el aire para el normal desarrollo de las plantas. Para la obtención de lecturas válidas de los tensiómetros se debe tener presente lo siguiente: • Antes de ser instalado en el suelo, la cápsula porosa del tesiómetro debe ponerse en agua por 24 horas; tiempo en el que se considera logrará su saturación. • Se debe proceder a extraer todo el aire que está en el interior del tubo, capaz que no interfiera en la lectura que trasmite la cápsula al manómetro; logramos esto con la utilización de una bomba de succión. • Se instalan en los sitios más representativos, teniendo presente el tipo de suelo, la pendiente, variedad y ciclo del cultivo, sistema de riego, entre otros. • La cápsula de cerámica debe quedar en estrecho contacto con el suelo; porque si entre los dos hay aire las lecturas no van a ser reales; para esto previamente con la utilización de un tubo galvanizado del mismo diámetro del tensiómetro sacamos el suelo donde vamos a poner el medidor. Fig.No.19 Medición de la humedad con tensiómetros TENSIÓMETRO CON MEDIDOR DE VACUÓMETRO [email protected] telf: 098442584 Cuando se trata de frutales o de plantaciones con raíces profundas se recomienda instalar dos tensiómetros de diferente profundidad, colocándose el primer tensiómetro 49 Víctor Hugo Cadena Navarro en el centro del bulbo de las raíces y el segundo inmediatamente bajo el bulbo. El segundo aparato se usa como un indicador de la llegada a esta zona del “frente de humedecimiento” de este modo podemos saber el tiempo de riego sin necesidad de que su lectura sea cero ya que eso indicaría la saturación y la pérdida de agua posterior. El riego debe en consecuencia hacerse hasta cuando el segundo tensiómetro comience a registrar un cambio en la lectura. La lectura del tensiómetro es una indicación del esfuerzo de succión que realizan las plantas para absorber el agua del suelo sin tener en cuenta la salinidad, por lo que se hace necesario calibrarles para cada tipo de suelo. Para la generalidad de autores la interpretación de la lectura del tensiómetro es: 0 – 10 10 – 20 20 – 60 Indica saturación del suelo, no debe regarse. Está a capacidad de campo; estado que debe mantenerse en riego por goteo Es el agua utilizable por las plantas, apropiado en riego por gravedad y riego por aspersión La planta ya se ve afectada, necesita riego . La humedad no es aprovechable y en consecuencia la planta muere 60 – 65 70 – 80 La Universidad de Utha nos da el siguiente cuadro para la interpretación de los valores del tensiómetro: Cuadro.No.8 Rangos de tensión en el agua del suelo y su interpretación TENSION ( cb ) 0–5 10 - 25 25 - 40 40 - 50 50 - 70 70 - 80 ¾ 80 INTERPRETACIÓN El suelo demasiado húmedo para la mayoría de los cultivos Contenido de agua y de aireación ideales para la totalidad de cultivos, riego no requerido Contenido de agua adecuado para muchos cultivos, exepto para los de raíces someras, y/o en suelos arenosos, riego depende de la condición del suelo y planta Agua adecuada para los cultivos con sistemas radiculares medianamente profundos en suelos de textura media Agua adecuada para cultivos con raíces profundas Riego recomendado para la mayoría de los cultivos en cualquier tipo de suelo El riego es necesario, excepto si se requiere de estrés al cultivo Goyal,et. al. (2000) al utilizar los tensiómetros señalan los valores convenientes para saber cuándo regar; estos se determinan a continuación: Cuadro No.9 Lecturas en los tensiómetros para decidir cuándo regar CULTIVO TENSION (cb ) CULTIVO TENSION (cb) Ajo 50-70 Manzano 30-40 Alfalfa 65-80 Melón 35-40 Apio 20-30 Naranjos 40 -70 Arvejas 30-60 Palto 40-50 Cebolla verde Cebolla seca 45-65 55-65 Pastos y forraje Patatas 25-35 30-50 �� Hablemos de riego Cereales secundarios 40-60 Pepino 60-70 Col 60-70 Porotos 60-70 Flores y plantas 10-50 Remolacha 60-70 Frutales hoja caduca 50-80 Soya 50-75 Frutales hoja persistente Frutas caedizas 40-50 Sorgo 60-70 50-80 Tabaco 30-80 Frutilla 20-30 Tomate 60-70 Gramíneas 40-65 Trébol 30-60 Hortalizas de hoja 40-50 Trigo 60-70 Lechuga Limón Maíz 40-60 40-70 50-70 Vid Zanahoria 40-60 50-60 5.- Método visual y de tacto, consiste en tomar en la mano una muestra de suelo, friccionarla entre los dedos y hacer un estimativo de la humedad del suelo en base al tacto y a la apariencia. Para ello se han preparado cuadros como el que se indica con el No.11 que sirven de guía para la estimación del contenido de humedad en el suelo. El siguiente cuadro elaborado por la UTHA nos da una idea de los valores de humedad aprovechable de acuerdo a la textura del suelo. �uadro �o�1� Contenido de humedad del suelo de acuerdo a la textura TEXTURAS CONTENIDOS DE HUMEDAD EN EL SUELO (cm de agua/metro de suelo) 3.33 – 6.25 6.25 – 10.42 10.42 – 14.58 12.50 _ 19.17 Gruesa – arena de grava Arena media a fina y migajón arenoso Moderada Media, arena muy fina, migajón, limo y sedimento Moderadamente fina, migajón arcilloso, migajón arcillo arenoso Textura fina, arcillas, Suelo orgánico 14.58 _ 20.83 13.33 _ 20.83 16.67 _ 25.00 Este método es sencillo, barato y nos da una estimación rápida del agua disponible para las plantas; aunque podemos señalar como desventajas la de ser un método subjetivo es decir que no podemos tener con exactitud el contenido de agua que tenga un suelo 51 Víctor Hugo Cadena Navarro �ig��o�2� Medición de la humedad por el método del tacto Cuadro No. 11. Guía para la estimación de la parte de humedad utilizable que ha sido extraida del terreno. Falta de humedad suelo, % Capacidad Campo 2� Tacto y aspecto de falta de humedad, en cm de agua por metro de suelo Textura Textura gruesa Textura mediana Textura fina o muy gruesa moderna fina Cuando se Cuando se Cuando se Cuando se comprime no sale agua de la comprime no comprime no comprime no sale porción de terreno, sale agua de sale agua de la agua de la porción pero queda una la porción de porción de de terreno, pero huella húmeda de terreno, pero terreno, pero queda una huella queda una huella húmeda de tierra en tierra en la mano queda una húmeda de tierra la mano huella en la mano húmeda de tierra en la mano Se forma cilindro con Tendencia a Se puede formar Se puede formar una bolita que se facilidad cuando se aglomerarse, una bolita con dificultad que se moldea fácilmente y amasa entre los sin bien dedos, tiene un ligeramente; rompe fácilmente es muy pegajosa si y que no es contacto pegajoso. hay un contenido a veces y pegajosa. relativamente alto bajo de arcilla. precisión, permite la formación de una bolita que se disgrega fácilmente �2 Hablemos de riego 2� � �� 55-75 7� � 1�� �1��� es el punto de marchitez permanente) Seco en apariencia no se puede formar una bolita amasándolo. Se puede llegar a formar una bolita bajo precisión, pero no suele mantenerse compacta. Seco en apariencia, solamente con precisión no es posible hacer una bolita Seco, suelto en granos, se disgrega entre los dedos. Seco en apariencia, no se puede formar una bolita empleando únicamente la precisión*. Seco, suelto, se disgrega entre los dedos. Se puede formar una bolita relativamente plástica que resulta algo pegajosa cuando se le presiona con los dedos. Se amigaja, pero se mantiene relativamente compacta cuando se le somete a presión. Se forma una bolita o pequeño cilindro cuando se amasa entre el pulgar yu el índice. Polvoriento, seco a veces se encuentra en pequeñas costras que se reducen a polvo al romperse. Duro, muy reseco, apretado, a veces tiene costras que se disgregan en la superficie. Relativamente moldeable, se puede formar una bolita cuando se presiona un poco de terreno*. * La bolita se forma al amasar con fuerza la tierra. 1.8 Infiltración Es el movimiento del agua desde la superficie del suelo hacia abajo, después de una lluvia o de un riego. Se dice también que es la propiedad que tiene el suelo de absorber lentamente el agua a través de sus poros. La facultad de un suelo para permitir el paso del agua recibe el nombre de permeabilidad, la misma que depende del número de poros, de su tamaño y de su continuidad. Si tenemos muchos poros grandes y continuos veremos favorecida la permeabilidad. En consecuencia, la velocidad de infiltración depende de la permeabilidad de un suelo. Es la característica física de los suelos con mayor problema para valorarle, porque es variable tanto en el tiempo como en el espacio; es decir que la infiltración de un día es diferente a la del día siguiente y de igual manera en un área determinada su valor cambia de un sitio a otro. La cuantificación de la infiltración se llama “velocidad de infiltración o taza de infiltración”, es la relación entre la lámina de agua que se infiltra y el tiempo que tarda en hacerlo, se expresa por lo general en cm/min, cm/hora o mm/hora. Una taza de infiltración de 17 mm/hora significa que una lámina de 17 mm puesta sobre la superficie del suelo tardará una hora en infiltrarse. El conocimiento de la velocidad de infiltración es básico para el manejo del riego; pues este valor nos permite el cálculo del tiempo y el método de riego que nos conviene implementar. La velocidad de infiltración depende también de las condiciones de humedad que presente el suelo. Cuando el suelo se encuentra seco, observamos que el agua se infiltra con rapidez, es decir tiene los máximos valores. A esta se le llama la velocidad de infiltración inicial. Luego, conforme se humedece el suelo, el agua de la superficie se 53 Víctor Hugo Cadena Navarro infiltra más lentamente y con el tiempo en condiciones de saturación alcanza un valor constante que se denomina velocidad estabilizada de infiltración. �uadro �o�12 Velocidad estabilizada de infiltración para diversos tipos de suelos Tipo de suelo Velocidad ( mm/hora) >30 15 – 30 12 – 18 8 - 14 6 - 10 20 – 30 10 – 20 5-- 8 3- 6 Arenoso Arenoso Franco Franco arenoso Franco Franco limoso Areno limoso Limoso Arcilloso limoso Arcilloso En los suelos arenosos, aunque su porosidad total es menor que en los arcillosos, la infiltración es más rápida porque tiene poros más grandes. Cuadro No.13 Clasificación de la infiltración básica Clasificación Muy baja Baja Media Alta Muy alta Ib en mm/h Menor de 2.5 2.5 a 15 15 a 28 28 a 53 Mayor de 53 La velocidad de infiltración depende de una serie de factores, entre los que se destacan los siguientes • Tipo de suelo.- mientras mayor sea la porosidad, el tamaño de las partículas • Grado de humedad del suelo.- La infiltración varía en proporción inversa a • y el estado de fisuramiento del suelo, mayor será la velocidad de infiltración. Una textura arenosa permite una rápida infiltración, mientras que la arcillosa la dificulta. Las grietas que aparecen en algunos suelos arcillosos cuando se secan, facilita la penetración del agua en su comienzo, pero, cuando la tierra se ha humedecido las partículas aumentan de tamaño y hacen que desaparezcan las grietas y sea menor la velocidad de infiltración. Los suelos con una buena estructura tienen una mayor velocidad de infiltración que los suelos sin estructura o compactados. En consecuencia, la materia orgánica al mejorar la estructura del suelo, favorece la infiltración del agua. la humedad del suelo, es decir, un suelo húmedo presenta menor velocidad de infiltración que un suelo seco. Presencia de sustancias coloidales.- En casi todos los suelos encontramos coloides, la hidratación de estos aumenta su tamaño y en consecuencia reduce el espacio para que se produzca la infiltración. 54 Hablemos de riego • El apelmazamiento del suelo. El impacto de las gotas de lluvia sobre la • La acción del hombre y de los animales.- El suelo virgen o las labores • Las sales del suelo y del agua. Las sales que contiene el agua de riego, • Los sedimentos en el agua de riego. Las partículas de limo y arcilla que • • superficie del suelo deshace su buena estructura, dando como resultado unas partículas finas que taponan los poros y dificultan la infiltración. ordinarias facilitan la penetración del agua, pero cuando una tierra de labor se ha cultivado durante muchos años se forma una capa de tierra dura, debajo de la capa arable, debido a que los aperos compactan esa capa de tierra porque han pasado siempre a la misma profundidad. Esta capa dura, conocida entre nosotros como pie de de arado, dificulta la infiltración del agua. Las labores profundas rompen esta capa y permiten que el agua pase con mayor facilidad a zonas más profundas. especialmente las de sodio, se van acumulando en el perfil del suelo y tienen un efecto dispersante sobre las arcillas que hace que se pierda la estructura e impida la infiltración. se mantienen en suspensión pueden producir un encostramiento en los suelos de textura fina con lo que dificultan aún más la infiltración. El tiempo de infiltración; en los terrenos arcillosos, con poca velocidad de infiltración, una lluvia suave durante mucho tiempo aporta más agua al suelo que una lluvia fuerte que dure poco tiempo. El tiempo de infiltración aumenta cuando el agua de alguna forma se mantiene sobre el terreno para irse infiltrando poco a poco. El aire atrapado durante el proceso de aplicación del agua; suponemos que el aire que se ve desplazado por el agua tiene una resistencia despreciable la cual se justifica por la menor densidad del aire y porque se supone puede escapar por los poros más grandes; no obstante hay casos en que el aire queda atrapado por el agua que se infiltra causando una acumulación de presión en el avance del frente húmedo y una reducción de la infiltración. El método más conocido para calcular la velocidad de infiltración es el denominado de los cilindros infiltrómetros, que consiste en lo siguiente: Equipo requerido: Infiltrómetro de anillo o cilindros de 30 y 60 cm de diámetro por 27 de altura; cronómetro, martillo o combo, cubeta o balde, tela de yute o periódico, regla graduada, y agua Metodología: 1.- Introducir los anillos en el suelo (15 cm), utilizando para ello el martillo o el combo según el suelo y una tabla o palo para no dañar los bordes. Dejando entonces 12 cm por encima de la superficie del suelo 55 Víctor Hugo Cadena Navarro �ig��o�21 Empleo de los cilindros infiltrómetros 2.- Colocar la tela de yute o el periódico dentro del infiltrómetro para proteger la estructura de la superficie del suelo al verter el agua. 3.- Verter en los anillos en forma rápida, de 7 a 10 cm. de agua lo cual se verá en la regla colocada en el anillo interior y registrar el tiempo en que empieza la prueba. 4.-Después de 1 –2 minutos, se registra el descenso del nivel del agua en el anillo interior sobre la regla y se pone agua para que el nivel vuelva a alcanzar aproximadamente el nivel original del comienzo de la prueba. Se registra el nivel del agua. Mientras se debe mantener el nivel del agua en el cilindro exterior. 5.- Continuar la prueba hasta que el descenso del nivel del agua sea el mismo durante el mismo intervalo. Tomar lecturas en tiempos cortos al comienzo de la prueba, pero ampliar el intervalo entre las lecturas a medida que pasa el tiempo (puede ser cada 20 – 30 minutos) es lo recomendable. • Los datos obtenidos los anotamos en el Cuadro No 14 “hoja de datos: velocidad de infiltración” en el que, la columna 1 indicará la hora y minutos del registro. • La columna 2 indica la diferencia de tiempo (en minutos) entre dos lecturas. 56 Hablemos de riego • La columna 3 nos dice el tiempo acumulado, en minutos; es decir el tiempo desde que comenzó la prueba. • La columna 4 indica las lecturas del nivel del agua en mm controlada en la regla; antes y después de proceder al llenado (ver numeral 4). • La columna 5 indica la infiltración (en mm) entre dos lecturas; esta es la diferencia en los niveles de agua medidos entre dos lecturas. • La columna 6 indica la velocidad de infiltración (en mm/min) es decir la infiltración (columna 5) dividida por la diferencia del tiempo (columna 2). • La columna 7 nos da la velocidad de infiltración en mm/hora; es decir col 6 x 60. • La columna 8 nos indica la infiltración acumulada en mm. Con los datos del cuadro anterior podemos obtener las curvas de la velocidad básica de infiltración o de la velocidad acumulada de infiltración, según sea nuestra necesidad. Lamina de infiltracion acumulada Velocidad maxima de infiltracion Fig.No.22 Curvas de infiltración Velocidad maxima de infiltracion Tiempo Transcurrido Tiempo Transcurrido Velocidad básica de infiltración Velocidad acumulada de infiltración LAMINA INFILTRADA - cm 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 DISTANCIA - m. 57 6 7 8 2 h min seg min comienzo =0 Lectura en Diferencia el de tiempo cronómetro 1 min comienzo = 0 Tiempo acumulado 3 Emplazamiento: ………………………………………. 4 Lecturas del nivel del agua. antes después del del llenado llenado mm mm mm Infiltración 5 mm/min Velocidad de infiltración 6 8 mm/hora mm comienzo =0 Velocidad Infiltración de acumulada infiltración 7 Tipo de suelo: ……………………………………… Fecha de la prueba: ……………………………… Cuadro No. 14 Hoja de datos: Velocidad de infiltración Víctor Hugo Cadena Navarro 58 Hablemos de riego 1.9 Características químicas Las propiedades químicas del suelo pueden influenciar grandemente el riego del terreno al afectar las propiedades hidráulicas de este. Los suelos que tienen exceso de sales son suelos salinos, los suelos que tienen un exceso de sodio intercambiable son suelos sódicos. Un suelo salino retarda o impide la germinación y puede reducir el crecimiento de la planta por la alta presión osmótica que impide la absorción normal del agua por parte de las plantas Los suelos sódicos tienen una pobre estructura porque se hinchan o se dispersan con lo que se reducen los espacios porosos, lo que afecta la permeabilidad del suelo Además., hay la presencia de iones específicos como el boro que aun en pequeñas cantidades es tóxico, o de sales benéficas como las que se encuentran en fertilizantes como el potasio y nitratos que al exceder su concentración pueden volverse tóxicos para las plantas Se ampliará el tema al tratar de la calidad del agua para el riego Cuadro No.15 Clasificación de niveles relativos de salinidad CE a 25 0c Clasificación en Micromhos / cm salinidad Baja 0 – 250 Moderada 250 – 750 Media 750 – 2250 Alta 2250 – 4000 Muy alta 4000 – 6000 Excesivamente alta >6000 Concentración de sal en gr/l >0.7 0.2 – 0.5 0.5 – 1.5 1.5 – 2.5 2.5 – 3.8 >3.8 Fig.No.23 La salinidad de los suelos y el desarrollo de los cultivos 59 Víctor Hugo Cadena Navarro 6� Hablemos de riego 2. RELACION AGUA – PLANTA – CLIMA El agua es el principal constituyente de las plantas pues representa el 80% o más del peso de las plantas herbáceas y alrededor del 50% de las leñosas. El agua transporta nutrientes que la planta utiliza para su crecimiento. Al pasar a través de la planta y descargarse en la atmósfera produce también el necesario enfriamiento de esta Desde el punto de vista del riego, lo que nos interesa conocer dentro del movimiento del agua en la relación suelo – agua - planta – atmósfera son las necesidades hídricas de los cultivos y el momento óptimo del riego; lo cual tiene relación con dos procesos: la evaporación y la transpiración Evaporación.- Es el proceso en el que, por influencia principalmente de los rayos solares, el agua escapa hacia la atmósfera desde una superficie libre de agua, de una superficie de suelo y de superficies expuestas de las plantas cuando están húmedas. Transpiración.- Las plantas son capaces de formar su propia materia en base a las substancias que toman del aire y del suelo. La planta absorbe por las raíces el agua y las sales minerales y por las hojas toma el bióxido de carbono del aire El agua y las sales minerales absorbidas por las raíces constituyen la savia bruta, la cual es transportada a través del xilema hasta las hojas, en donde tiene lugar una importantísima función llamada fotosíntesis (C6H12O6 + 602) mediante la cual la planta elabora su propia materia orgánica La savia bruta contiene una gran cantidad de agua; pero cuando llega a las hojas pierde una gran parte de esta y toma las substancias orgánicas elaboradas, transformándose en savia elaborada. El agua sobrante de la savia bruta sale al exterior en forma de vapor de agua. Este proceso de eliminación del agua sobrante en forma de vapor recibe el nombre de transpiración y se produce a través de los estomas El acceso del agua a considerables alturas que puede tener una planta se basa en la teoría de la cohesión (unión de dos moléculas de agua mediante el puente de hidrógeno). UTHA dice que la planta necesita alrededor de 500 lt. para producir 1.0 kilo de materia seca. Para que la planta se desarrolle normalmente debe existir equilibrio entre el agua absorbida por las raíces y el agua transpirada por las hojas, ante lo cual la planta puede graduar la apertura de los estomas. Las causas más influyentes sobre los movimientos de apertura y cierre de los estomas son las siguientes: • • • La intensidad de la luz.- La fotosíntesis se realiza con la energía de la luz solar. A mayor intensidad de la luz, hay mayor intensidad de la fotosíntesis produciendo mayor savia elaborada y por tanto mayor transpiración. La temperatura y el viento favorecen la transpiración y por tanto, la salida del agua de la planta en forma de vapor. El grado de humedad del aire.- Con la atmósfera seca se aumenta la transpiración por lo que se favorece la evaporación del agua. 61 Víctor Hugo Cadena Navarro • La cantidad de agua contenida en la planta. Cuando la planta sufre • El período vegetativo en el que se encuentre la planta escasez de agua ya sea por un escaso aprovisionamiento o por una alta transpiración los estomas se cierran parcialmente o incluso por completo, con el fin de disminuir las pérdidas de agua: 2�1 ��a�otrans�iraci�n Término conocido también como Uso Consuntivo o Requerimiento de agua por parte de las plantas La cantidad de agua perdida por evaporación y transpiración es causada por un efecto combinado de las dos, porque entre ellas son dependientes. La transpiración puede ser influenciada por la evaporación del agua desde el suelo, y la evaporación del agua desde el suelo es influenciada por el grado de cobertura existente del cultivo y la disponibilidad de humedad en la capa del suelo cercana a su superficie. Evapotranspiración, en un terreno ocupado por cultivos, es el fenómeno en virtud del cual se devuelve el agua a la atmósfera en forma de vapor obedeciendo a dos causas diferentes: la evaporación del suelo y la transpiración de la vegetación que lo cubre. Se dice también que es la suma del agua transpirada por la planta a través de los estomas y el agua que se evapora desde el suelo hacia la atmósfera. Se expresa en unidades de lámina por unidad de tiempo (mm/ día, mm / mes, etc.) y se le representa por E T. �ig��o�2� La Evapotranspiración o Necesidades de agua de la planta En un proceso de producción, las pérdidas de agua por evaporación del suelo son mayores al momento del establecimiento del cultivo, conforme el cultivo se va desarrollando estas pérdidas van decreciendo y la transpiración va aumentando hasta ejercer un mayor peso sobre el proceso de la evapotranspiración. Los factores que condicionan la evapotranspiración podemos agruparles de la siguiente forma: 62 Hablemos de riego • • • Condiciones meteorológicas. La insolación fuerte, las temperaturas elevadas, la sequedad del ambiente y el viento son condiciones meteorológicas que favorecen la evapotranspiración. Es decir que el clima nos permite decir que las más altas necesidades de agua de los cultivos se producen en áreas cálidas, secas, ventosas y con días claros; por lo que las necesidades de agua de un cultivo cambiarán dependiendo del clima del lugar en que esté establecido; por ejemplo una variedad de maíz cultivado en clima frío necesitará menos agua por día que la misma variedad de maíz cultivada en clima cálido Condiciones del cultivo. La naturaleza de la vegetación; la fase vegetativa del cultivo y la densidad de siembra influyen en la necesidad de agua por parte del cultivo. La naturaleza de la vegetación: las plantas que tienen un mayor follaje transpiran más que aquellas que tienen pocas hojas. El tipo de cultivo también nos dirá de la evapotranspiración existente, por ejemplo el arroz necesita más agua que el fréjol. Las condiciones de desarrollo, un maíz totalmente desarrollado consumirá más agua que un cultivo de cebolla en desarrollo, además de que la duración del ciclo vegetativo varía de un cultivo a otro La fase vegetativa en que se encuentra el cultivo. La evapotranspiración varía a lo largo del ciclo vegetativo, en las plantas poco desarrolladas la mayor parte del agua se pierde por evaporación en el suelo; pero a medida que el cultivo se desarrolla aumenta la transpiración y disminuye la evaporación debido a que aumenta el follaje y éste sombrea la superficie del suelo. Condiciones dependientes del suelo. Entre las que se destaca la capacidad de retención del agua; en suelos arcillosos que retienen gran cantidad de agua tendremos una evapotranspiración más intensa Podríamos resumir estos factores y sus efectos en el cuadro siguiente: Cuadro No.16 Factores que condicionan la Evapotranspiración Factor elemento Efecto sobre la evapotranspiración del cultivo Alta Baja Clima Caliente Seco Ventoso Despejado Mucho follaje Fase desarrollo Cultivos densos Húmedo temperatura humedad relativa vientos nubosidad Cultivo naturaleza ciclo vegetativo densidad Suelo capac de retención 63 frío húmedo sin viento nublado poco follaje inicio - cosecha cultivos espaciados seco Víctor Hugo Cadena Navarro �ig �o�2� Factores climáticos que inciden en el valor de la evapotranspiración Con estas variaciones y con el objeto de unificar los métodos de valoración de la evapotranspiración quienes estudiaron el tema vieron la necesidad de elegir una parcela estándar para ser comparada en todas las condiciones posibles; llegándose a establecer con ello el concepto de Evapotranspiración potencial que se define como : la cantidad de agua consumida , durante un determinado período de tiempo, en un suelo cubierto con una vegetación homogénea, densa, en plena actividad vegetativa y con un buen suministro de agua. El cultivo de referencia utilizado en esta parcela estándar o parcela normalizada fue pasto verde uniforme de 8 a 15 centímetros de altura que sombreaba completamente el suelo; con el que al comparar las zonas climáticas con la temperatura se obtuvieron los primeros datos, a los que la FAO hace referencia en el cuadro siguiente. Cuadro No 17. Necesidades medias diarias de agua para una parcela estándar Factor climático Desértica/ árida Semiárida Subhúmeda Húmeda Temperatura media diaria Baja media alta Inferior a 15 c ( 15 a 25 c ) superior a 25 c 4–6 4–5 3–4 1–2 7–8 6–7 5–6 3–4 9 – 10 8–9 7–8 5–6 Del que podemos deducir por ejemplo, que si la parcela normalizada cultivada en un clima semiárido con una temperatura media de 150c necesita 6 mm de agua. El mismo cultivo en un clima subhúmedo, con una temperatura media de 300c necesitará alrededor de 7,5 mm de agua por día. Luego se crearon comparaciones entre los cultivos y la parcela estándar y la FAO nos indica que:. 64 Hablemos de riego Cuadro No 18. Necesidades de agua en el período punta para diferentes cultivos comparados con los de una pradera normalizada Columna 1 -30% Columna 2 - 10% Columna 3 Igual a testigo Columna 4 + 10 % Columna 5 +20 % Cítricos Olivo Uva Pepino Rábano calabaza Zanahoria Crucíferas ( col, coliflor, brócoli,etc. ) Lechuga Melón Cebolla Maní Pimiento Espinaca Té Pradera Cacao Café Árboles frutales con suelo desnudo p.e. manzano Cebada Fréjol Maíz Lino Otros cereales Algodón Tomate Berenjena Lenteja Mijo Avena Alverja Papa Cártamo Sorgo Soya Remolacha Girasol Tabaco Trigo Arroz Caña de azúcar Banana Árboles frutales con cubierta vegetal Haciendo referencia al cuadro, supongamos que en una determinada área la vegetación (cebolla) que nos sirve de referencia necesita 6.0 mm de agua por día, en esa misma localidad los cítricos necesitarán el 30 % menos de agua, es decir 6.0 – 1.8 = 4.2 mm/día. Lógicamente que también la duración del ciclo vegetativo tiene que ver en las necesidades de agua diaria del cultivo, por eso se señalan algunos valores orientativos dados por la FAO referentes a la duración de éste para algunos cultivos. Cuadro No 19. Duración del ciclo vegetativo de algunos cultivos Cultivo duración del ciclo (días ) Alfalfa 100 - 365 Banana 300 - 365 Cebada, avena, trigo 120 - 150 Fréjol verde 75 - 90 seco 95 110 Col 120 - 140 Zanahoria 100 - 150 Cítricos 240 - 365 Algodón 180 - 195 Pepino 105 - 130 Berenjena 130 - 140 Lino 150 - 220 Otros cereales 150 - 165 Lenteja 150- 170 Lechuga 75 -140 Maíz choclo 80 -110 Maíz 125 - 180 Melón 120 - 160 Cultivo duración del ciclo (días ) Mijo 105 – 140 Cebolla verde 70 - 95 Seca 150 – 210 Guisante 90 -100 Maní 130 - 140 Pimiento 120 – 210 Patata 105 - 145 Rábano 35 - 45 Arroz 90 - 150 Sorgo 120 -130 Soya 135 -150 Espinacas 60 -100 Calabaza 95 - 120 Remolacha 160 - 230 Caña de azúcar 270 – 365 Girasol 125 - 130 Tabaco 130 - 160 Tomate 135 –180 65 Víctor Hugo Cadena Navarro Dado que la evapotranspiración representa la liberación del agua a la atmósfera, su valor es esencial en la determinación del consumo del agua por parte de las plantas. Y se dice que el requerimiento de agua de las plantas no es sino la reposición del agua perdida por evapotranspiración. Pudiéndose decir que regar es la aplicación oportuna, uniforme y eficiente de agua al suelo, para reponer el agua consumida por los cultivos y que se evapora del suelo por acción del clima. Es decir que para saber cuál es la cantidad de agua que se debe aportar con el riego, es indispensable saber, por un lado, la cantidad que el cultivo pierde en la evapotranspiración y por otro la cantidad de agua que pueden aportar las precipitaciones, la diferencia entre ellas se deberá cubrir con el riego. 2�1�1 ��todos de c�lculo Los métodos para saber el requerimiento de agua de los cultivos son muchos y variados; algunas de las ecuaciones para estimar ETo no son simples y requieren el conocimiento de varios factores climáticos que en ocasiones no están disponibles, o bien algunas de estas ecuaciones no son correctas en las condiciones del lugar Existen dos tipos de métodos para calcular la Evapotranspiración: los directos y los empíricos. Entre los métodos directos señalaremos los siguientes: • Los lisímetros, ideado por el profesor W. O. Pruitt, que es un recipiente de lámina galvanizada que forma un tanque cilíndrico de aproximadamente 6.0 mts. de diámetro por 95 cm de alto ubicado sobre una balanza, en el que se coloca el suelo y el cultivo a estudio en condiciones similares al sembrado en el campo abierto. El consumo de agua por las plantas se determina pesando diariamente el conjunto del suelo, plantas, agua y aparato y por diferencia de pesos se obtiene el valor buscado La ventaja de este método es la facilidad en la toma de mediciones y la aplicación del agua. La desventaja es además de su costo, el desarrollo anormal que se produce en las raíces al concentrarse estas en dirección al tubo de aplicación del agua que está en el fondo del recipiente; además, no se puede aplicar a plantas que tengan un desarrollo radicular mayor que las dimensionas del tanque. • El Evapotransporímetro de Thornthwaite, muy parecido a los lisímetros, sino que envés de medir por su peso se colocan hidrómetros que nos dan las medidas del agua Consta de las siguientes partes: a) Tanque evapotranspirador de fierro galvanizado, con área rectangular de 4 m2 y 90 cm de profundidad. Este tanque va hundido hasta el nivel del suelo. Se llena de tierra y se siembran las plantas. En el fondo tiene un lecho de grava que ayuda a eliminar el exceso de agua. b) Tubería subterránea ramificada y perforada para conducir el agua al suelo. c) Tanque alimentador en donde se mide y agrega diariamente el agua consumida d) Tanque de excedentes, que recoge los excesos de agua, generalmente provocados por lluvias. e) Junto a los tanques de excedentes y de alimentación se colocan higrómetros que permiten tener las medidas exactas del agua. 66 Hablemos de riego La cantidad de agua consumida (ET) será la que se agrega al tanque alimentador (va) más la lluvia (vll), menos la cantidad medida en el tanque de excedentes (ve). ET = va + vll – ve Para el buen funcionamiento del aparato se recomienda que los tanques alimentador, regulador y de excedentes, estén bajo una caseta, para disminuir los efectos de evaporación, además alrededor del tanque evapotranspirador, deberá estar sembrado el cultivo que está en estudio. Las dificultades que presenta la operación del equipo, el hecho de no poder aplicarse a más de un solo cultivo, hacen que su utilización sea altamente costosa. • Los Atmómetros de Livingston; que consisten en dos recipientes graduados que contienen agua y que están enterrados en el suelo donde está el cultivo en estudio. Estos recipientes tienen una esfera de cerámica porosa, pintada la una con barniz blanco y la otra con barniz negro. Al recibir energía de la atmósfera se produce una evaporación en la superficie de la esfera, la misma que puede ser medida en el recipiente graduado. En este método para el cálculo de la evapotranspiración se hace utilizando la siguiente ecuación : E = 0.87 ( Ln – Lb ) Dónde: E = evapotranspiración Ln = lectura del recipiente negro Lb = lectura del recipiente blanco • Otro método es la experimentación directa, que consiste en medir periódicamente la humedad existente en el terreno por ejemplo : a los tres días del último riego ( a fin de tener la seguridad de haber perdido el agua gravitacional ) se toma una muestra calculando su peso seco ( Pss). Ps1 = (Peso del suelo húmedo – Peso del suelo seco) 100 / Peso de suelo seco A los tres días se repite la operación a 50 cm del lugar donde se tomo la muestra anterior siempre a la misma profundidad del suelo, obteniendo de este modo un Ps2; con lo que conociendo la densidad aparente y la profundidad radicular aplicamos la fórmula y obtenemos el valor buscado. Ejemplo: Suponiendo que hemos obtenido los siguientes datos: Ps1 a los tres días del riego----------------20.2 % Ps2 a los seis días del riego----------------17.4% Densidad aparente = 1.37 Profundidad radicular = 50 cm. § mm · ª Ps 1 − Ps 2 º ET ¨ ¸=« » dax Pr dia 3 © ¹ ¬ ¼ § 20 . 2 − 17 . 4 · ET = ¨ ¸1 . 37 x 0 . 50 3 © ¹ ET = 6.4 mm / día 67 Víctor Hugo Cadena Navarro El máximo valor de la evapotranspiración se encuentra entre los 5 y 9 mm/día Dentro de los métodos empíricos para determinar la Evapotranspiración podemos señalar algunos de los más utilizados Penman desarrollo en 1948 una fórmula teórica basada en la radiación neta. Por otro lado Jensen en 1963 desarrollo un método basado en medidas de radiación solar, lo que permite estimar el Uso consuntivo en períodos breves de una semana en función de los registros de radiación solar. Blaney y Criddle, desarrollaron un método basado en datos climáticos. Thornthwaite desarrollo una fórmula empírica basada en los datos de temperatura. Christiansen, Turc, Hansen, Grassi dieron otros métodos, existe el método de Hargreaves, de la radiación, el método del tanque evaporímetro y muchos más. Señalaremos a continuación algunos de ellos: Método de Thornthwaite Este autor Norteamericano, en 1948 desarrollo una fórmula para obtener los valores de la Evapotranspiración potencial (ETP) no ajustada correspondientes a un mes tipo de 30 días con 12 horas de heliofanía La fórmula se basa en los valores de temperatura y en la latitud de un lugar específico. Sirve para estimar la evapotranspiración potencial Se obtienen buenos resultados en zonas húmedas con vegetación abundante, pero los errores aumentan en zonas áridas o semiáridas. Su expresión general es: Dónde: Et = evaporación potencial no ajustada para meses de 30 días de 12 horas luz (mm) T = temperatura media mensual (°C) I = índice calórico anual, que se obtiene de la suma de los valores mensuales (i) que a su vez obedece a la fórmula: i = (T/5)1,514 i = índice calórico mensual a = constante que depende del lugar y que es función del índice de eficiencia anual de temperatura, cuyo valor es: a = 0.000000675 I 3 - 0.0000771 I 2 + 0.017925 I + 0.49239 La evapotranspiración potencial no ajustada se corrige por la duración real del día en horas y los días del mes y se obtiene la evapotranspiración potencial ajustada. Las principales críticas al método se refieren a que la temperatura no puede ser único elemento climático que tenga relación con la evapotranspiración, pues la temperatura del aire puede ser diferente a la temperatura de radiación y producir advección, de igual manera el viento puede provocar evaporación aún con temperaturas bajas 68 Hablemos de riego Método de Turc Turc desarrolló en 1962 la fórmula siguiente la cual se basa en estudios estadísticos de 254 cuencas alrededor del mundo; relaciona evapotranspiración, precipitación y temperatura. También, desarrolló otra fórmula mucho más complicada para periodos más pequeños (10 días); en esta fórmula trata de tomar en cuenta el efecto de la humedad del suelo para diferentes plantas. Dónde: ETreal = evapotranspiración anual (mm) P = precipitación anual (mm) IT = 300 + 25 T + 0.05 T3 T = temperatura media del aire (°C) Método de Hansen De acuerdo a este método, las exigencias hídricas a lo largo del ciclo vegetativo del cultivo se resumen en una sola curva o “Curva única de Hansen”. Las etapas de crecimiento están relacionadas con las demandas de agua aún más estrechamente, que la edad misma de los cultivos. 1. 2. 3. 4. 5. El procedimiento de cálculo toma los siguientes pasos: Obténgase para cada mes el factor "f" de Blaney y Criddle. Defínase el punto que limita el desarrollo de longitud de la curva según el cultivo propuesto por Hansen. Precise en décimas el tramo de la curva sobre el eje de las abscisas, el cual se divide en el número de meses que forman el ciclo vegetativo. Determínese el coeficiente de la etapa de desarrollo del cultivo (Kc) de la curva única de Hansen. El valor de la coordenada media se obtiene en igual forma que en el método anterior. Obtenidas las láminas que se consumirán mensualmente se procede a la formación de la curva de consumos acumulados y se determinan las frecuencias con que deben aplicarse los diferentes riegos, mediante el siguiente proceso: 1. 2. 3. Trace un sistema de ejes coordenados y coloque en el eje de las ordenadas una escala en centímetros que represente las láminas de agua acumuladas en cm, y en el eje de las abscisas el tiempo en días que dura el ciclo vegetativo del cultivo. Fije en la gráfica los valores de los consumos mensuales en forma acumulativa. Las “láminas de agua de riego” requeridas para reponer la humedad consumida entre riegos, en el espesor del suelo considerado para alojar el sistema radicular, deberá ser del mismo valor. 69 Víctor Hugo Cadena Navarro 4. Fije en la curva los valores de las diferentes láminas de agua de consumos acumulados y en cada uno de los puntos donde intersecta a la curva, se trazan paralelas al eje de las ordenadas hasta cortar el eje de las abscisas para fijar los diferentes intervalos en que deberán aplicarse los riegos. Método de Penman Este método se utiliza donde se tengan estaciones meteorológicas que dispongan de datos sobre temperatura, humedad, viento y radiación. Sus cálculos son laboriosos y se inician con la aplicación de la siguiente fórmula: ETo = c { W.Rn + ( 1 – W ) f( v ) (ea – ed ) } Dónde: ETo = evapotranspiración del cultivo en mm/día c= factor de ajuste que depende de valores estimados de la humedad y del viento W = factor de ponderación que depende de la temperatura y de la altitud ea = presión saturante del vapor de agua, expresada en milibares ed = presión real del vapor de agua, en milibares y es igual a RH = humedad relativa media, en porcentaje f(v) f(v) = velocidad del viento en km/día Rn = radiación neta total, expresada en equivalente de evaporación en mm/día Rn = 0.75Rs –Rnl Rs = (0.25+0.5 ) Ra Rs, Ra, n y N tienen sus valores en tablas Rnl = radiación neta de onda larga, expresada en equivalente de evaporación en mm/día, es igual a : Rnl = f(T) f(ed) f( ) cuyos valores encontramos en las tablas respectivas Un ejemplo que nos da para su cálculo se señala a continuación: Calcular la ETo media diaria en el mes de junio, con los siguientes datos: • • • • • Temperatura media mensual: 280C Latitud: 400N Altitud: 500 metros Insolación fuerte media durante el mes: 12.5 horas diarias Humedad relativa mínima: 30% 7� Hablemos de riego • • • Humedad relativa máxima: 40% Velocidad del viento: 3 m/s = 259 km/día Relación velocidad viento día/velocidad viento noche: 1.5 Solución: RH = = ea = 37.8 mbar (tabla) ed = = = 13.2 mbar – ed = 37.8-13.2 = 24.6 mbar f(v) = ) = 0,27(1 + ) =0.96 Ra = 17.3 mm/día (tabla) N = 15 horas/día (tabla) Rs =(0,25 +0.5 )Ra = (0,25 + 0.5 ) 17.3 = 11.4 mm/día Rnl = f(T) f(ed) f( ) = 16.3 x 0.18 x 0.85 = 2.5 mm/día (tablas) Rn = 0.75Rs – Rnl = 0,75x11.4 -2.5 = 6mm/día W = 0.78 (tabla) C = 0.94 (tabla) Finalmente reemplazando estos valores en la fórmula tendremos: ETo = c{W.Rn + (1-W) f(v)(ea-ed)} ETo = 0.92{0.78 x 6 + (1 – 0.78) x 0.96 x 24.6} = 9.2 mm/día De él o los métodos escogidos para estimar los requerimientos de agua de los cultivos es deseable que estén basados en un número mínimo de mediciones de variables climáticas y sean simples y fáciles de entender El método de Blaney y Criddle es el que en distintas partes del mundo han dado resultados globales más acertados, aunque todos ellos tengan sus limitaciones, emplearemos en nuestro caso este método y el del tanque evaporímetro por ser más práctico 2�1�2 Método de Blaney y Criddle Al no contar en nuestro país con estaciones meteorológicas bien equipadas ni tener una buena red de ellas, el autor considera que la implementación de este método modificado por la FAO para el cálculo de la evapotranspiración es el adecuado 71 Víctor Hugo Cadena Navarro La forma de cálculo se establece partiendo de la fórmula general para cualquiera de los métodos que vayamos a emplear: ET = Eto x Kc Dónde: ET = Evapotranspiración Eto = Evapotranspiración potencial o de referencia, signada por otros autores como ETp Kc = Coeficiente del cultivo Para el cálculo de la evapotranspiración potencial se seguirán los siguientes pasos: 1. Los autores dan un factor climático F = p ( 0.46 t + 8.13 ) Dónde: F = Factor que tiene el mismo valor para el mes p = Porcentaje diario medio de horas luz, en relación con un mes y a la latitud del sitio (cuadro No 20) t = temperatura media mensual 2. Cálculo de ETo.-Con los datos obtenidos para “F”, se determina el valor de la Eto mediante la utilización de los gráficos propuestos por la FAO (figura No.27) en los que constan: En la parte inferior valor de “F” En la parte superior los valores de la humedad relativa HR (3 opciones) En la parte de la derecha los valores de la nubosidad n/N (3 opciones) En el interior del cuadrado los valores del viento V (3 opciones) 72 Hablemos de riego Una vez ubicado el gráfico que corresponde a los datos de humedad relativa, nubosidad y vientos que tenemos para un mes determinado; desde el valor de “F” trazamos una línea vertical hasta topar con la línea del viento correspondiente y de ahí una línea horizontal hacia la parte izquierda del cuadro para saber el valor de Eto el mismo que está en mm / día 3. Cálculo de Kc.- Kc es el coeficiente del cultivo, el cual se calcula mensualmente teniendo presente las cuatro fases que corresponden al ciclo vegetativo A.B.C.D.- Fase inicial: que va desde la germinación hasta el crecimiento inicial y la aparición de las primeras hojas, cubre o sombrea alrededor del 10% del suelo Fase de desarrollo del cultivo; que va desde el final de la fase inicial hasta llegar a un 80 % de cubierta sombreada, sin decir que el cultivo haya alcanzado ya su máxima altura Fase de mediados del período o fase de maduración; comprende desde que se logra el 80% de cobertura hasta comienzos de la maduración. En algunos cultivos esta fase puede iniciarse con la floración Fase final; que va desde el inicio de la maduración hasta que se llega a la cosecha Los pasos a seguir para el cálculo del Kc son los siguientes: • • • • • • • • Precisar la fecha de siembra Determinar el período vegetativo y la duración de las fases del cultivo, (ver cuadro No 21) teniendo presente que para aquellos cultivos que son trasplantados la fase inicial comienza el día del trasplante y que para cultivos que son cosechados en verde la fase final va hasta el día de la cosecha. Graficamos en el eje de las “x” el período de cada fase y el número de días de cada mes que corresponde al ciclo vegetativo y en el eje de las “y” los valores del coeficiente del cultivo. Para calcular el Kc inicial o de la primera fase, determinamos la frecuencia de riegos o lluvias en la zona de trabajo y valiéndonos de la figura No. 28 con el valor de Eto situado en el eje de las “x” trazamos una línea vertical hasta topar la curva de frecuencia correspondiente y desde ahí una línea horizontal hasta el eje de las abscisas lugar que encontramos al valor del Kc buscado Para la tercera y cuarta fase tomamos los valores que nos da el cuadro No 22 “Coeficientes de cultivo Kc correspondientes a cultivos extensivos y de hortalizas en diferentes fases de su crecimientos y según las condiciones climáticas predominantes “ debiendo interpolar si el valor de la humedad relativa ( RH ) no coincide con el cuadro Graficamos los valores de los Kc en las tres fases El valor de Kc para la segunda fase será la media de los valores de la primera y la tercera fase y en el gráfico será la unión de las dos fases indicadas A partir del gráfico se obtendrán los valores diarios del Kc pudiéndose darse estos casos : Si los días de determinado mes están sólo en una fase; en este caso el valor del Kc del mes será el Kc de la fase Si los días de un mes corresponden a más de una fase por ejemplo a dos se multiplicarán el número de días que correspondan a la primera fase por el Kc de ésta fase; se sumará el resultado de multiplicar el número de días que correspondan a la 73 Víctor Hugo Cadena Navarro segunda fase por el Kc de ésta fase y todo esto dividido para el número de días del mes Se tendrá en cuenta que el número de días que entren en el cálculo se referirán únicamente a los días que correspondan al ciclo vegetativo del cultivo Fig. No.26 Cálculo del Kc Cuna Técnica Cuna ral El consumo del agua depende de la etapa fisiológia en la que se encuentra la planta • El consumo del agua depende de la etapa InicialD esarrollo Uso consuntivo Uso consuntivo COEFICIENTE DE CULTIVO (kc) fisiología en la que se encuentra la planta MediaM aduración Períodoposterior posterior a la siembra Periodo a la siembra DÍAS DESPUES DE LA SIEMBRA 1.2 MITAD DEL CICLO 1.0 0.8 Kc 0.6 0.4 COSECHA SIEMBRA 0.2 0.0 Abr M ay Jun Jul Ago SepO ct ETo Los cálculos se pueden resumir de la siguiente forma: Evapotranspiración del (cultivo) para la zona ( x ) según Blaney-Criddle-FAO Mes datos meteorológicos F (mm/d) Eto(mm/d) Kc ET(mm/d) ET(mm/mes) Total ET (mm-ciclo vegetativo) 74 Latitudes Sur: aplíquense 6 meses de diferencia, según se indica Cuadro No. 20 Porcentaje diario medio (n) de horas diurnas anuales a diferentes latitudes Hablemos de riego 75 Víctor Hugo Cadena Navarro �ig �� 27 Predicción de la Eto a partir del lector l Blancy-Criddle, para diferentes condiciones de humedad relativa mínima, horas de insolación diarias y eventos diumos 76 Hablemos de riego �uadro �o� 21 Duración aproximada de las fases de desarrollo CULTIVO AJO ALGODÓN ARVEJA AVENA BERENJENA CALABAZA CEBADA CEBOLLA paiteña CEBOLLA blanca CEBOLLA verde CEBOLLA seca COL COLIFLOR CHOCHO ESPINACA FREJOL FREJOL tierno FREJOL seco GIRASOL HABA LECHUGA FASES 15/35/60/40 (150) 30/45/65/40 (180) 30/50/55/45 (180) 30/50/65/50 (195) 20/35/45/20 (120) 25/40/60/25 (150) 15/25/35/15 (90) 20/30/35/15 (100) 15/25/50/30 (120) 15/30/65/40 (150) 30/40/40/20 (130) 30/40/45/25 (140) 20/30/30/15 (95) 25/35/35/25 (120) 15/25/50/30 (120) 15/30/65/40 (150) 20/35/65/30 (150) 30/40/75/35 (180) 15/35/30/10 (90) 15/30/55/20 (120) 25/30/10/5 (70) 25/40/20/10 (95) 15/25/70/40 (150) 20/35/110/45(210) 20/25/60/15 (120) 25/30/65/20 (140) 25/35/75/15 (150) 15/35/30/10 (90) 15/30/55/20 (120) 45/75/125/55(300) 55/95/145/65(360) 20/20/15/5 (60) 20/30/40/10 (100) 15/25/35/15 (90) 25/30/70/25 (150) 15/25/25/10 (75) 20/30/30/10 (90) 15/25/35/20 (95) 20/25/60/15 (120) 20/35/45/25 (125) 25/35/45/25 (130) 30/40/75/35 (180) 30/40/110/30(210) 20/30/15/10 (75) 35/50/45/10 (140) CULTIVO LENTEJA MAIZ choclo MAIZ dulce MAIZ grano MAIZ duro MANI MELON MELLOCO 0CA PAPA PEPINO PIMIENTO QUINUA RABANO REMOLACHA REMOLACHA azucarera SORGO SOYA TOMATE TRIGO ZANAHORIA 77 FASES 20/30/60/40 (150) 25/35/70/40 (170) 25/30/70/25 (150) 30/50/65/35 (180) 20/25/25/10 (80) 20/30/50/10 (110) 20/35/40/30 (125) 30/50/60/40 (180) 35/65/85/25 (210) 45/70/95/60 (270) 25/35/45/25 (130) 30/40/45/25 (140) 25/35/40/20 (120) 30/45/65/20 (160) 30/40/110/30(210) 45/65/100/30(240) 30/40/110/30(210) 40/65/100/35(240) 25/45/55/25 (150) 30/50/65/35 (180) 25/30/30/20 (105) 30/35/50/30 (145) 20/30/40/15 (105) 25/35/50/20 (130) 25/35/40/20 (120) 30/40/110/30(210) 45/70/95/60 (270) 40/75/120/65(300) 5/10/15/5 (35) 10/10/15/5 (40) 25/30/40/25 (120) 25/35/70/20 (150) 25/35/60/40 (160) 45/65/80/40 (230) 20/30/40/30 (120) 20/35/45/30 (130) 20/30/60/25 (135) 20/30/70/30 (150) 30/40/40/25 (135) 35/45/70/30 (180) 15/25/50/30 (120) 15/30/65/40 (150) 20/30/30/20 (100) 25/30/40/25 (120) Víctor Hugo Cadena Navarro 78 Hablemos de riego �uadro 22 Coeficiente de cultivo kc correspondiente a cultivos extensivos y de hortalizas en diferentes fases de su crecimiento y según las condiciones climáticas predominantes Cultivo Todos los cultivos extensivos Alcachofas (perennes, cultivadas limpias) Cebada Frijoles verdes Frijoles secos Leguminosas Remolachas (de mesa) Zanahorias Ricino Apio Maíz dulce Maíz (grano) Algodón Crucíferas (coles, coliflores, brócoles, coles de Bruselas) �umedad Viento �m/seg� �ase de desarrollo Inicial � de desarrollo del cultivo � mediados � recolección � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � �� min 0�� � �0� ���� �� min 0�� � �0� ���� 0.�� 0.� �til�cese la �igura �o. � por interpolación 0.�� � 0.� 0.�� �.0� �.0 �.� 0.�� 0.�� 0.�� �.0� 0.� �.0 0.� �.0 0.� �.0� 0.� �.0 0.� �.0� 0.�� �.0� 0.�� �.0� 0.�� 0.�� 0.� �.� 0.�� 0.�� 0.�� �.� 0.� �.0 0.� �.0� 0.�� �.� 0.� �.0� 0.�� �.� �.0 �.� 0.�� �.�� 0.�� �.0 0.�� �.� 0.� �.0� 0.� �.� 0.�� �.� �.0 �.�� 0.�� �.� 0.� �.�� �.0� �.� �.� �.� 0.� �.�� 0.� �.� 0.�� 79 �.�� 0.� �.0 0.� �.�� 0.�� �.0� 0.�� �.� 0.� �.�� 0.� �.� �.0 �.�� �.0� �.�� 0.� �.� 0.�� �.0� 0.� Víctor Hugo Cadena Navarro Cultivo Granos Lentejas Lechuga Melones Mijo Avena Cebollas secas Cebollas verdes Maní (cacahuate) Guisantes (arvejas) Pimientos frescos Patatas Rábanos Cártamo Sorgo Soja Espinacas Berenjena Lino Humedad Viento (m/seg) � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � RH min 0�� �.0� 0.� 0.�� 0.� 0.�� 0.� 0.�� 0.�� �.0 0.� �.0� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� �.0� 0.�� 0.�� 0.� �.0� 0.� 0.� 0.�� �.0� 0.�� �.0 0.� �.0 0.�� 0.�� 0.� 0.�� 0.� �.0 0.�� �� > 70% ���� �.� 0.� �.� 0.� 0.�� 0.� 0.�� 0.�� �.0� 0.� �.� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� �.0 0.�� �.� �.0 �.0 0.�� �.� 0.� 0.� 0.�� �.� 0.�� �.0� 0.� �.0� 0.�� 0.�� 0.� �.0 0.�� �.0� 0.�� RH min 0�� �.�� 0.�� �.�� 0.�� �.0 0.� �.0 0.�� �.� 0.�� �.�� 0.� �.0� 0.� �.0 �.0 �.0� 0.� �.�� �.0� �.0� 0.�� �.�� 0.�� 0.�� 0.� �.�� 0.� �.� 0.�� �.� 0.�� �.0 0.�� �.0� 0.�� �.� 0.� < 20% ���� �.� 0.�� �.0� 0.�� �.0� �.0 �.� 0.�� �.�� 0.�� �.� 0.� �.� 0.�� �.0� �.0� �.� 0.� �.� �.� �.� 0.� �.� 0.�� 0.� 0.�� �.� 0.� �.�� 0.�� �.�� 0.�� �.0� �.0 �.� 0.� �.�� 0.� Hablemos de riego Cultivo Pepino Fresco Cosechado a máquina Calabazas Remolacha azucarera Humedad RH min > 70% RH min < 20% Viento �m/seg� � � 0�� 0.� 0.� ���� 0.� 0.� 0�� 0.�� 0.�� ���� �.0 0.� � mediados � recolección � � 0.�� 0.� 0.� 0.�� 0.� 0.� 0.�� 0.�� 0.�� �.0 �.0 0.� �.0� 0.� �.� 0.�� �.�� �.0 �.� �.0 � no regada el 0.� 0.� 0.� 0.� �ltimo mes � Girasol � �.0� �.� �.�� �.� � 0.� 0.� 0.�� 0.�� Tomates � �.0� �.� �.� �.�� � 0.� 0.� 0.�� 0.�� Trigo � �.0� �.� �.�� �.� � 0.�� 0.�� 0.� 0.� Nota: �uchos cultivos de estación fr�a no pueden cultivarse en climas secos � calientes. ��isten valores de �c con respecto a estos climas� �a �ue pueden darse ocasionalmente� � entra�an unos valores de �c m�s altos� especialmente en el caso de cultivos altos � desiguales. 81 Víctor Hugo Cadena Navarro Ejemplo: Cultivo: patata Ciclo vegetativo: 180 días Fases del cultivo: 30/50/65/35 Fecha de siembra: 24 de Octubre Frecuencia de riego: 7 días Estación meteorológica Tulcán latitud 0 00´ Datos obtenidos: Mes Octubre Noviembre Diciembre Enero Febrero Marzo Abril Temperat 10.5 10.5 10.2 9.9 10.4 9.9 10.8 Humed relat (HR) Nubosidad (n/N) 85 85 83 85 85 86 85 0.8 0.7 0.6 0.7 0.7 0.8 0.7 Vientos (V) 4.2 4.3 5.4 5.2 3.4 5.0 5.0 Desarrollo: 1.-Cálculo del factor meteorológico “F” F = p (0.46t + 8.13) F (Octubre) = 0.27 (0.46 x 10.5 + 8.13) = 3.50 F (Noviembre) = 0.27 (0.46 x 10.5 + 8.13) = 3.50 F (Diciembre) = 0.27 (0.46 x 10.2 + 8.13) = 3.46 F (Enero) = 0.27 (0.46 x 9,9 + 8.13) = 3.42 F (Febrero) = 0.27 (0.46 x 10.4 + 8.13) = 3.49 F (Marzo) = 0.27 (0.46 x 9.9 + 8.13) = 3.42 F (Abril) = 0.27 (0.46 x 10.8 + 8.13) = 3.54 2�� ��lculo de �to Con el valor mensual de “F” vemos en la figura No.27 que cuadro nos corresponde según las condiciones de humedad relativa, nubosidad y vientos que tenga ese mes y sacamos en el eje vertical el valor de Eto en mm/día para ese mes. Así: Para Octubre si los datos son HR = 85% n/N = 0.8 V = 4.2 m/s en la figura No. 5 vemos que corresponden al cuadro número VI con HR ALTA, n/N MEDIA (0.6-0.8) y Vientos 2 moderados. Con el valor de F= 3.50 en el eje horizontal del gráfico VI trazamos una línea vertical hasta topar la línea inclinada 2 de los vientos. Desde este punto trazamos una línea horizontal hasta el eje vertical y tenemos el valor de la Eto , que para el caso es de 2.1 �2 Hablemos de riego Seguimos el mismo procedimiento para cada uno de los meses y tenemos que: 3.- 4.- Eto (Noviemb) =2.1 Eto (Febrero) = 2.0 Eto (Diciembre) = 2.2 Eto (Marzo) = 2.0 Eto (Enero) = 2.3 Eto (Abril) = 2.2 Cálculo del Kc inicial Con el valor de Eto del mes de Octubre ( 2.1 ) nos situamos en el eje horizontal de la figura No 28 y trazamos una línea vertical hasta la curva de la frecuencia de riego de 7 días (dato del problema) y desde ahí una línea horizontal hacia el eje vertical que nos da el valor de Kc inicial = 0.65 Cálculo del Kc de las otras fases Vemos en el cuadro No 21 en la primera columna y nos situamos en patatas. Para buscar el valor de Kc para la tercera fase o Kc3 vemos que el mes representativo es Febrero donde la humedad relativa es mayor al 70% y los vientos están entre 0-5 m/s por lo que el valor que nos da la tabla es de 1.05 Para Kc4 que está en los meses Marzo y Abril vemos que la humedad relativa es mayor al 70% y los vientos están entre 0-5 lo que hace que el valor encontrado en la tabla sea de 0.7 El valor correspondiente al Kc de la segunda fase o Kc2 es la media del Kc inicial más el Kc de la tercera fase, es decir Kc2 = 0.65 +1.05 / 2 = 0.85 5.- Cálculo del coeficiente del cultivo (Kc) mensual Nos valemos del siguiente gráfico Kc3=1.05 Kc2=0.85 ------------------------------- Kc1=0.65 ------------------- 24 Oct 22 Nov Kc4=0.70 11 Ene 17 Mar Kc (Oct) = 0.65 Kc (Nov) = 22 (0.65) + 8 (0.85) / 30 = 0.70 Kc (Dic) = 0.85 83 21Abr Víctor Hugo Cadena Navarro Kc (Ene) = 11 (0.85) + 20 (1.05) / 31 = 0.98 Kc (Feb) = 1.05 Kc (Mar) = 17 (1.05) + 14 (0.7) / 31 = 0.89 Kc (Abr) = 0.7 6.- Cálculo de la Evapotranspiración Sabemos que ET = Eto x Kc Mes ET mm/ día sustituyendo los valores encontrados tendremos No dias/Mes Octubre 2.1x0.65=1.37 Noviembre 1.47 Diciembre 1.87 Enero 2.25 Febrero 2.10 Marzo 1.78 Abril 1.54 Requerimiento de agua de la planta ET mm/mes 8 30 31 31 28 31 21 1.37x8=10.96 44.10 57.97 69.75 58.80 55.18 32.34 329.10 mm Como dato de referencia tenemos el cuadro citado por Fuentes (2003) y elaborado por Brouwer y Heibloem para cultivos en países de cuatro estaciones. �uadro �o�23 Valores orientativos de Kc para diferentes cultivos Cultivo Primera fase Segunda Tercera Cuarta Cebada/Avena/Trigo Judía verde Judía seca Col/zanahoria Algodón/lino Pepino/calabaza Berenjena/tomate Otros cereales Lenteja/legumbres Lechuga/espinaca Maíz dulce Maíz grano Melón Mijo Cebolla blanca Cebolla paiteña Maní Arveja Pimiento Patata Rábano Sorgo Soya Remolacha azuc. Girasol Tabaco ��3� ��3� ��3� ���� ���� ���� ���� ��3� ���� ���� ���� ���� ���� ��3� ���� ���� ���� ���� ��3� ��6� ���� ��3� ��3� ���� ��3� ��3� ��7� ��7� ��7� ��7� ��7� ��7� ��7� ��7� ��7� ��6� ���� ���� ��7� ��7� ��7� ��7� ��7� ���� ��7� ��7� ��6� ��7� ��7� ��7� ��7� ��7� 1.15 1�1� 1�1� 1��� 1.15 ���� 1.15 1�1� 1�1� 1��� 1.15 1.15 1��� 1�1� 1��� 1��� 1��� 1.15 1��� 1.15 ���� 1�1� 1�1� 1��� 1.15 1�1� ���� ���� ��3� ���� ��7� ��7� ���� ��6� ���� ���� 1��� ��7� ��7� ��6� 1��� ���� ��7� 1��� ���� ��7� ���� ��6� ��6� ���� ���� ���� 84 Hablemos de riego Hemos revisado el cálculo de las necesidades de agua de cultivos anuales. Hay otros cultivos que no se ajustan a este modelo, por ejemplo los cultivos permanentes o el cultivo del arroz; en ellos no se da una diferencia clara de fases en su ciclo vegetativo; por lo que se han establecido valores de Kc de acuerdo a las siguientes recomendaciones hechas por la FAO : Alfalfa, pasto y trébol Son regularmente cortados a lo largo del año. Después del corte se puede considerar que están en la fase inicial, mientras que antes del corte estarían al inicio de la fase final. En la determinación de las necesidades de agua, lo mejor es usar un valor medio de Kc de acuerdo al siguiente cuadro: �uadro �o�2� Valores de Kc para alfalfa, pastos y trébol Clima Alfalfa Pastos Trébol Húmedo Viento ligero/medio 0.85 0.95 1.00 Seco Viento ligero/medio 0.95 1.00 1.05 Húmedo o seco Viento fuerte 1.05 1.05 1.05 Banano Cuando se establece una nueva plantación de banano, el cultivo tarda unos seis meses desde el momento de la plantación hasta conseguir la total cobertura del suelo. La primera cosecha se obtiene un año después de la plantación, tras la cual se cortan los tallos que ya produjeron. Mientras tanto los tallos jóvenes, llamados colinos, se van desarrollando y serán la siguiente cosecha. Los valores de Kc para los primeros 6 meses después de la plantación se indican en la siguiente tabla, a partir del séptimo mes el Kc es constante �uadro �o�2� Valores de Kc para banano Meses después de la �lantaci�n Kc 1 2 3 � � 6 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 1.0 7 adelante 1.1 Cítricos El Kc del cultivo para un huerto de cítricos con suelo desnudo es de 0.70 para todo el año. Este valor es aplicable a árboles adultos que sombrean aproximadamente el 70% de la superficie del suelo. Si el suelo está con hierba, el valor de Kc para todo el año es de 0.90 Arroz Para el arrozal se utilizará los siguientes valores de Kc: 85 Víctor Hugo Cadena Navarro �uadro �o�26 Valores de Kc para el arroz Clima 0 a 60 días después del trasplante o siembra directa Estadio intermedio Últimos 30 días antes de la recolección Viento débil seco húmedo 1.1 1.1 Viento fuerte seco húmedo 1.1 1.1 1.2 1.05 1.35 1.3 1.0 1.0 1.0 1.0 Ejemplo: Suponiendo que la duración total del ciclo del arroz es de 150 días y que este ha sido sembrado en un clima húmedo con vientos débiles Kc desde el día 0 al 60 : Kc desde el día 60 al 120 : Kc desde el día 120 al 150: 1.0 1.1 1.05 Caña de azúcar Teniendo presente que el Kc para este cultivo varía considerablemente con el clima y la variedad y en caso de no poder contar con los de la zona donde estamos trabajando, se darán a continuación los valores, aclarando que el cultivo de caña de azúcar virgen es el que va desde la siembra hasta el primer corte o primera zafra, la cual se supone está entre 18 y 24 meses; y el cultivo retoñado o soca, es el cultivo que rebrota después de cada corte y que tardan alrededor de 12 meses �uadro �o�27 Valor de Kc para la caña de azúcar planta Clima desarrollo (meses) 0- 2 2– 4 4– 6 6 – 12 12 –17 17 - 18 Vientos débiles seco húmedo 0.4 0.8 1.1 1.25 0.95 0.7 0.5 0.8 1.0 1.05 0.8 0.6 Vientos fuertes seco húmedo 0.5 0.8 1.2 1.3 1.05 0.75 0.6 0.85 1.1 1.15 0.85 0.65 �uadro �o�2� Valor de Kc para la caña de azúcar soca Clima Desarrollo (meses) 0–1 1–2 2–4 4 – 10 10 – 11 11 – 12 Vientos débiles seco húmedo 0.4 0.8 1.1 1.25 0.95 0.7 0.5 0.8 1.0 1.05 0.8 0.6 86 Vientos fuertes seco húmedo 0.5 0.8 1.2 1.3 1.05 0.75 0.6 0.85 1.1 1.15 0.85 0.65 Hablemos de riego Café, cacao, té Para estos tres cultivos se recomiendan valores únicos de Kc para todo el año, estos son: • • En suelo desnudo Con hierba Kc = 0.95 Kc = 1.10 Uva Suponiendo que la recolección de la uva comience 5 meses después de la aparición de las primeras hojas, se puede usar el valor de Kc de la siguiente tabla empezando a contar por el mes de la aparición �uadro �o�2� Valores de Kc para la uva con un 35% de cobertura del suelo Meses tras la a�arici�n de las primeras hojas Kc 1 0.25 2 3 � � 6 7 � 0.45 0.65 0.75 0.75 0.7 0.55 0.45 � 0.35 �uadro �o� 3� Coeficiente Kc de árboles frutales de hoja caduca Duraznero, albaricoquero, peral, ciruelo, almendro: Sin cubierta vegetal Con cubierta vegetal Principio 0.5 0.85 Mitad 0.9 1.15 Final 0.65 0.85 Mitad 1.0 Final 0.70 Manzano, cerezo, nogal: Sin cubierta vegetal Con cubierta vegetal Principio 0.50 0.85 1.20 0.85 2�1�3� Método del tanque evaporímetro El tanque es un recipiente que permite la exposición completa y permanente de una superficie de agua a la atmósfera, es decir al efecto combinado que la temperatura, humedad, velocidad del viento y luz solar tienen sobre el agua y producen la evaporación; la misma que al multiplicarle por un coeficiente del tanque, la comparamos con la ETo del cultivo cercano Existe una gama muy amplia de estos tanques; en nuestro medio se utiliza un tanque circular que tiene un diámetro interno de 120.65 cm y una profundidad de 25.4 cm ; es de hierro galvanizado (calibre 22) que debe ser pintado anualmente de color aluminio. Sobre 87 Víctor Hugo Cadena Navarro la superficie del suelo elevados de 5 a 10 cm se colocan unos listones de madera sobre los cuales está el tanque totalmente nivelado Se le llena de agua hasta 5 cm del borde; cuando el nivel del agua descienda a 7.5 cm de dicho borde se procede a llenarle de nuevo Para su localización se debe cumplir con las siguientes condiciones: • Debe estar en la zona de riego • Debe estar expuesto a los vientos dominantes y alejado de posibles barreras rompe vientos una distancia igual a 4 veces la altura de éstas. • Debe evitarse cualquier sombra , salpicadura o que los animales beban de ella • Debe estar sobre tierra y no sobre cemento o baldosa La fórmula inicial empleada es: Eto = Ep x Kp Dónde: Eto = Evapotranspiración inicial Ep = Evaporación en el tanque Kp = Coeficiente del tanque El método consiste en medir la cantidad de agua que se evapora diariamente; es decir que por diferencia entre dos lecturas consecutivas de la altura del agua en el tanque, sabremos el valor de la evaporación del tanque (Ep) en mm /día ( las lecturas se hacen 88 Hablemos de riego a las 07 – 13 y 19 horas ) Cuando el agua desciende de 7.5 cm del borde se añade agua siempre midiendo la altura antes y después de añadirla; si por efecto de la lluvia el nivel del agua sube demasiado se deberá sacar agua del tanque hasta que tenga 5 cm del borde, midiendo igual la altura antes y después de la extracción El valor de “Kp “ va a depender del entorno del tanque y aquí nos encontramos con dos casos : CASO “ A “ CASO “ B “ Viento ------------------------------------ Viento ----------------------------------- Superf. seca Área Verde Área verde Tanque 50 o más m.---- variable------ Área seca Tanque 50 o más m.----variable------ Una vez identificado el entorno vemos en base a los datos de humedad relativa (RH) y velocidad del viento el valor de Kp en el cuadro No.32, teniendo presente las observaciones que al pié trae el cuadro En caso de no disponer de la tabla en la práctica se utiliza 0.7 como valor medio. Con los datos obtenidos aplicamos la fórmula Eto evapotranspiración inicial, de la siguiente manera, = ..Ep * Kp y obtenemos la Ejemplo: Profundidad del agua en el tanque el día 1 = 200 mm Profundidad del agua en el tanque el día 2 = 196 mm (después de 24 horas) Lluvia recogida durante el día = 0 mm Kp = 0.70 Ep = 200 – 196 = 4 mm /día Eto = Kp x Ep Eto = 0.70 x 4 = 2.8 mm/día Este valor se multiplicará por el coeficiente del cultivo “kc” para saber la evapotranspiración del cultivo elegido El método para calcular “ Kc “ es el mismo que se había visto en el método Blaney _Criddle. En Chile, La Comisión Nacional de Riego utiliza el siguiente cuadro: 89 Víctor Hugo Cadena Navarro Cuadro No.31 Coeficiente de bandeja de evaporación en función de la humedad relativa y velocidad del viento Humedad Relativa (%) U (km/día) 50 100 200 300 400 500 600 700 1 0.�� 0.�� 0.�� 0.�0 0.�� 0.�� 0.�� 0.�0 20 40 60 80 100 D (m) D (m) D (m) D (m) D (m) 50 100 1 50 100 1 50 100 1 50 100 1 50 100 0.�� 0.�0 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�0 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�0 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�0 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�0 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�0 0.�� 0.�� 0.�� 0.�0 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�0 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�0 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�0 0.�� 0.�� 0.�0 0.�� 0.�� 0.�� 0.�� 0.�0 0.�� 0.�� 0.�0 0.�� 0.�� 0.�0 Dónde: D = distancia desde la bandeja de evaporación hasta el borde de la cubierta vegetal u = velocidad del viento �� MEDIA > 40 -70 0.65 0.75 0.80 0.85 BAJA < 40 0.55 0.65 0.70 0.75 0.75 0.85 0.85 0.85 ALTA > 70 TANQUE RODEADO DE HIERBA CORTA 0 10 100 1000 Viento sup. distancia a la tierra m 0.70 0.60 0.55 0.60 BAJA < 40 0.80 0.70 0.65 0.60 MEDIA > 40 -70 TANQUE RODEADO DE TIERRA SECA 0.85 0.80 0.75 0.70 ALTA > 70 91 �uadro 32. Coeficiente de ajuste “Kp” para estimar la ETo en el tanque evaporímetro 0101001000 0.500.600.650.70 0.600.700.750.80 0.650.750.800.80 0101001000 0.650.550.500.45 0.750.650.600.55 0.800.700.650.60 0 0.45 0.45 0.50 0 0.60 0.65 0.70 Fuerte 10 0.55 0.55 0.60 10 0.50 0.55 0.65 425 - 700 100 0.60 0.80 0.65 100 0.45 0.50 0.60 1000 0.65 0.60 0.65 1000 0.40 0.45 0.55 0 0.40 0.45 0.50 0 0.50 0.60 0.65 Muy 10 0.45 0.55 0.60 10 0.45 0.50 0.55 fuerte 100 0.50 0.60 0.65 100 0.40 0.45 0.50 > 700 1000 0.55 0.60 0.65 1000 0.35 0.40 0.45 Moderado 175-425 TANQUE TIPO A Humedad real % Promedio Viento sup. distancia a Viento la Km/día vegetación m 0 Ligero 10 < 175 100 1000 Hablemos de riego Víctor Hugo Cadena Navarro El siguiente cuadro elaborado por la FAO, recoge valores máximos y mínimos de las necesidades hídricas de varios cultivos, de una manera muy generalizada; teniendo presente que este valor va a depender de la duración del ciclo vegetativo. Varios autores nos dan también una orientación acerca de la sensibilidad de los diferentes cultivos a la escasez de agua, si su valor es alto quiere decir que no tolera bien la escasez de agua; caso contrario el cultivo es relativamente resistente a la sequía. Cuadro No.33 Valores aproximados de las necesidades de agua para algunos cultivos Cultivo Alfalfa Banana Cebada, avena, trigo Habas, fréjol Col Cítricos Algodón Maíz Melón Cebolla Maní Arveja Pimiento Patata Arroz Sorgo / mijo Soya Remolacha Caña de azúcar Girasol Tomate Necesidades de agua estacionales (mm) 800 – 1600 1200 – 2200 450 – 650 300 – 500 350 – 500 900 – 1200 700 – 1300 500 – 800 400 – 600 350 – 550 500 – 700 350 – 500 600 – 900 500 – 700 450 – 700 450 – 650 450 – 700 550 – 750 1500 – 2500 600 – 1000 400 – 800 �2 Sensibilidad a la sequía baja - media alta baja - media media - alta media - alta baja - media baja media - alta media - alta media - alta baja - media media - alta media - alta alta alta baja baja - media baja - media alta baja - media media - alta Hablemos de riego 3. PROGRAMACION DEL RIEGO La programación del riego tiene por finalidad el ahorro del agua sin reducir la producción, tratando de dar una respuesta a las preguntas: - ¿Qué cantidad de agua se debe aplicar en cada riego? ¿Con qué frecuencia se debe regar? ¿Cuánto tiempo se debe aplicar el agua en cada riego? Para contestar a las dos primeras preguntas se tendrá en cuenta las necesidades de agua del cultivo y las características del suelo en cuanto a la capacidad de retención del agua. Para saber el tiempo que debe entregarse el agua en cada riego se tendrá presente la velocidad de infiltración Luego, para programar el riego, es necesario partir de las necesidades de agua que tiene el cultivo (evapotranspiración), de la cantidad de agua que puede almacenar el suelo en función de la profundidad radicular del cultivo (lámina neta) y de la velocidad de infiltración que tenga ese suelo en función de su textura. Partamos del conocimiento de algunos conceptos importantes. 3.1. Demandas de riego Habíamos señalado que la necesidad de agua que tiene el cultivo puede ser cubierta por la lluvia, el riego o mediante una combinación de lluvia y de riego. En el caso de que toda el agua requerida sea suministrada por la lluvia, la aplicación del riego no es necesaria y en consecuencia la demanda de riego será igual a cero. En caso de que durante el desarrollo del cultivo no llueva en absoluto, toda el agua tendrá que ser suministrada mediante la aplicación de riegos. En este caso la demanda de riego es igual a la ET. Pero en la mayoría de los casos, parte de las necesidades de agua del cultivo son suministradas por la lluvia y el resto mediante el riego. Sin embargo, no toda el agua de la lluvia es utilizada por las plantas ya que una parte de ella se infiltra en el suelo, otra se queda en la superficie y otra fluye sobre la superficie en forma de escorrentía. Cuando cesa la lluvia, del agua que se infiltra una parte percola por debajo de la zona radicular mientras otra se queda en esta zona ; del agua que se quedó estancada en la superficie una parte se evapora y otra se infiltra lentamente en el suelo. En estas circunstancias las necesidades de agua de riego resultan de la diferencia entre las necesidades hídricas del cultivo y la parte o porción de agua de lluvia que es usada por las plantas y que toma el nombre de Precipitación efectiva En otras palabras, la cantidad de agua aprovechada por las plantas sería la lluvia total menos la escorrentía superficial, menos la evaporación y menos la percolación profunda, a esta agua aprovechada por las plantas le llamamos “precipitación efectiva “(Pe) que es la fracción o parte de la precipitación total que es aprovechada por las plantas. Se dice también que Precipitación efectiva es la parte de la lluvia almacenada en la zona radicular y disponible al cultivo para su uso 93 Víctor Hugo Cadena Navarro �ig��o�2� Eventos que intervienen en la evapotranspiración Su valor dependerá: • • • • • • del clima.- porque determina la cantidad, intensidad y distribución de la lluvia de la textura.- en suelos de textura gruesa, el agua se infiltra rápidamente, pero una parte considerable de la misma percolará por debajo de la zona radicular, En suelos de textura fina el agua se infiltra lentamente y se queda almacenada más agua en la zona radicular o puede producir escorrentía en caso de estar saturado de la estructura.- un suelo sin estructura tiene tapados los poros de la topografía.- debido a la escorrentía, en áreas con fuertes pendientes el agua dispone de menos tiempo para infiltrarse que en áreas más planas y en consecuencia produce escorrentía y posterior erosión. Si la topografía es irregular, se provoca el estancamiento del agua en las depresiones y se dificulta la distribución uniforme del agua de la profundidad de la zona radicular.- la penetración de las raíces depende fundamentalmente del tipo de cultivo y suelo; cuanto más profunda sea la zona radicular, mayor cantidad de agua habrá disponible para el cultivo de la humedad inicial del suelo.- la taza de infiltración es más alta cuando un suelo está seco Existen muchas fórmulas para estimar el valor de la precipitación efectiva; el departamento de agricultura de USA a valorado la precipitación efectiva mensual en función del consumo de agua mensual del cultivo y de la lluvia media mensual; tomando como referente un suelo con lámina neta de riego igual a 75 mm (cuadro No.34) teniendo que multiplicar por un coeficiente que nos da el cuadro No.35 en caso de tener otra lámina de riego 94 Hablemos de riego Ejemplo: Un cultivo de maíz para el mes de junio requiere de 175 mm los mismos que se entregarán con riegos de 50mm de lámina, si la precipitación ha sido de 87.5 mm Calcular la precipitación efectiva Solución: En el cuadro No 34 vemos que para una precipitación media mensual de 87.5 mm y un consumo medio de 175 mm el valor de la precipitación efectiva es de 69.7 mm Ahora bien, como el cuadro está referido a lámina de riego de 75 mm y en nuestro caso tenemos 50 mm buscamos en el cuadro No 35 el coeficiente que corresponde a los 50 mm que es 0.93 por lo que la precipitación efectiva Pe = 69.7 x 0.93 = 64.82 mm. En el tiempo del INERHI (Instituto Ecuatoriano de Recursos Hídricos) se calculó la precipitación efectiva para el valle de Guayllabamba y se determinó su valor en Pe = ( Pr – 15 ) 0.65 Siendo Pr = precipitación mensual. En España se relaciona la Precipitación efectiva con la precipitación caída durante el mes: Cuando Pr es superior a 75mm se dice que Pe = 0.8 Pr - 25 Cuando Pr es inferior a 75 mm Pe = 0.6 Pr - 10 En nuestro caso asumimos una fórmula propuesta por la FAO que dice que el valor de la precipitación efectiva es: Pe = Pr x 0.70. Fórmula que a pesar de ser muy sencilla y no considerar aspectos como : la pendiente del terreno, la capacidad de infiltración, la humedad inicial del suelo o la intensidad de la precipitación; es la más utilizada Entonces, para conocer la cantidad de agua que se debe aportar con el riego, como se señalo anteriormente, hay que conocer las necesidades de la planta y la cantidad de agua que pueden aportar la precipitación efectiva durante el ciclo vegetativo. La diferencia entre ambas ha de ser cubierta por el riego En otras palabras se dirá que la cantidad de agua adicional a la precipitación efectiva para satisfacer los requerimientos de la evapotranspiración, es la cantidad de agua que debemos suministrarla mediante el riego y se denomina “DEMANDA DE RIEGO”. 95 96 50 75 100 125 150 175 200 225 en 372 225 220 213 203 194 183 171 158 151 143 135 127 118 108 98.0 87.7 77.7 67.5 57.5 47.0 36.2 24.5 11.7 250 en 412 250 247 240 232 224 215 205 194 182 168 161 154 145 136 126 115 105 95.0 84.5 73.7 62.5 50.0 37.5 25.0 12.5 178 170 164 153 143 132 121 111 100 87.5 75.0 62.5 50.0 37.5 25.0 12.5 275 188 179 170 160 150 137 125 112 100 87.5 75.0 62.5 50.0 37.5 25.0 12.5 300 196 186 175 162 150 137 125 112 100 87.5 75.0 62.5 50.0 37.5 25.0 12.5 325 * Este cuadro elaborado por USDA – SCS se refiere a terrenos con altura neta de riego de 75 mm. Para casos de otras alturas, la precipitación efectiva aquí obtenida, hay que multiplicar por un coeficiente que se obtiene del Cuadro No. 35 450 425 400 en 331 375 198 200 en 287 325 190 181 170 160 148 142 135 123 120 111 102 92.7 83.0 73.7 63.7 53.7 43.7 33.0 22.0 11.2 350 175 171 161 151 140 134 127 120 112 104 95.7 87.2 78.7 69.7 60.2 50.5 40.5 30.5 20.5 10.5 300 en 240 275 144 150 en 197 225 133 126 120 113 106 98.7 90.5 82.5 74.2 66.0 57.5 48.5 39.0 29.2 19.7 10.0 250 125 200.0 115 121 en 160 175.0 109 102 95.2 87.7 80.2 72.0 63.7 55.0 46.0 36.7 28.2 18.5 9.2 187.5 100 88.7 162.5 en 122 137.5 81.5 95.2 75.0 125.0 75.0 67.7 60.2 52.7 44.5 35.7 27.5 18.0 9.0 Consumo de agua mensual media mm. 100 125 150 175 200 225 250 Cuadro Nº 34: Precipitación efectiva mensual media mm 150.0 70.5 63.7 56.7 49.7 42.5 34.5 26.0 17.5 8.7 75 112.5 25 39.7 en 80.7 en 41.7 62.5 32.2 100.0 25 50.0 24.0 50.0 22.5 37.5 16.2 87.5 15.0 25.0 8.0 46.2 7.5 12.5 50 75.0 25 Lluvia media mensual m.m. 200 187 175 162 150 137 125 112 100 87.5 75.0 62.5 50.0 37.5 25.0 12.5 350 Víctor Hugo Cadena Navarro Hablemos de riego Cuadro No.35 Factores de multiplicación para relacionar el valor mensual de la lluvia efectiva obtenida del cuadro No 34 con la lámina neta de riego, en mm. L (mm) Factor L (mm) Factor L (mm) Factor 00.00 12.50 15.00 17.50 18.75 20.00 22.50 25.00 27.50 30.00 0.620 0.650 0.676 0.703 0.720 0.728 0.749 0.770 0.790 0.808 31.25 32.50 35.00 37.50 40.00 45.00 50.00 55.00 60.00 65.00 0.818 0.826 0.842 0.860 0.876 0.905 0.930 0.947 0.963 0.977 70.00 75.00 80.00 85.00 90.00 95.00 100.0 125.0 150.0 175.0 0.990 1.000 1.004 1.008 1.012 1.016 1.020 1.040 1.060 1.070 Existen dos tipos de demandas o cantidades de agua en el riego, la demanda neta y la demanda bruta o total. La demanda neta se refiere a la cantidad de agua que necesita la planta. La demanda bruta se refiere a la cantidad de agua que se necesita aplicar en el riego. Entonces demanda neta es igual a la evapotranspiración del cultivo menos la precipitación efectiva Dn = ET – Pe en mm/día , mm /mes ó mm/ha/mes. Ejemplo: Supongamos que un cultivo de maíz establecido en cierta área tiene un ciclo vegetativo de 180 días y que sus necesidades de agua mensuales son: Necesidades de agua (mm/mes) Mar abr may jun jul 86 102 162 178 148 agost 110 total 786 Esto significa que en marzo el maíz necesita 85 mm de agua, en abril 102 mm, etc. La necesidad total en los 180 días del ciclo vegetativo será de 786 mm Asumiendo que la lluvia caída durante esos meses es la siguiente: Precipitación (mm / mes) Mar abr may jun jul agos total 28 63 74 18 16 12 211 Esto nos indica que la precipitación media en marzo es de 28 mm, en abril 63 mm, etc La lluvia total a lo largo del ciclo será de 211 mm. Con estos datos calculamos la precipitación efectiva para cada mes, sabiendo que sólo un 70% de esta precipitación es utilizada por el cultivo y que luego aplicamos la fórmula para determinar la demanda de riego así: 97 Víctor Hugo Cadena Navarro mar abr may jun Necesidades de agua del cultivo ET (mm/mes) 86 102 162 178 Precipitación efectiva Pe (mm /mes) 19.6 44.1 51.8 12.6 Demanda neta de riego (mm / mes) 66.4 57.9 110.2 165.4 jul agost 148 110 11.2 8.4 136.8 101.6 total 786 147.7 638.3 Fijándonos en el ejemplo vemos que para el mes de marzo el maíz precisa de 86 mm, de éstos 19.6mm serán de agua de lluvia, el resto 66.46 mm tendrán que ser suministrados mediante la aplicación del riego. Vemos también que junio es el mes más alto o mes punta en cuanto a necesidades de agua de riego y si tenemos en nuestra propiedad sólo ese cultivo se debería diseñar el sistema de riego teniendo en cuenta ese valor máximo a aplicar. Si hay problema de salinidad en el suelo, esta demanda neta de riego deberá tener en cuenta al requerimiento de lavado (RL) que se puede estimar en un 10% del valor de la evapotranspiración de los cultivos, y en consecuencia la fórmula sería: Dn = ET – Pe +RL Cuando regamos, lo primero que vemos es que en el recorrido del agua desde la captación hasta el cultivo a través de las redes de conducción y de distribución, existe mucha pérdida del caudal ya sea porque los canales tienen un mantenimiento deficiente, porque están en mal estado; porque son canales en tierra con mucha infiltración; porque es muy largo el recorrido del agua y existe evaporación, porque el terreno no es regular y hay partes donde se encharca, porque el regador no tiene experiencia etc. Es decir la pérdida de agua es muy variable, ya en el cultivo, puede perderse agua también por escorrentía superficial, cuando utilizamos grandes caudales, tiempos de riego muy largos o regamos en pendientes muy pronunciadas, o puede perderse por percolación profunda, cuando la cantidad de agua aplicada es mayor que la capacidad de retención del suelo. Estas pérdidas dependerán también del método de riego empleado y para reponerlas hará falta poner en la cabecera de la parcela un volumen de agua superior al de la demanda neta en base al concepto de eficiencia de riego que es la relación entre la cantidad de agua entregada al suelo en la zona radicular (el agua aprovechable) y el agua aplicada por irrigación (agua de riego) expresada en porcentaje Existen tres tipos de eficiencias en un sistema de riegos: de conducción, de distribución y de aplicación de acuerdo a la localización de las obras Eficiencia de conducción. -.Indica la pérdida que se produce en la conducción del agua. La eficiencia de conducción es la relación entre el caudal efectivamente entregado a los canales de distribución y el caudal derivado en la fuente de abastecimiento y se expresa en porcentaje Ec = Qd x100 Qf 98 Hablemos de riego Dónde: Ec = eficiencia de conducción ( % ) Qd = caudal entregado a los canales de distribución ( l/s ) Qf = caudal derivado de la fuente ( l/s ) Cuando tenemos datos adicionales, la igualdad puede expresarse como : Ec = Qd + V 2 x100 Qf + V 1 Dónde: �2 � Entregas de agua que no son para riego V1 = Caudal proveniente de otras fuentes Su valor depende básicamente del caudal, la longitud y pendiente de los canales, del tipo de suelo o de la permeabilidad de los taludes y soleras de los canales y de la operación y mantenimiento de estos. La Universidad de Colombia – Palmira propone la siguiente fórmula para el cálculo de la pérdida del caudal en la conducción en base a las pérdidas por infiltración en los canales: P = A / Qm Dónde: P = porcentaje de pérdida de agua por kilómetro de canal Q = caudal conducido por el canal, en m3/s A y m = constantes empíricas que dependen de la permeabilidad del suelo o del material del canal y que se refieren a los siguientes valores: Constante A m Permeabilidad baja 0.70 0.30 Permeabilidad media 1.90 0.40 Permeabilidad alta 3.40 0.50 El ex INERHI (Instituto Ecuatoriano de Recursos Hidráulicos) estimó que las pérdidas de agua en canales sin revestir son del 15% en suelos arenosos, el 10% en suelos francos y del 5% en suelos arcillosos y que la eficiencia promedio para estos canales es de 75 a 85%. Hay autores que señalan que dentro de la eficiencia de conducción se debe tomar en cuenta la conducción externa que se refiere a los canales: principal, secundario, etc. que llevan el agua desde la fuente hasta la parcela; y la conducción interna que se refiere a la red interna de riego a las pequeñas acequias que llevan el agua desde la toma de la parcela hasta la planta. Eficiencia de distribución. – Indica las pérdidas de caudal que se dan por manipulación y distribución del agua. Es la eficiencia de los canales que suministran agua desde la red secundaria hasta las propiedades individuales. Es decir se trata de determinar el caudal que una vez entregados al canal de distribución o derivación, no llega a la parcela Su valor en porcentaje es la relación entre el caudal entregado a las parcelas sobre el caudal que esta al inicio del canal de distribución: Ed = Qp x100 Qd 99 Víctor Hugo Cadena Navarro Dónde: Ed = Eficiencia de distribución (%) Qp = Volumen del agua entregado en la cabecera de la propiedad (l/s) Qd = Volumen de agua derivado de los canales secundarios (l/s) Si tenemos en el trayecto del agua entregas de agua que no son de riego (v3) la fórmula variaría a : Ed = Qp + V 3 x100 Qd Como valores referenciales tanto de la eficiencia de conducción como de la de distribución para canales conservados adecuadamente podemos citar los siguientes: Cuadro No.36 Valores referenciales de las eficiencias de conducción y distribución Longitud de canales Largos : mayor a 2000 m Medianos : 200 a 2000 m �ortos � �enor a 2�� � Arena Franco 60% 70% 80% 70% 75% 85% Arcilla 80% 85% 90% Canal revestido 95% 95% 95% Eficiencia de aplicación. - Se define como la relación entre el agua que queda almacenada en la zona de las raíces para ser aprovechada por el cultivo y el agua total aplicada con el riego. Indica las pérdidas que se dan al aplicar el agua a los cultivos. Se expresa como relación entre el volumen de agua requerido por el cultivo y el volumen de agua entregado o introducido al cultivo Depende del método de riego, topografía, tipo de suelo, nivel de conocimientos del regador Se expresa como: Ea = Qc x100 Qp Dónde: Ea = Eficiencia de aplicación (%) Qc = Volumen de agua disponible para la planta en el suelo (l/s) Qp = Volumen entregado a la propiedad Si expresamos en términos de lámina, tendremos que: Ea = Ln / Lt Entre los factores que influyen en las eficiencias de riego podemos citar a: • Superficies con topografía irregular que produce el estancamiento del agua en las depresiones y dificulta la distribución uniforme del agua • Métodos de riego inadecuados para distribuir y aplicar el agua de riego • Cuando el caudal aplicado no se ajusta a la permeabilidad del suelo; por ejemplo caudales excesivos en suelos poco permeables que producen escorrentía y caudales deficientes en suelos muy permeables • Riego con suelo todavía húmedo • Aplicación de volúmenes excesivos, sobrepasando la capacidad de almacenamiento del suelo en la zona de raíces • Falta de eficiencia del regador durante el riego 1�� Hablemos de riego Se han establecido valores de eficiencia de riego tomando en cuenta la pendiente del suelo, la textura y el método de riego. Conocidos los valores de la eficiencia; podemos obtener los requerimientos totales de riego o la demanda bruta o total que es igual a las cantidades adicionales de agua que es necesario agregar para equilibrar las pérdidas de conducción distribución y aplicación, lo cual en la práctica es igual al valor de la demanda neta dividida para la eficiencia de riego, el mismo que puede estar en mm/día, mm/mes o m3/ha/mes. Dt = Dn Er Ejemplo: Calcule la demanda neta y la demanda total de riego conociendo que: Son 7 los días transcurridos desde el último riego La ET es de 5 mm/día Precipitación efectiva de los últimos 7 días es de 15 mm Trabajaremos con una Er de 0.60 Solución: Dn = ( 5x7 ) – 12 = 23 mm Db = 23 / 0.60 = 38.3 mm Sabemos que 1 mm = 10 m3 /ha en consecuencia necesitamos de 383 m3 /ha 3�2� �eser�a de agua dis�onible El suelo es un depósito de agua, que cambia su volumen con el tiempo debido a que las demandas varían mucho, en función de las condiciones climáticas, el estado de desarrollo del cultivo y de las prácticas de riego Una vez conocidas las necesidades que tenemos de riego, nos interesa saber la cantidad de agua que se va a aplicar en cada riego; la misma que depende de dos factores: • La capacidad de retención de agua que tenga el suelo y • La profundidad de las raíces Recordemos que el agua disponible o el agua útil para las plantas es el agua comprendida entre la capacidad de campo y el punto de marchitez los dos situados a diferente profundidad del suelo regado, en consecuencia nos interesa conocer la reserva de agua que contiene el suelo en la zona radicular del cultivo Fig. No.30 El agua útil 1�1 Víctor Hugo Cadena Navarro Su cálculo se realiza a partir de los datos obtenidos en el laboratorio del porcentaje de humedad en volumen a capacidad de campo y a punto de marchitez y del dato o de la experiencia que se tenga sobre la profundidad radicular efectiva del cultivo Recordando que Hv = Hg x da, se tendrá que Reserva disponible = ( Cc – Pm )da x Pr Donde: Cc = valor de capacidad de campo (%) Pm = valor de punto de marchites (%) da = densidad aparente (sin unidad) Pr = profundidad radicular efectiva (m) Reserva de agua fácilmente disponible La planta durante todo el período vegetativo absorbe el agua disponible en el suelo. Cuando el agua está a nivel de la Capacidad de campo, la planta absorbe toda la que necesita con un mínimo esfuerzo y su rendimiento es el máximo. A medida que la planta consume el agua del suelo, ésta va disminuyendo y la planta cada vez necesita hacer un mayor esfuerzo para obtener el agua, hasta que llega un momento en que su rendimiento empieza a bajar porque al disminuir la transpiración existe menor sabia elaborada. Por lo que, para obtener el máximo rendimiento del cultivo no se debe esperar a que el agua sea consumida hasta estar cerca del punto de marchitez y se debe fijar un límite que indicará el agua fácilmente disponible para la planta, y que se le conoce como reserva de agua fácilmente disponible que es la cantidad de agua que puede absorber la planta sin hacer un esfuerzo excesivo y que garantiza un rendimiento óptimo. La reserva de agua fácilmente disponible para la planta será entonces igual a la reserva de agua disponible multiplicada por un coeficiente “f” que depende del cultivo y que se le conoce como fracción de agotamiento del agua disponible. Esta fracción de agotamiento del agua disponible será entonces el porcentaje de la cantidad de agua almacenada entre la capacidad de campo y el punto de marchitez que podemos dejarle consumir al cultivo entre dos riegos consecutivos La reserva de agua fácilmente disponible equivale al concepto de lámina neta que es: la cantidad de agua que debe quedar en la zona de raíces de las plantas, para llevar el suelo a capacidad de campo después de un riego. Para determinar la lámina neta es necesario entonces conocer la humedad aprovechable del suelo, la profundidad de las raíces y la fracción de agotamiento valor señalado por otros autores también como umbral de riego Reserva fácilmente disponible = Reserva disponible x Fracción de agotamiento Lá min aneta = Cc − Pm da . Pr . f 100 1�2 Hablemos de riego Dónde: f = fracción de agotamiento Los valores de “f” citados por Fuentes, 2003 son los siguientes: Cuadro No.37 Fracción de agotamiento del agua disponible “f” Cultivo Alfalfa Aguacate Apio Brócoli Caña de azúcar Cebolla Coliflor Fresa Frutales hoja caduca Guisante-arveja Judía-fréjol Lechuga f Cultivo 0.60 0.30 0.15 0.30 0.60 0.30 0.45 0.10 0.40 0.25 0.50 0.35 Limón Maíz grano Melón Naranjo Patata Plátano Remolacha Repollo-col Tabaco Tomate Viñedo Zanahoria f 0.25 0.40 0.20 0.35 0.40 0.30 0.50 0.35 0.25 0.45 0.55 0.40 Cuando no tenemos este valor es conveniente considerar un valor de extracción de agua de 60% (f = 0,6) para cultivos de raíces profundas y 40% ( f = 0,4 ) para cultivos de raíces superficiales. 3.3. Láminas de riego Puede definirse como la cantidad de agua que es necesario dar en un riego para elevar el contenido de humedad de la zona radicular desde un valor inferior correspondiente a la fracción de agotamiento, hasta un valor superior que coincida con la capacidad de campo. Se dice generalmente que la lámina de riego es la cantidad de agua que se aplica en cada riego por cada unidad de superficie: Hay dos tipos de láminas de riego: Lámina neta de riego.- O dosis neta; que como se vio es: Ln = ( Cc – Pm ) da x Pr x f Ejemplo: Calcular la lámina neta de riego a aplicar en el cultivo de la caña de azúcar si conocemos que el suelo tiene una textura franco arenosa con los siguientes valores: Densidad aparente da = 1.45 (toneladas por m3 de suelo seco) Capacidad de campo = 14.5 % Punto de marchitez = 6.8 % Profundidad radicular = 0.50 m 1�3 Víctor Hugo Cadena Navarro Solución: Ln = ( Cc-Pm ) da x Pr x f Ln = ( 0.145-0.068 )1.45 x 0.50 x 0.60 Ln = 0.0334m = 33.4 mm Lámina bruta o total de riego. Es la cantidad de agua que debe aplicarse en cada riego a la superficie del terreno, de manera de asegurar una penetración suficiente de agua que permita retener en la zona radicular el valor de la lámina neta. Recordemos que no es posible lograr un 100% de eficiencia en la aplicación del agua y que no toda el agua que penetra es retenida en la zona radicular del cultivo. Existen se señaló pérdidas inevitables, causadas por la no uniformidad en la aplicación del agua en el campo, por la percolación debajo de las raíces y por el escurrimiento superficial. Para estar seguros de que la cantidad de agua neta, la cantidad de agua que será consumida por la planta y que debe ser reemplazada en cada riego penetra y es retenida en la zona radicular, es necesario aplicar una mayor cantidad de agua en el riego al terreno, con el fin de contrarrestar las pérdidas. Esta cantidad de agua se obtiene a través de la siguiente ecuación: Lt = Ln / Ea Dónde: Lt = lámina total (mm) Ln = lámina neta (mm) Ea = eficiencia de aplicación (decimal) Los valores de la eficiencia de aplicación depende sobre todo, del sistema de riego y de la experiencia de los regadores, Fuentes (2003) señala estos valores en el siguiente cuadro: Cuadro No.38 riego Eficiencia de aplicación del agua para diferentes sistemas de Riego por surcos Riego por fajas Riego por inundación Riego por inundación permanente ( arroz ) Riego por aspersión Riego por goteo Existen otras fuentes que dan otros valores: 0.50 – 0.70 0.60 – 0.75 0.60 – 0.80 0.30 – 0.40 0.65 – 0.85 0.75 – 0.90 Cuadro No.39 Valores de eficiencia de aplicación según método de riego (%) Método de riego Melgas rectas en pendiente Pozas o melgas sin pendiente Desbordamiento Surcos Corrugaciones SCS ILRI 60 - 75 60 - 80 50 – 55 55 – 70 50 - 70 53 58 --57 --- SCS = Soil Conservation Sistem EE. UU.ILRI = Instituto de riegos 1�� Hablemos de riego �uadro �o��� Eficiencia de aplicación según método de riego y grado de manejo (%) Método de riego Manejo bueno Manejo pobre Surcos 50 - 75 Melgas 50 - 85 Aspersión 60 - 85 Goteo 60 - 85 Fuente: Centro Internacional de Riego, EE.UU. Manual No.3 30 – 50 30 - 50 40 – 60 50 - 60 Para un método de riego determinado, la eficiencia de aplicación depende de: • Calidad del diseño del método a emplear • Habilidad del regador u operador del equipo de riego • Características del terreno Ejemplo Calcular la lámina total de riego con los siguientes datos : Textura a) Arenoso b) Franco c) Arcilloso da 1.65 1.25 1.3 Cc (%) 9 19.5 35 Pm (%) 4 10 17 Pr = 60 cm f = 0.50 Ea = 0.75 Solución Textura a) Arenoso b) Franco c) Arcilloso Ln ( mm ) 24.75 35.64 70.2 Lt ( mm ) 24.75 / 0.75 35.64 / 0.75 70.2 / 0.75 Lt (mm) 32.96 47.52 93.60 Lt (m3/ha) 329.6 475.2 936.0 3.4. Número de riegos El número de riegos durante el año o durante el ciclo vegetativo del cultivo se podrá estimar entonces a partir de las necesidades de los cultivos y de la lámina de riego. Es decir que si un cultivo esta por ejemplo en un suelo arenoso y necesita 7000 m3/ha y se aplica una dosis de 500 m3/ha, serán necesarios 14 riegos. Pero si este cultivo esta en suelo más pesado donde se pueda aplicar una dosis de 700 m3/ha, entonces se requerirán 10 riego. De lo que se desprende que el mismo cultivo en un suelo pesado requiere de un menor número de riegos y por lo tanto un menor costo de la mano de obra. Aplicando una fórmula, su cálculo sería entonces: No. de riegos = ET / Ln 1�� Víctor Hugo Cadena Navarro 3.5. Frecuencia de riegos El número de días que transcurre entre dos riegos sucesivos se llama Frecuencia de riegos. Va a depender del balance que se haga entre la oferta y la demanda de agua existente, es decir, de la capacidad de retención de agua del suelo por un lado y, por el otro, de la demanda de agua de la planta. Su valor se estima dividiendo la lámina neta para la Evapotranspiración diaria del cultivo Fr = Ejemplo Ln ETdía 1.- Calcular la frecuencia entre dos riegos consecutivos para el cultivo de coliflor en un suelo franco que tiene las siguientes características: Cc = 22% Pm = 10% Da = 1.40 Profundidad efectiva radicular = 65 cm Fracción de agotamiento del agua = 0.45 Et diario del cultivo = 4.2 mm Solución Reserva disponible = (Cc – Pm) Pr = (0.22 - 0.10) 1.4 x 0.65 = 0.109m = 109mm Lámina neta de riego = Reserva disponible x fracción de agotamiento = 109 x 0.45 = 49 mm Frecuencia = Lámina neta / Et diario del cultivo = 49 / 4.2 Fr = 11 días 2.- Calcular la frecuencia entre dos riegos consecutivos para el cultivo de maíz en un suelo franco arenoso que tiene una densidad aparente de 1.5, una capacidad de campo del 14%, un punto de marchitamiento del 6%. Sabiendo además que la profundidad radicular es de 80 cm, que la evapotranspiración consume diariamente 5 mm de altura de agua y que la fracción de agotamiento del agua disponible es de 0.4 Solución Ln = (Cc-Pm)da x Pr x f Ln = ( 0.14-0.06 ) 1.5 x 0.80 x 0.4 = 0.038 m = 38mm Frecuencia = Lámina neta / Et diario del cultivo Fr = 38 / 5 =7. 6 días; en consecuencia el riego conviene aplicarle cada 7 días 3.- Si tenemos dos tipos de suelos de las siguientes características Tipo de suelo Franco arcilloso (A) Franco arenoso (B) Cc - % - Pm - % - da - gr/cm3 - Pr - cm - 27 13 1.3 80 14 6 1.5 80 1�6 Hablemos de riego Calcular: a. la lámina de agua aprovechable b. si ambos suelos tuvieran el mismo cultivo, p. ej. Maíz y este tuviera ET = 4 mm/día, cuál será la lámina neta c. Cuál será la frecuencia entre riegos? d. Si regamos por surcos, con una eficiencia de aplicación del 60%, cuál será la lámina total de agua a aplicar? Solución a. L (suelo A) = (0.27 – 0.13) 1.3 x 80 = 14.56 cm = 145.6 mm L (suelo B) = (0.14 – 0.06) 1.5 x 80 = 9.6 cm = 96 mm Obsérvese que el suelo arcilloso, con las mismas condiciones de profundidad, tiene una mayor capacidad de retención de agua que el suelo arenoso. Esto significa que luego del riego, el suelo arcilloso dispondrá de 1456 m3/ha de agua para los cultivos, en cambio el suelo arenoso solo tendrá 960 m3/ha. b. El valor de la fracción de agotamiento para el maíz es de 0.4; el agua a reponerse en el próximo riego por efecto de consumo del cultivo será : Ln (suelo A) = Ln x f = 145.6 x 0.4 = 58.24 mm Ln (suelo B) = 96 x 0.4 = 38.4 mm c. La frecuencia de riegos es igual a la lámina neta dividida para la evapotranspiración diaria; es decir F (suelo A) = 58.24mm/ 4 mm/día = 14.5 días F (suelo B) = 38.4 mm/ 4 mm/día = 9.6 días Obsérvese que debe regarse con mayor frecuencia el suelo arenoso debido a que la capacidad de retención del agua es más baja d. Lt (suelo A) = 58.24 / 0.6 = 97 mm Lt (suelo B) = 38.4 /0.6 = 64 mm El Instituto de Investigaciones Agropecuarias de Chile, nos da el siguiente cuadro Cuadro No.41 Frecuencia de riego (días), en función de la lámina neta (mm) y la evapotranspiración real o de cultivo (mm) ET mm 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10 10 5 3 3 2 2 1 1 1 2 20 10 7 5 4 3 3 3 2 2 L 25 13 8 6 5 4 4 3 3 3 a 30 15 10 8 6 5 4 4 3 3 m 35 18 12 9 7 6 5 4 4 4 i 40 20 13 10 8 7 6 5 4 4 n 42 21 14 11 8 7 6 5 5 4 a 44 22 15 11 9 7 6 6 5 4 1�7 46 23 15 12 9 8 7 6 5 5 n 48 24 16 12 10 8 7 6 5 5 e 50 25 17 13 10 8 7 6 6 5 t 52 26 17 13 10 9 7 7 6 5 a 54 27 18 14 11 9 8 7 6 5 56 28 19 14 11 9 8 7 6 6 mm 58 29 19 15 12 10 8 7 6 6 60 30 20 15 12 10 9 8 7 6 Víctor Hugo Cadena Navarro 3.6. Tiempo de riego Es el tiempo necesario para que la lámina total de agua, se infiltre en el terreno; es decir que: Tr = Lt Vi Dónde: Tr = tiempo de riego Lt = lámina total Vi = velocidad de infiltración del suelo 3.7. Balance diario de humedad Pero vemos que en los cálculos sobre láminas asumimos que toda el agua entregada a la planta depende del riego, cuando por lo general también la lluvia entrega una parte de ella, lo que hace que la frecuencia de riego cambie porque la reserva de agua en el suelo está constituida por el agua de riego y por el agua de la lluvia; lo que nos permite aumentar el intervalo entre riegos Por lo que es necesario llevar un balance diario de humedad en el suelo sumando la cantidad de agua que entra a él es decir, los aportes correspondientes a lluvia y riego y restando la cantidad de agua que salen de él o los valores correspondientes a la evapotranspiración del cultivo Para su elaboración, se debe partir de los siguientes datos: 1. Reserva disponible de agua en el suelo 2. Lamina neta 3. Valores de aportes hídricos en mm. 4. Valores diarios de la evapotranspiración Ejemplo: Suponemos un suelo de las siguientes características: CC = 19.7 % PM = 9 % da = 1.35 Pr = 70 cm Reserva de agua disponible = ( CC - PM ) da x pr = ( 0.197 –0.0 9 ) 1.35 x 0.7 = 0.100 m = 100 mm En el momento que la zona radicular ya tiene almacenado los 100 mm cualquier aporte hídrico se considera ineficaz o está demás Si consideramos que sería conveniente regar cuando el sistema radicular de la planta haya consumido el 60 % del agua útil (fracción de agotamiento = 0.60) o lo que es lo mismo cuando el terreno aún tiene almacenado 40 mm Asumiendo además que la lámina neta diaria o cantidad de agua que consume diariamente la planta será de 10 mm Podemos elaborar el siguiente balance de humedad, el mismo que se refiere a que teniendo como inicio el valor de la reserva de agua disponible en el suelo, vamos 1�� Hablemos de riego restando el agua que consume la planta y sumando la cantidad de agua que se aporte al suelo por efecto principalmente de la lluvia Día 1 2 3 4 5 6 7 8 Reserva al principio del Gasto día Reserva al final del día 100 90 80 +23= 103 – 3 = 100 90 80 70 60 50 100 – 10 = 90 90 – 10 = 80 100 – 10 = 90 90 – 10 = 80 80 – 10 = 70 70 – 10 = 60 60 – 10 = 50 50 – 10 = 40 10 10 10 10 10 10 10 10 En el día octavo la reserva es de 40 mm, valor que debe ser la reserva mínima del suelo, por lo que habrá que regar ese día El balance diario de humedad puede estructurarse como se muestra en el cuadro No 42 el mismo que opera con este mecanismo : Partiendo del último día del mes anterior, restamos a la columna (2) balance de almacenamiento, el valor diario de la ET. Cuando tenemos lluvias, restamos de este valor el de ET y sumamos hasta que nos de 100 mm en la columna (2) y el excedente lo registramos en la columna (3) “excedente” Si hemos determinado la fecha de riego próximo y tenemos lluvias , éste se efectuará cuando la cantidad de agua almacenada esté cerca de 40 mm. �uadro �2 Balance diario de humedad 3 0 0 32 73 73 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 60 1�� 5 5 11 11 11 11 11 11 Fecha real del riego 2 80 70 100 100 100 91 81 71 61 51 41 93 Fecha prevista para próximo riego 1 -10 -10 62 73 73 -9 -10 -10 -10 -10 -10 -8 R I E G O: Lluvia no efectiva (Excedente) 10 10 8 7 7 9 10 10 10 10 10 8 Balance de almacenamiento de hu. 0 0 70 80 80 0 0 0 0 0 0 0 Cambio en los aportes de humedad 31 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 E.T.p (m.m) Lluvia total m.m OBSERVACIONES Próximo riego dentro de 5 días Próximo riego dentro de 4 días Riego aplazado Riego aplazado Riego aplazado Próximo riego dentro de 6 días Próximo riego dentro de 5 días Próximo riego dentro de 4 días Próximo riego dentro de 3 días Próximo riego dentro de 2 días Próximo riego dentro de 1 día Se aplican 600 m3/ha 11 Víctor Hugo Cadena Navarro 3.8. Caudal característico Hasta aquí se ha hablado de mm pero sabemos que el agua nos entregan en litros por segundo entonces debemos, para hablar de caudal transformar los mm en lit/seg. Es decir transformar una lámina de riego a un caudal continuo o característico sabiendo que: 1 mm = 0.116 lt/seg Entonces, caudal característico puede definirse como el caudal que debería entregarse de forma continua al cultivo para satisfacer sus necesidades de agua; en una unidad de superficie durante un día. Ejemplo Si la lámina total a poner en el riego es de 35 mm y el intervalo es de 7 días, determine el caudal característico para regar una superficie de 38 has. Solución 35 mm cada 7 días es igual a 5 mm/día que corresponde a 0.58 l/seg/ha Para una superficie de 38 has. El caudal necesario sería de 16.24 l/s 3.9. Módulo de riego - unidad superficial de riego Hemos visto la forma de calcular la lámina de riego y la frecuencia o sea la cantidad de agua que hay que suministrar al suelo cada cierto tiempo; hemos conocido también las eficiencias de riego, las mismas que transforman una dosis teórica en una dosis real ; pero hay un factor que nos va a cambiar la eficiencia y el tiempo necesario para realizar cada riego ; éste factor se llama módulo de riego que es la forma en que debemos suministrar al terreno la dosis calculada así como también el tiempo en que debe realizarse esta operación Para facilitar su comprensión Beltrán (1979) da dos casos extremos en la entrega del agua a los surcos dice: Supongamos que vamos a regar 5.000 m2 y que la lámina es de 700 m3/ha por lo que el volumen necesario será de 350 m3 Caso 1.- Supongamos que queremos dar el riego en 30 minutos; como el volumen a regar es de 350.000 lts. Tendremos que hacer llegar a la cabecera de la parcela 195 lt/seg; el resultado sería: • Una sección de la acequia demasiada grande • Sería necesario muchos regadores para controlar ese caudal • Se produciría erosión, desbordamientos y encharcamiento �aso 2.- Supongamos ahora que hacemos llegar a la parcela un caudal de 3 lt/seg algo que teóricamente es posible y suficiente de acuerdo al caudal ficticio determinado en una zona; el resultado sería que se regaría en 32.40 horas; esto significaría: • La construcción de una acequia para transportar 3 litros no es factible • Suponiendo que se mojara toda la parcela y suponiendo así mismo que el riego durara las 32.4 horas que son necesarias para suministrar los 350.000 litros nos encontraríamos con que el avance del agua en el surco sería 11� Hablemos de riego lentísimo, que al comienzo del surco se mojaría todo el tiempo lo que provocaría pérdida por percolación y al final del surco no llegaría a mojar toda la zona radicular. De los dos casos anteriores, absurdos ambos, se deduce que el caudal continuo, expresado en lt/seg manejado por el regador debe ser el apropiado para que pueda dirigirlo fácilmente hacia los lugares que interese; haciendo que este llegue al final del surco en el tiempo más corto a fin de que no varíe mucho el tiempo de mojado en los dos extremos A éste caudal se lo denomina módulo de riego y la superficie que simultáneamente puede regarse con él, toma el nombre de unidad superficial de riego El módulo de riego, para su cálculo, es igual a: Mr = Ur x Vi Dónde: Mr = Módulo de riego en litros/segundo Ur = Unidad de riego en hectáreas Vi = Velocidad de infiltración en mm/hora De donde: Ur = Mr / Vi Que significa que la unidad de riego es la superficie en la cual el módulo escogido para el riego es capaz de infiltrarse en una unidad de tiempo. Normalmente el caudal que puede ser dirigido fácilmente por el regador (módulo de riego) va de 20 a 40 lt / seg Ejemplo Si en un terreno con una infiltración de 25 mm / hora, se adopta un módulo de riego de 30 lt / seg Cuál es la unidad de riego? Solución: Ur ( has ) = Mr ( m3 / hora ) / Vi ( m3 / h / ha ) Ur = 30 l/s / 25 mm/h Ur = 0.030 x 3600 / 25 x 10 = 0.432 has Lo que significa que con un módulo de 30 lt / seg podemos regar 4320 m2 Con lo antes visto; podemos resumir diciendo que la PROGRAMACION DE RIEGOS se utiliza para determinar el volumen de agua que se va a dar al cultivo y la frecuencia con la que se debe regar; los mismos que están en función de la Evapotranspiración; teniendo en cuenta que la cantidad de agua que se aplica en un riego, es la cantidad de agua que la planta consumió desde el riego anterior (balance diario de humedad) y en consecuencia ésta es limitada y se encuentra dependiendo o influenciada por : • el tipo de suelo, • la profundidad de las raíces , • los sistemas de riego, • la resistencia que el cultivo tenga a la sequía • la etapa de crecimiento del cultivo 111 Víctor Hugo Cadena Navarro Como se ve el elaborar una programación de riego no es una tarea fácil ;pero ventajosamente con la introducción de los programas computarizados para el riego por goteo y aspersión en cultivos de exportación especialmente, que nos permite entregar a la planta la cantidad de agua necesaria en el momento oportuno ésta programación se transforma en abrir o cerrar una válvula por más o menos tiempo Pero en la mayoría de nuestras comunidades, en las que se riega por gravedad y en las que no encontramos un computador al hacer la programación vemos que no se puede variar mucho ni la cantidad de agua con la que riegan (módulo de riego) ni la frecuencia de los riegos porque crearíamos una confusión en el agricultor Ante lo cual es conveniente estimar o calcular de manera grosera una programación de riego donde sea posible una lámina y un intervalo constantes aceptables para todo el ciclo vegetativo. En estas condiciones, el cálculo de una programación de riego se hace siguiendo los siguientes pasos: 1.- Debemos conocer la lámina neta Para nuestro ejemplo asumamos que la lámina neta sea igual a 40 mm y 2.- Conocer la necesidad de agua de riego (Nr) en mm durante el ciclo vegetativo Ejemplo: Asumimos que la necesidad de agua en mm / mes para tomates sembrados con una eficiencia del 60 % el 1 de marzo y cosechados el 30 de julio sea: Marzo Abril Mayo Junio Julio Total ---------------------------------------------------------------------------------------------------------Nr (mm /mes) 62 118 175 189 97 641 Sumamos y tenemos que una demanda total de 611 mm debe aplicarse a la parcela durante todo el ciclo vegetativo 3.- Calculamos el número de riegos durante el ciclo = Necesidad total de agua de riego / lámina neta por aplicación = 641 mm / 40 mm = 16 riegos 4. - Cálculo del intervalo entre riegos en días Considerando que el ciclo del cultivo es de cinco meses = 150 días, corresponde una aplicación de 150 / 16 = 9 días que constituye el intervalo entre riegos 5.- Vemos luego que volumen de agua estamos entregando por mes y decimos que en un mes tendríamos (30 / 9) 40 = 133 mm que comparando con las necesidades del cultivo nos daría: Nr ( mm / mes ) Ln (mm / mes ) Ln – Nr Marzo 62 133 71 Abril 118 133 15 Mayo 175 133 -42 Junio 189 133 -56 Julio 97 133 36 Total 641 665 -14 La lámina neta (665 mm) supera a la demanda neta o requerida (641 mm) lo cual podría decir que el riego sería suficiente, pero vemos que mientras en marzo, abril y julio se aplicaría demasiada agua; en mayo y junio que son los meses de máxima necesidad de 112 Hablemos de riego agua de riego faltaría esta; por lo que nos toca reprogramar estos dos meses, siguiendo la metodología anterior así: ____________________________________________________ _______________________l_Mayo_______Junio_______Total_ Nr ( mm/mes ) 175 189 364 Calculamos el número de riegos durante estos 60 días y tendremos Necesidad de agua / lámina neta = 364/40 =9.1 redondeando 9 riegos 9 riegos en 60 días significa un riego cada 6.6 días redondeando cada 6 días En el mes tendríamos (30/6) 40 = 200 mm valor que al comparar con las necesidades del cultivo tendríamos _______________________________________________________________________ __________ Mayo_______Junio_______Total_ Nr (mm/mes) 175 189 364 Lámina neta (mm/mes) 200 200 200 Ln –Nr 25 11 164 Con lo que resumiendo tendríamos que marzo, abril y julio regaríamos con una lámina neta de 40 mm cada 9 días; mientras que los meses de mayo y junio lo haríamos con la misma lámina pero con un intervalo de 6 días. 113 Víctor Hugo Cadena Navarro 114 Hablemos de riego 4. CALIDAD DEL AGUA DE RIEGO El agua es el elemento más importante para las plantas, pues para poder vivir estas requieren fundamentalmente de dos elementos, el agua y los nutrientes, y vemos que estos últimos tienen que ir disueltos en el agua para que la planta los pueda absorber. Se hace necesario conocer con qué tipo de agua regamos a determinado cultivo, porque según la calidad del agua, es decir, según sus propiedades químicas, físicas y biológicas sabremos si un agua es apta o no para el cultivo. De la calidad del agua dependerá la calidad y cantidad del cultivo, si tenemos agua de buena calidad tendremos cultivos limpios o de buena calidad y tendremos una mayor producción; si el agua de riego es de mala calidad podemos dañar el suelo u ocasionar daños a los cultivos; al suelo con la acumulación de sales y al cultivo quemando partes de las plantas si el riego utilizado es por aspersión Pero, aunque estén dadas las características que debe tener el agua para poner un sistema de riego en funcionamiento y en la práctica el agricultor va a regar con cualquier agua porque van a primar los factores económico – sociales, nosotros debemos impulsar el mejoramiento de la calidad en la relación suelo – agua- planta con el fin de garantizar al usuario de esa agua un mejor y mayor rendimiento en sus cosechas. Para la toma de muestras de agua en acequias o canales que conducen aguas para el riego previo al análisis que se hace en el laboratorio; se deben seguir los siguientes pasos: • • • • • Se selecciona el sitio de muestreo Se utiliza recipientes plásticos, lavados con el agua que se desea muestrear Poner por lo menos un litro en el recipiente, tomando la muestra del agua en movimiento, a unos 5 a 10 cm debajo del espejo de agua. Es conveniente tomar la muestra de la parte media del cauce Identificar a la muestra básicamente con ¾ Nombre del sitio ¾ Nombre del propietario ¾ Fecha del muestreo ¾ Cultivo actual y/o futuro Enviar al laboratorio en forma inmediata Las muestras de aguas no deben tomarse en zonas estancadas o en lugares donde el agua no fluya con normalidad Cuando la muestra es tomada de un pozo, para que la concentración de las sales sea representativa, debe tomarse después de que se haya bombeado por lo menos durante una hora. Los principales criterios para determinar la calidad del agua de riego en base a que esta depende no solo de su contenido en sales sino también del tipo de sales son: • Salinidad o la concentración total de sales solubles existentes en el agua; es el riesgo de que el uso del agua aumente el contenido de sales en la solución del suelo con lo que aumentará la tensión osmótica y por lo tanto la planta tendrá que hacer un mayor esfuerzo de succión para absorber el 115 Víctor Hugo Cadena Navarro • • • agua por las raíces; todo lo cual da como resultado una disminución de la cantidad de agua disponible para la planta. Sodicidad o el riesgo de que se tenga un elevado porcentaje de sodio intercambiable PSI y se produzca un deterioro de la estructura dando como resultado una reducción de la velocidad de infiltración del agua Toxicidad o la acumulación de iones, tales como el sodio, cloro y boro que en cantidades determinadas pueden afectar el desarrollo del cultivo Otros que se refieren al contenido de determinados nutrientes en el agua de riego y pueden ser contraproducentes para la fertirrigación o para el equipo de riego que se esté utilizando Salvo casos especiales, como la presencia de substancias tóxicas específicas en un cultivo, la salinidad es el factor más importante; teniendo presente que todas las aguas de riego tienen con mayor o menor contenido sales solubles En resumen las sales reducen el crecimiento de los cultivos al restringir la disponibilidad de agua, al cambiar la estructura del suelo y en determinados casos debido a los efectos tóxicos sobre los cultivos 4.1 La salinidad Se debe entender que las sales están presentes de modo natural en el agua y en el suelo. Estos valores no son constantes y la salinidad del agua varía según la cantidad de agua disponible para disolver las sales. Cuánto más agua, menor salinidad, con menos agua disponible, mayor salinidad, es por eso que se puede esperar un agua de riego de buena calidad en años lluviosos y por el contrario en épocas de sequía un empeoramiento en la calidad del agua. 4.1.1. La salinización de los suelos Un suelo puede ser rico en sales debido a que la roca madre de donde proviene la haya tenido o que tenga influencia del agua del mar o que esas sales provengan de las aguas de riego o del subsuelo Los niveles altos de sal en el suelo han sido la causa principal en la disminución de millones de hectáreas agrícolas en el mundo. Los suelos afectados por la salinidad se encuentran principalmente en zonas donde no llueve lo suficiente ni hay riego para permitir el desarrollo de la planta. Las sales entran al suelo ya sea por medio del agua de riego o por la acción de los niveles freáticos altos, a medida que se retira el agua del suelo por evaporación o evapotranspiración la mayoría de las sales permanecen en el suelo acumulándose en muchos casos en las zonas de las raíces. Es decir las sales del suelo se aumentan por el agua del riego y se concentran por la evapotranspiración; éste proceso de acumulación de sales en el suelo se denomina salinización que se le reconoce en suelos muy salinos por la existencia de una capa blanca sobre la superficie. 116 Hablemos de riego Fig.No.31 Concentración de sales en el suelo El riego es un factor importante de salinización del suelo cuando no es manejado correctamente. Y es que si tenemos aguas salinas, las sales que son transportadas se van acumulando en cada riego, generalmente en las partes más bajas o en las depresiones de los suelos Las aguas, por lo general, tienen un contenido de sales reducido que no interfiere en el buen desarrollo del cultivo, pero no todas las aguas tienen la misma naturaleza y en ciertas circunstancias pueden contener elevadas concentraciones de sales. Por este motivo, es recomendable realizar análisis de aguas en explotaciones de regadío y más si en estás se ha instalado riego por goteo, donde las posibilidades de una acumulación de sales en el suelo son mayores. Las aguas subterráneas salinas contribuyen también a la salinización, y sucede cuando asciende la capa freática por capilaridad y se sitúa en capas superiores El suelo necesita de la presencia de cierta cantidad de sales para mantener sus condiciones físicas, pero si aportamos en cada riego cada vez más sales se produce en el suelo transformaciones de tipo químico y luego físico al reducir la capacidad del suelo para conducir el agua o afectar la vida microbiana Los suelos con problemas de sales son clasificados de acuerdo a las cantidades y tipos de sales que estos contienen. Los suelos salinos son aquellos que contiene altas cantidades de sales solubles que pueden ser fácilmente lavadas del suelo. Los suelos alcalinos o sódicos contienen grandes cantidades de sodio absorbido que se encuentra adheridos a las partículas del suelo y que son difíciles de retirar. Los suelos sódicos salinos contienen grandes cantidades de sales solubles y sodio absorbido Cuadro No.43 Categorías de salinidad en el suelo Suelo CE (mmhos/cm 0 2 4 8 > No salino Ligeramente salino Salino Muy salino Extremadamente salino 117 - 2 - 4 - 8 - 12 12 Víctor Hugo Cadena Navarro ��1�2� La salinidad del agua Llamada también concentración salina, es el contenido de sal en el agua, sin importar el tipo de sal que sea Cuando el contenido de agua en el suelo disminuye entre cada riego, la concentración de sal alrededor de las raíces aumenta. La acumulación de sales restringe la toma de agua por las plantas, mientras mayor sea el contenido de sales en la zona de las raíces más difícil será la extracción del agua del suelo por la planta y el desarrollo de la planta va retardándose progresivamente hasta que deja de crecer. El aumento progresivo de la concentración de sales solubles, debido al riego continuado, trae consigo un aumento de la presión osmótica de la disolución del suelo. De esta forma cuanto mayor sea la concentración de sales, mayor será la presión osmótica que las raíces de las plantas han de superar para poder absorber agua. En consecuencia uno de los efectos principales de la presencia de sales en el suelo es la limitación en la disponibilidad del agua para las plantas En un agua con alto grado de salinidad, el daño se da por el efecto osmótico de las sales en la solución del suelo, más que por la acción de los iones presentes, es decir que la absorción del agua del suelo por parte de las raíces de las plantas exige a éstas un esfuerzo mayor cuanto más alta sea la salinidad de la solución del suelo. En efecto, las raíces se comportan como membranas semipermeables que separan dos soluciones de distinta concentración salina y por tanto de distinto potencial osmótico: en el exterior el agua del suelo y en el interior el agua del xilema. El agua tendría la tendencia a atravesar las raíces en el sentido de igualar ambas concentraciones, es decir, a salir de la planta. Por tanto, para absorber agua del suelo, la planta debe vencer esta tendencia mediante un esfuerzo adicional. La presión extra de extracción debida a la salinidad equivale en atmósferas a 0.36 CE en mmhos/cm es decir que la Presión osmótica generada por las sales expresada en atmósferas es igual a 0.36 CE en milimhos/cm (Po = 0.36 CE). Las plantas por tanto realizan una ósmosis inversa donde para obtener un agua de menor salinidad se exige un consumo de energía; por lo que cuanto mayor sea la concentración salina del agua del suelo, mayor es la presión osmótica que las plantas han de superar, pudiendo llegar un momento en que la absorción del agua se detenga haciendo que los síntomas de la salinidad coincidan con los de la sequía. Al mantener el contenido de humedad del suelo a niveles altos se reduce la concentración promedia de sal alrededor de las raíces resultando así un efecto salino reducido sobre los cultivos. Las sales que nos interesa en el agua de riego, son aquellas que además de ser solubles, se descomponen en iones. Los principales iones contenidos en el agua de riego son los siguientes: CATIONES (+) Calcio (Ca++) Magnesio (Mg2+) Sodio (Na+) Potasio (K+) ANIONES (-) Cloruro (Cl-) Sulfato (SO42-) Bicarbonatos (CO3H-) Carbonato (CO32-) La presencia de estos iones y su concentración determinan la calidad del agua de riego La salinidad del agua de riego puede expresarse de los siguientes modos: 118 Hablemos de riego • • • en gramos/litro o miligramos/litro que equivale a partes por millón (ppm); para lo cual directamente desde la muestra tomada se evapora en una estufa el agua y se pesa el residuo sólido como la suma de miliequivalentes/litro de sus componentes mediante la conductividad eléctrica (CE), que se presenta en unidades de milimhos/cm La conductividad eléctrica CE expresa la concentración total de sales solubles contenidas en el agua de riego; es decir, se puede conocer el contenido salino de una disolución midiendo la cantidad de corriente eléctrica que pasa por ella. El agua en el suelo con un contenido alto de sal conduce más fácilmente que un suelo con un contenido salino bajo. El valor de la CE es directamente proporcional al contenido de sales disueltas y se expresa en milimhos / cm o deciSiemens / m, se determina en el laboratorio o en el campo cuando se dispone de equipos portátiles ( 1 milimhos/cm = 1 dS/m ). Como en el agua los valores de conductividad eléctrica son muy pequeños, se utilizan los submúltiplos del mho. milimho = mmho = milésima de mho; micromho = millonésima de mho La C.E. varía con la temperatura, expresarla siempre a 25o C. Para normalizar las medidas se ha convenido El contenido de sales y la conductividad eléctrica están relacionadas mediante la fórmula: CS = 0.64 CE es decir que una concentración de sal de 1 gr por litro corresponde aproximadamente a 1.5 milimhos /cm Existen varios criterios para clasificar el agua de riego. En el diagrama que se adjunta que consta como fig. No 32 que se refiere a la norma americana de Riverside y que internacionalmente es admitida, se representa en el eje de las abscisas seis rangos de concentraciones definidos por los siguientes límites : de 100 a 250 micromhos/cm que corresponden al tipo C1 en el cual el riesgo de salinización del suelo es bajo,; de 250 a 750 micromhos/cm es de clase C2 en el cual el riesgo de salinización del suelo se clasifica como medio; de 750 a 2250 micromhos / cm tipo C3 con alto riesgo de salinidad; el tipo C4 de los 2250 micromhos/cm a los 4000 con riesgo muy alto y finalmente las clases C5 y C6 sobre los 4000 micromhos/cm con excesiva salinidad Para tener una idea, diremos que el agua de lluvia, tiene un valor de 0.15 milimhos/cm o 150 micromhos/cm, el agua de los ríos, de 0.2 a 0.4 milimhos/cm o de 200 a 400 micromhos/cm y el agua del mar de 63.0 milimhos/cm o 63000 micromhos/cm Se decía que los niveles de sal entre 0 y 4 milimhos/cm solo afectan a los cultivos mas susceptibles a la sal, mientras que en suelos con valores entre 8 y 16 mmhos/cm solo cultivos muy tolerantes a la sal pueden crecer Pero existen otros investigadores como Frank Eton que estableció la siguiente escala de valores para agua de riego: De 0 a 1000 micromhos / cm De 1000 a 3000 De 3000 en adelante Excelente a buena Buena a perjudicial Perjudicial, no aplicable 119 Víctor Hugo Cadena Navarro En base a lo anterior Hayward relaciona la CE con el contenido de sales en el agua y nos dice que: Excelente a buena Buena a perjudicial Perjudicial no aplicable 0 a 0.6 g/l 0.6 a 2.0 g/l > 2.0 g/l La Universidad de California luego propuso la siguiente clasificación: Índice de salinidad 1 2 3 4 CE (micromhos/cm) < 750 750 – 1500 1500 – 3000 >3000 Riesgo de salinidad Bajo Medio Alto Muy alto La FAO por su parte la clasifico de la siguiente manera: Índice de salinidad 1 2 CE (micromhos/cm 3 >3000 < 750 750 – 3000 Riesgo e salinidad Sin problemas Problemas crecientes Problemas serios Contenido de sales gr/l 0.45 0.45 – 2.0 <2.0 Sin embargo todos los índices solo nos pueden servir como referentes, ya que en el suelo concurren otras circunstancias que pueden hacer cambiar estos índices (técnicas de riego, un buen drenaje, etc.) En terrenos arcillosos, se considera que a partir de los 1500 micromhos/cm ya hay riesgo de salinidad, mientras que en un suelo arenoso se puede considerar que puede haber riesgo a partir de los 2000 micromhos/cm Si conocemos la CE y los valores en porcentaje de la porosidad, capacidad de campo o punto de marchites; podemos calcular la CE para Cc y Pm de la siguiente manera: Ejemplos: Si el resultado de la CE es 1.5 mmhos/cm y si en un suelo arcilloso, tenemos los siguientes valores: Porosidad = 53% Capacidad de campo. = 35% Punto de marchitez = 17% Solución: Porosidad CEcc = CEe----------------C. C 53 = 1.5 x ------- = 2.27 mmhos / cm 35 Porosidad CEpm = CEe ----------------P. m. 53 = 1.5 x ----17 = 4.67 mmhos / cm Si el resultado de la CE es 1.5 mmhos/cm y si en un suelo arenoso tenemos los siguientes valores 12� Hablemos de riego Porosidad = 38% Capacidad de campo = 14% Punto de marchitez = 6% Solución: CEcc = Porosidad 38 CEe ------------------ = 1.5 x ------- = 4.07 mmhos/cm CC 14 Porosidad 38 CEpm = CEe ------------------ = 1,5 x -------- = 9.5 mmhos/cm Pm 6 �igura �o�32 Muy alta Normas de Riverside para evaluar la calidad de las aguas de riego. (U.S. Soil Salinity Laboratory) 4 24 C3-S4 C4-S4 C1-S3 C5-S4 18 Indice SAR Media 20 14 C3-S3 C1-S2 C2-S2 10 8 6 1 4 C4-S3 C5-S3 C3-S2 C1-S1 C2-S1 C3-S1 100 C6-S3 C4-S2 2 0 C6-S4 C2-S3 16 12 Baja Sodio 3 4.000 C2-S4 22 2 2 C1-S4 26 3 4 5 6 78 1.000 30 28 Alta 2 3 100 250 es as Cl 1 2 Baja Media C5-S2 C4-S1 C6-S2 C5-S1 C6-S1 750 2.250 4.000 6.000 10.000 Conductividad Micromhos/cm 3 4 5 6 Alta Muy alta Excesiva Salinidad Aguas de buena calidad aptas para el riego. Aguas utilizables para el riego con precauciones. Aguas no aptas para el riego. 121 Víctor Hugo Cadena Navarro La tolerancia demostrada por algunos cultivos se puede ver en el siguiente cuadro citado por UTHA Cuadro No. 44 Tolerancia de algunos cultivos a la salinidad Alta tolerancia Dátiles, palma Cebada Remolacha Algodón Espárragos Espinaca Nabo Melón Tomate de árbol Higuerilla Moderada tolerancia Sensibles Trébol rojo Arveja Fréjol Pera Manzana Naranja Ciruela Almendra Durazno Cítricos Fresa Haba Zanahoria Frutilla Cebolla Mandarinas Aguacate Oca Trigo Tomate Avena Alfalfa Arroz Maíz Lino Papa Granadilla Higo Olivo Uvas Lechuga Pimiento Alcachofa Sorgo Girasol Caña de azúcar Maní Rábano Apio Pepino Col Brócoli Pastos Zapallo Decimos que al aumentar la retención de la sal en el suelo se provoca dificultad en la absorción del agua por parte de las raíces de las plantas. Para evitar estos problemas o al menos disminuir los efectos, la utilización de esta agua debe ir unida a prácticas como la implantación de sistemas de riego adecuados, el lavado de suelos o el empleo de variedades resistentes a la salinidad El siguiente cuadro nos dan valores de tolerancia a la salinidad de diferentes cultivos Cuadro No.45 Umbral de tolerancia a la salinidad Cultivos extensivos Algodón Trigo Habas Maíz Salinidad dS/m 7.7 6.0 1.6 1.7 Cultivos Hortícolas Salinidad dS/m Melón Tomate Espinaca Pepino Patata Pimiento Lechuga Cebolla 2.2 2.5 2.0 2.5 1.7 1.5 1.3 1.2 122 Cultivos Frutícolas Pera Manzana Naranjo Limón Durazno Ciruelo Almendro Albaricoque Salinidad dS/m 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.5 1.5 1.6 Hablemos de riego Rábano Zanahoria Fréjol Remolacha 1.2 1.0 1.0 7.0 El efecto de la salinidad sobre los cultivos, tiene que ver con: • El estado vegetativo.- A lo largo del ciclo vegetativo varía la tolerancia de las plantas a la salinidad. Las plantas son relativamente tolerantes durante la germinación, pero muy sensibles en los primeros estados de crecimiento • El clima.- La tolerancia aumenta cuando más frío y húmedo es el sitio • La variedad de cultivos.- Como se indicó hay especies más tolerantes que otras • El riego.- Los riegos frecuentes son los recomendados en caso de uso de aguas salinas; los riegos espaciados permiten la concentración salina 4.1.3. Tratamiento a los problemas de salinidad El hecho de que las aguas de riego contengan sales es un fenómeno muy natural, sin embargo, para evitar esta situación han sido desarrolladas técnicas de desalinización de aguas, pero son muy caras de usar en la agricultura debido a los altos volúmenes de agua que deben tratarse. Los suelos afectados por las sales pueden ser reconocidos a veces por la presencia de costras blancas de sal en la superficie del suelo o por la presencia de superficies húmedas de tonos cafés sin vegetación. Los cultivos sembrados en suelos salinos pueden encontrarse achaparrados, de tamaño variable y con un color azul verdoso oscuro en sus hojas; en ocasiones las plantas o bordes de las hojas se presentan quemadas y las plantas parecen estar marchitas a pesar de la alta humedad en el suelo. En suelos altamente salinos las semillas no llegan a germinar Una vez detectada la presencia del problema, podemos realizar las siguientes actividades tendientes a tener un manejo adecuado del mismo: Lavado o lixiviación de sales Es conveniente, previa a esta actividad realizar labores de subsolado, arada y rastra, con la finalidad de dejarle al suelo bien mullido para que el agua pueda penetrar fácilmente en todos los poros El lavado de las sales consiste en regar con mayor frecuencia, y utilizar un volumen de agua de riego mayor que el normal, para que el agua arrastre el exceso de sales que se 123 Víctor Hugo Cadena Navarro acumulan en el suelo. Se trata de mantener las sales fuera de la zona radicular sin afectar la suficiente disponibilidad de agua para la planta. Este arrastre de las sales solubles por debajo de la zona radicular del cultivo al aplicar un volumen de agua adicional en el riego se llama lixiviación. Las sales solubles se retiran más fácilmente de suelos arenosos que de los arcillosos ya que en estos será necesaria la aplicación de mas agua y de un período más largo La cantidad de sales desplazada por el lavado, será igual a cierta cantidad de agua adicional aportada en el riego; cantidad adicional que se le conoce como requerimiento de lavado o fracción de lixiviación que corresponde a la cantidad de agua que se requiere para disolver las sales y desplazarlas hasta capas más profundas. Esta fracción de lixiviación tiene el siguiente valor: Cuando se trata de riegos por gravedad y aspersión de baja frecuencia: FL = CEa 5CEd − CEa FL =RL En riegos por goteo y aspersión de alta frecuencia: FL = CEa 2 max CEe Dónde: FL = fracción de lixiviación o RL = requerimiento de lavado CEa = valor de la conductividad eléctrica del agua CEd = valor de la conductividad eléctrica del agua de drenaje maxCEe = valor de la conductividad eléctrica del estrato de saturación del suelo (cultivo) para el cual el descenso de producción es del 100% Conocidos esos valores, luego tenemos que ver la eficiencia del lavado, que puede variar desde el 100% en suelos arenosos, hasta el 30% en suelos arcillosos de fácil dilatación; con lo que: FLreal = FLneta Eficiencia delavado Otra manera de calcular las necesidades de lavado de un suelo, es basándose en el conocimiento del factor de concentración permisible cuya fórmula es: Factor = Umbral de tolerancia del cultivo / Salinidad del agua de riego Con este valor vamos a la “Curva de necesidades de lavado” y vemos el porcentaje de agua adicional que debemos aplicar en el riego para el lavado de las sales retenidas en el suelo, de. la siguiente manera, valiéndonos de un ejemplo que nos da la Consejería de Agricultura y Pesca de la Unión Europea: Determinar las necesidades de lavado de un olvar en riego localizado; sabiendo que el Umbral de tolerancia del olivo es de 2.7 dS/m y la salinidad del agua empleada en el riego es de 3.2 dS/m Solución Factor = 2.7 / 3.2 = 0.85 12� Hablemos de riego Necesidades de lavado Con este valor vamos a la curva de necesidades de lavado y ubicándonos en el eje de la “x” vemos en “y” el valor de las necesidades de lavado 0.5 0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0.51 1.52 2 .5 Factor de concentración permisible El resultado es de 0.25 que significa que se debe aplicar un 25% más de agua que la necesaria La cantidad de agua necesaria para la realización del lavado dependerá entonces del tipo de cultivo y de la salinidad del agua en el suelo. A mayor salinidad del agua en el suelo y menor tolerancia del cultivo, mayor será la cantidad de agua a aplicar para lavar las sales. Esta cantidad se expresa en porcentaje, por ejemplo si las necesidades de lavado es del 20% se entiende que del total del agua aplicada en el riego este porcentaje sirve para lavar las sales y el 80% restante para cubrir las necesidades del cultivo • Construcción de drenes Paralelamente con el lavado de las sales, debemos construir salidas para la sal que está siendo transportada con el exceso del agua que ponemos en el riego; salidas que están en zonas más profundas que la zona radicular; estas salidas o desfogues son los drenes Es también necesaria la construcción de drenes cuando tenemos una capa freática alta, con el objeto de impedir que la salinidad del agua por capilaridad se sitúe en la zona radicular Los drenes pueden ser superficiales o subterráneos; pueden ser abiertos o entubados, en todo caso su construcción es motivo de otro acápite • Siembra de cultivos más tolerantes Existen unas plantas más resistentes que otras a la salinidad Esta resistencia está asociada a mecanismos propios de los vegetales que caracterizan a algunos grupos de plantas. Puede no resultar económico el mantener niveles bajos de salinidad en el suelo dado el costo que puede tener la construcción de drenes. Considerando que los cultivos varían ampliamente en su tolerancia a la sal, una selección de cultivos apropiados puede dar como resultado rendimientos aceptables, por ejemplo el algodón y la cebolla pueden desarrollarse bastante bien en niveles de salinidad en los que el maíz y la papa no pueden sobrevivir 12� Víctor Hugo Cadena Navarro Otro aspecto a considerar, es el estado vegetativo de la planta, la tolerancia de los cultivos puede ser menor durante la germinación y durante el brote de la planta hacia la superficie en comparación a las otras etapas de crecimiento, durante este período es necesario mantener el suelo a niveles altos de humedad para así minimizar la concentración de sal alrededor de la semilla o si no, se debe regar antes de la siembra para lixiviar las sales de las zonas superiores de las raíces. El recubrimiento del suelo con hojas, paja u otros residuos vegetales entre siembras provee una superficie seca la que puede minimizar la ascensión de la sal a la superficie ya que el movimiento capilar del agua hacia el perfil del suelo es reducido • Aplicación de métodos de riego adecuados Los métodos de riego influencian grandemente en los niveles de salinidad del suelo. Los métodos de riego por gravedad: por surcos, melgas o inundación, sirven para lavar los suelos porque son los que tienen una alta pérdida de agua por percolación y con ella van arrastrando una gran cantidad de sales en su recorrido; el problema de estos métodos de riego es la alta cantidad de agua que usan para regar y la baja eficiencia En el riego por surcos cuando tenemos problema de salinidad es conveniente sembrar en los taludes de los surcos donde la concentración de sales es menor. El método de riego por goteo, es una excelente alternativa para el uso de aguas salinas, debido a la alta frecuencia del riego y a la presencia de un bulbo húmedo permanente en donde están localizadas las raíces. Pero siempre que este sistema este bien manejado. El riego por surcos no es recomendable para aguas de riego de más de 2,5 mmhos/cm, porque produce una gran acumulación de sales en el suelo .El riego por aspersión no es recomendable con aguas de conductividad mayor de 2 mmhos/cm, ya que éstas pueden dañar la instalación y producir quemaduras en el follaje del cultivo. 126 Hablemos de riego ��2� La �odicidad Cuando el agua contiene gran cantidad de sodio, decimos que es un agua alcalina; al regar con esta agua el sodio se acumula en el suelo en los primeros centímetros de profundidad, y al ser humedecidos nuevamente sus agregados experimentan un hinchamiento que tapan los poros, reduciendo la permeabilidad del suelo y con ello provocando la falta de agua que debería llegar a las raíces, pudiendo producir la muerte de la planta El sodio es un elemento que degrada el suelo, modificando su estructura y disminuyendo la velocidad de infiltración. Sin embargo el calcio y el magnesio tienen efectos contrarios. Por esta razón el efecto de sodificación varía con la cantidad de calcio y magnesio en el suelo. La permeabilidad del suelo está relacionada principalmente con dos factores: por un lado la textura del suelo y por otro la calidad del agua de riego. Hay ciertas sales presentes en el agua que ocasionan una pérdida de la permeabilidad de un suelo y, si este suelo tiene además una textura muy pesada y poco permeable, como los suelos arcillosos, los riesgos de una impermeabilización del suelo, con la consiguiente sequía radicular, aumentan. La velocidad de infiltración está determinada por las características físicas y químicas del suelo El calcio y el magnesio son cationes que forman parte de la estructura granular apropiada para los cultivos. El exceso de iones de sodio desplaza el calcio y el magnesio y provoca la dispersión y desagregación del suelo. Con este problema, conocido como sodificación, el suelo se presenta muy suelto y si se pisa con el pie se hunde con facilidad. En este estado los agregados del suelo, o terrones, son destruidos y las partículas pasan a obstruir los micro poros del suelo, lo que origina problemas de infiltración de agua, produciéndose encharcamientos en sectores del predio. El suelo se vuelve duro y compacto cuando se seca restringiendo el desarrollo de las plantas; cuando a estos suelos se les humedece tienden a sellarse rápidamente, limitando de esta manera la salida y entrada del agua y del aire en el suelo y afectando el rendimiento de los cultivos. El uso del agua con altos niveles de sodio en forma de cloruros o bicarbonatos pueden alterar adversamente la condición física del suelo. Los suelos con altos niveles de sodio tienden a tener una estructura pobre, especialmente en aquellos en que la presencia de otras sales es baja. Cuadro No.46 Relación del suelo con el sodio absorbido Suelos PSI No sódico Ligeramente sódicos Medianamente sódicos Fuertemente sódicos Extremadamente sódicos <7 7 – 15 15 – 20 20 – 30 > 30 En general una concentración alta de sales aumenta la velocidad de infiltración, mientras que una concentración baja o una proporción alta de sodio en relación al calcio y magnesio, disminuye esa velocidad. 127 Víctor Hugo Cadena Navarro Fig.No.33 Ca++Mg++ meq/l Na+ meq/l 0.5 1.0 1.5 2.0 ad so rc ió 15 6 n 5 de de 7 lp so 6 8 en or di 9 7 o c eq en 10 (R 8 ui ta AS 9 12 lib je ) 10 rio de 14 co so 12 16 n di 1 o el 20 4 ag int 16 e ua rc 18 am 22 bi ab 26 le 30 (P SI ) 30 20 5 4 3 4 Re la ci ó n de 10 20 Concentración de sodio ad tim 2 o 2 3 5 10 Va l 1 or 1 es Concentración de calcio + Concentración de magnesio 30 0 Diagrama para determinar el RAS de las aguas de riego y para estimar el valor correspondiente del PSI del suelo en equilibrio con el agua. Se fijan los siguientes valores para la utilización de aguas con contenido de sodio: Cuadro No.47 Valores de sodio recomendados para riego Calidad de agua Porcentaje de sodio Muy buena Buena Media Puede no ser aceptable No aceptable 20 20 – 40 40 – 60 60 – 80 > 80 Para determinar el peligro de sodificación se suele utilizar el índice RAS (relación de absorción de sodio) que viene definido por la siguiente fórmula: RAS = Na Ca + Mg 2 12� Hablemos de riego RAS = Concentrac ión de sodio Concentrac ión de calcio+ Concentrac ión de Magnesio 2 En donde la concentración de los tres iones se expresa en meq/lt (miliequivalente/litro) En general no se debe separar del contenido total de sales el de sodio, porque sus efectos son acumulativos y concurrentes. Existen varios criterios para clasificar el agua de riego, siendo el más empleado el de Riverside como se indico; en el cual consta en la abscisa el valor de la CE y en la ordenada el valor de la RAS, desde dichos puntos se trazan paralelas a los ejes con los valores obtenidos y la intersección nos indica la clase de agua que estamos utilizando Pero este valor del índice del RAS no tiene en cuenta que el contenido de calcio disuelto en el agua puede modificarse después de un riego (puede aumentar por disolución del mineral o disminuir por precipitación en forma de carbonato cálcico) mientras que la cantidad de sodio permanece constante (ya que su solubilidad o precipitación no depende de factores externos) aunque su concentración si puede variar; por lo que se ha propuesto un RAS corregido o ajustado que considera el equilibrio esperado después del riego, al tener en consideración los efectos del carbonato y bicarbonato El valor de este RAS aj. es : Aj RAS = RAS ( 1 + ( 8.4 – Ct ) Dónde: Aj RAS = Relación de Absorción de Sodio ajustado 8.4 es el pH del agua destilada, en equilibrio con el carbonato cálcico Ct es el pH de saturación del sistema carbonato en el agua que se utiliza en el riego. La relación RAS ajustado, nos indica con bastante precisión el contenido de sodio de un agua con respecto a otros cationes y tiene en cuenta la presencia de carbonatos y bicarbonatos en el agua de riego. Cuanto mayor sea el RAS aj, más sodio tendrá esa agua y peor será su calidad. El valor de Ct se determina con la siguiente igualdad: Ct = A + B + C Donde los valores de A, B y C se obtienen del siguiente cuadro: Cuadro No. 59 Valores de a,b,c para el cálculo de A,B,C 1ra abc 2da A 3ra B �ta C 1ra abc 2da A 3ra B �ta C 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.40 0.50 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.10 4.60 4.30 4.10 4.00 3.90 3.80 3.70 3.60 4.30 4.00 3.80 3.70 3.60 3.50 3.40 3.30 2.50 3.00 4.00 5.00 6.00 8.00 10.0 12.5 2.20 2.20 2.20 2.20 2.20 2.30 2.30 2.30 2.90 2.80 2.70 2.60 2.50 2.40 2.30 2.20 2.60 2.50 2.40 2.30 2.20 2.10 2.00 1.90 12� Víctor Hugo Cadena Navarro 0.75 1.00 1.25 1.50 2.00 2.10 2.10 2.10 2.10 2.20 3.40 3.30 3.20 3.10 3.00 3.10 3.00 2.90 2.80 2.70 15.0 20.0 30.0 50.0 80.0 2.30 2.40 2.40 2.50 2.50 2.10 2.00 1.80 1.60 1.40 1.80 1.70 1.50 1.30 1.10 Y se opera de este modo: Primero: Calculamos a, b, c sabiendo que a = Ca + Mg + Na (valor del pH inducido por los cationes de Ca, Mg y Na ) b = Ca + Mg (valor del pH inducido por los cationes de Ca y Mg ) c = CO3 + CO3H (valor del pH inducido por los aniones CO3 y CO3H) los valores están expresados en miliequivalentes/litro Segundo: Al valor de a (en la primera columna) le corresponde un valor de A (en la segunda columna). Al valor de b (en la primera columna) le corresponde un valor de B (en la tercera columna). Al valor de c (en la primera columna) le corresponde un valor de C (en la cuarta columna). Ejemplo: Suponiendo que tenemos las siguientes concentraciones en meq/lt Ca = 3.0 Mg = 1.5 CO3 = 0.5 CO3H = 2.5 la respuesta sería: RAS = Na Ca + Mg 2 RAS = Na = 4.5 4.5 = 3.0 3 + 1.5 2 RAS Aj = RAS ( 1 + (8.4 – CT) a A b c = Ca + Mg + Na = 3.0 + 1.5 + 4.5 = 9.0 con este valor vemos en la tabla = 2.30 = Ca + Mg = 3.0 + 1.5 = 4.5 el valor para B en la tabla es 2.65 = CO3 + CO3H = 0.5 + 2.5 = 3.0 que corresponde a C = 2.50 Entonces Ct = 2.30 + 2.65 + 2.50 = 7.40 RAS Aj = 3.0 ( 1 + ( 8.4 – 7.4) ) = 6.0 Con este resultado y conociendo el valor de la Conductividad Eléctrica utilizamos el diagrama para la clasificación de las aguas para riego (figura No 32) e identificamos de acuerdo a las normas de uso establecidas y que a continuación transferimos, la clase de agua que estamos utilizando en nuestro riego. 13� Hablemos de riego Clasificación de aguas por conductividad y RAS Salinidad Agua de baja salinidad.- (C1): Puede usarse para riego de la mayor parte de los cultivos, en casi cualquier tipo de suelo con muy poca probabilidad de que se desarrolle salinidad. Se necesita algún lavado, pero este se logra en condiciones normales de riego, excepto en suelos de muy baja permeabilidad Agua de salinidad media.- (C2): Puede usarse siempre y cuando haya un grado moderado de lavado. En casi todos los casos y sin necesidad de prácticas especiales de control de la salinidad se pueden producir las plantas moderadamente tolerantes a las sales Agua altamente salina.- (C3): no puede usarse en suelos cuyo drenaje sea deficiente. Aún con drenaje adecuado se puede necesitar prácticas especiales de control de la salinidad, debiendo por lo tanto, seleccionar únicamente aquellas especies vegetales muy tolerantes a las sales Agua muy altamente salina.- (C4): No es apropiada para riego bajo condiciones ordinarias, pero puede usarse ocasionalmente en circunstancias muy especiales. Los suelos deben ser permeables, el drenaje adecuado, debiendo aplicarse un exceso de agua para lograr un buen lavado; en este caso, se deben seleccionar cultivos tolerantes a sales. Sodicidad : Agua baja en Sodio.- (S1): Puede usarse para el riego en la mayoría de los suelos con poca probabilidad de alcanzar niveles peligrosos de sodio intercambiable. No obstante, los cultivos sensibles, como algunos frutales y aguacates, pueden acumular cantidades perjudiciales de sodio Agua media en sodio.- (S2): En suelos de textura fina el sodio representa un peligro considerable, más aún si dichos suelos poseen una alta capacidad de intercambio de cationes, especialmente bajo condiciones de lavado deficiente, a menos que el suelo contenga yeso. Estas aguas solo pueden usarse en suelos de textura gruesa o en suelos orgánicos de buena permeabilidad. Agua alta en sodio.- (S3): Puede producir niveles tóxicos de sodio intercambiable en la mayor parte de los suelos, por lo que estos necesitarán prácticas especiales de manejo, buen drenaje, fácil lavado y adiciones de materia orgánica. Los suelos yesíferos pueden no desarrollar niveles perjudiciales de sodio intercambiable cuando se riegan con este tipo de aguas. Puede requerirse el uso de mejoradores químicos para substituir al sodio intercambiable; sin embargo, tales mejoradores no serán económicos si se usan aguas de muy alta salinidad Agua muy alta en sodio.- (S4): Es inadecuada para riego, excepto cuando su salinidad es baja o media y cuando la disolución del calcio del suelo y la aplicación del yeso u otros mejoradores no hace antieconómico el empleo de esta clase de aguas La FAO en la última edición de “La calidad del agua en la agricultura” propone las siguientes directrices en función de la salinidad y del RAS del agua de riego para evaluar los problemas de infiltración 131 Víctor Hugo Cadena Navarro Cuadro No. 48 RAS 0–3 3–6 6 – 12 12 – 20 20 - 40 Directrices para evaluar los problemas de infiltración Restricción de uso Ninguna Ligera a moderada CEa > 0.7 0.7 – 0-2 > 1.2 1.2 – 0.3 > 1.9 1.9 – 0.5 > 2.9 2.9 – 1.3 > 5.0 5.0 – 2.9 Severa < 0.2 < 0.3 < 0.5 < 1.3 < 2.9 Cuadro No.49 Clasificación del agua de regadío, según salinidad y sodicidad. Salinidad ( dS/m) Sodicidad ( Porcentaje de Saturación de Sodio) Buena Calidad Menor que 1 Menor que 6 Media Calidad Entre 1 y 3 Entre 6 y 9 Baja Calidad Mayor que 3 Mayor que 9 Cuando estamos trabajando en un sistema de riego por goteo, debemos tener presente que el contenido de sales puede provocar precipitados y estos el taponamiento de los goteros, por lo que es necesario saber el resultado de un análisis que se llama Carbonato Sódico Residual, CSR, cuya fórmula es: CSR = (CO3 + CO3H) – (Ca + Mg) y luego aplicar la siguiente tabla para conocer el agua que estamos utilizando �uadro �o��� Clasificación de las aguas según el CSR CSR < 1.25 1.25 a 2.0 2.0 a 2.5 ¾ 2.5 CLASIFICACION Buena para todos los suelos Precaución, suelos permeables Solo suelos permeables No recomendables Cuando se usan aguas con carbonato de sodio residual entre 1.35 a 2.5 éstas pueden ser corregidas utilizando yeso ��2�1� �rata�iento a los �roble�as de infiltración o de sodicidad Para prevenir, corregir o retrasar los problemas de infiltración causados por la mala calidad del agua se recurre a diversos procedimientos: Incorporación de materia orgánica al suelo, con lo que favorecemos su estructura y en consecuencia la infiltración Incorporación de productos (enmiendas) que modifiquen la composición química del agua o del suelo. Estas enmiendas tratan de aumentar el contenido de calcio, con lo cual se rebaja el RAS y se aumenta la salinidad, para lo cual se proporciona calcio directamente o provocando la disolución de la caliza existente en el suelo; en el primer caso se utiliza yeso y en el segundo el ácido sulfúrico y 132 Hablemos de riego el azufre (el ácido sulfúrico debe ir en el agua y en ningún caso aplicarlo directamente al suelo) Manejo adecuado del riego; el riego frecuente con dosis bajas, 4.3. La toxicidad La fitotoxicidad es aquel trastorno vegetativo causado por la absorción de determinados iones que la planta absorbe conjuntamente con el agua de riego. El sodio y otras sales comunes que son inofensivas o hasta provechosas en pequeñas cantidades para el crecimiento de las plantas, pueden resultar tóxicas en grandes cantidades. El boro y el litio son tóxicos en cantidades relativamente pequeñas. El sodio, cloruros y bicarbonatos son tóxicos solamente cuando están presentes en grandes concentraciones Algunos iones absorbidos por las plantas en excesiva cantidad producen efectos tóxicos; estos se manifiestan en las zonas de transpiración mas intensa, por lo general en los bordes y en las puntas de las hojas, en donde se detectan síntomas característicos de necrosis Los iones más perjudiciales para las plantas son: el cloruro, el sodio y el boro. La magnitud de los daños depende de la concentración, volumen del agua absorbida y tolerancia del cultivo. Los efectos son más rápidos cuando aumenta la temperatura (clima cálido) Se dice de manera general que la concentración tóxica en las hojas en porcentaje son: Cloro de 0.3 al 1% Sodio de 0.25 – 0.5% Boro de 1 – 2 mg/lt El cloruro es un anión que, debido a su carga negativa, no es absorbido por el suelo, por lo que si se realizan frecuentes lavados se puede evitar su acumulación. Los síntomas característicos del exceso de cloruro es el enrollamiento foliar llegando luego a aparecer necrosis en ellas. Las concentraciones superiores a 0.5 g/l se consideran peligrosas; sin embargo en las plantas del tabaco se dan síntomas de toxicidad con concentraciones pequeñas ya que las necesidades de este elemento para su desarrollo son mínimas. Cuadro No.51 Límite de cloruros en el suelo Cultivo Patrón o variedad Cítricos Frutales Hueso Fuente: Bernstein: Lima Rangspur, mandarina Cleopatra Limón Rough, tangelo, naranja amarga Naranja dulce Marianna Lovelll.Shalil Yunnan Límite de cloruros en la solución del suelo 50 30 20 50 20 14 El sodio en exceso, es tóxico y se asocia con un pH muy elevado, pero su efecto negativo depende de la cantidad de otros cationes que haya en la solución Concentraciones superiores a 0.3 gr/lt originan problemas graves en las plantas 133 Víctor Hugo Cadena Navarro �uadro �o��2 Tolerancia de las plantas a la cantidad de sodio cambiable del suelo �ensibles ��3�1 ��� �e�itolerantes 1�2 ppm Boniato Cítricos Pimiento Aguacate Maíz Dulce Melocotón Olivo Higuera Guisante Vid Rabanillo Manzano Tomate Peral Algodón Ciruelo Calabaza Alcachofa (Agricultura Bulletin U.S.D.A. núm. 216): �olerantes 2�� ��� Zanahoria Lechuga Col Cebolla Judía Remolacha de mesa Palmera Espárrago Haba El boro es un oligoelemento esencial para el desarrollo de las plantas, pero en pequeñas cantidades. Pasa con facilidad a condiciones de toxicidad porque el margen entre estos dos niveles es muy pequeño. Los síntomas visibles de exceso de boro son el amarillamiento de las puntas de las hojas, de los bordes y finalmente de los nervios. Luego aparece necrosis en los bordes de las hojas y si el problema se agudiza se produce la defoliación. Una concentración mayor a 2 mg/lt es tóxica para la mayoría de los cultivos. El boro es un elemento que de forma rutinaria no se determina, pero para ciertos cultivos puede ser tóxico en concentraciones muy pequeñas las sales de boro son muy tóxicas para todos los cultivos Cuadro No. 53 Sensibilidad al boro Tipo de agua Cultivos sensibles según el Boro p.p.m. 1 2 3 4 5 <0,33 0,33 a 0,67 0,67 a 1,00 1,00 a 1,25 >1,25 Cultivos semitolerantes p.p.m. <0,67 0,67 a 1,33 1,33 a 2,00 2,00 a 2,50 >2,50 Cultivos tolerantes p.p.m. <1,00 1,00 a 2,00 2,00 a 3,00 3,00 a 3,75 >3,75 La presencia de cloruros y de sodio, provoca fuertes defoliaciones y clorosis principalmente en naranjos El sodio y el cloro son muy tóxicos para la mayoría de cultivos arbóreos y plantas leñosas, por lo que se recomienda utilizar agua con menos de 3 meq/lt de estos elementos. Los cítricos son muy sensibles al litio, que no debe superar un valor mayor a 0.075 mg/lt En el riego por aspersión la misma Organización (FAO) nos indica en el siguiente cuadro la tolerancia al sodio y al cloruro en el agua aplicada en el riego Cuadro No.54 Tolerancia relativa de algunos cultivos a las concentraciones de Sodio o Cloruro en el agua 5 – 10 meq/lt 10 – 20 meq/lt Mayor 20 meq/lt Menor 3 meq/lt Almendros Patata Alfalfa Algodón Cítricos Pimiento Cebada Coliflor Ciruelo Tomate Maiz Girasol Uvas Pepino Remolacha Sorgo 134 Hablemos de riego Para evaluar el problema de toxicidad, la FAO nos da en el siguiente cuadro las directrices. Cuadro No.55 Restricciones de uso de agua de riego para problemas de toxicidad Unidad Sodio Riego por gravedad Riego por aspersión Cloruro Riego por gravedad Riego por aspersión Boro Otros Nitrógeno (nitrato) Bicarbonato ninguna ligera a moderada severa meq/lt meq/lt <3 <3 3–9 >3 >9 meq/lt meq/lt mg/lt <4 <3 < 0.7 4 – 10 >3 0.7 – 3 > 10 mg/lt meq/lt <5 < 1.5 5 – 30 1.5 – 8.5 >3 >30 > 8.5 La lixiviación es el mejor método práctico para evitar la acumulación de iones tóxicos en la zona radicular, debiendo tener presente que el boro requiere un valor tres veces superior por que se desplaza muy lentamente en el suelo En el riego por goteo, debemos tener en cuenta las siguientes indicaciones para evitar la obstrucción de los goteros Sòlidosen suspensión pH sólidos solubles manganeso hierro acido sulfhídrico unidad Sin problema mg/lt Menor de50 Menor de 7 Menor de 500 Menor de 0.1 Menor de 0.1 Menor de 0.5 mg/lt mg/lt mg/lt mg/lt Problema creciente 50 – 100 7–8 500 – 2000 0.1 – 1.5 0.1 – 1.5 0.5 – 2.0 Problema grave Mayor de 100 Mayor de 8.5 ,, de 2000 ,, de 1.5 ,, de 1.5 ,, de 2.0 Prácticamente todas las aguas contienen oligoelementos en pequeñas concentraciones; por lo general no se hacen los análisis para saber su contenido sino solo cuando son aguas residuales que pueden causar toxicidad. Por lo que es necesario saber las concentraciones máximas permisibles de estos: Cuadro No.56 Concentraciones permisibles de oligoelementos Oligoelementos Arsénico Cobre Hierro Manganeso Molibdeno Zinc Concentración ( mg / lt ) 0.10 0.20 5.0 0.20 0.01 2.0 Es necesario conocer el pH del agua que estamos utilizando en el riego, entendiendo por pH como una medida de la acidez o de la alcalinidad en una escala que va de 0 a 14. El valor del pH depende de la concentración relativa de los iones hidrógeno (H+) y oxidrilos (OH-) que posea. 135 Víctor Hugo Cadena Navarro Fig. No.34 Escala que identifica el pH Su valor podemos determinar de diferentes maneras, con la utilización de aparatos, de papel tornasol o soluciones químicas Fig.No.35 Kits para el análisis de las aguas El uso de efluentes sin tratamiento, debe ser evitado cuando se va a regar cultivos para consumo humano y animal que pueden ser ingeridos crudos. Cuadro No.57 Tiempo de sobrevivencia de organismos patógenos y doliformes en productos agrícolas y forrajeros Migroorganismos Salmonella Shigella Productos agrícolas y forrajeros Forrajes Raíces de plantas Hojas de vegetales Frutas Tiempo sobrevivencia 12 – 42 días 10 – 53 días 1 – 40 días 18 horas - 2 días Forrajes Hojas de vegetales 2 días 2 – 7 días 136 de Hablemos de riego Huevos de ascaris Frutas Raíces de plantas Hojas de vegetales Hojas vegetales 6 días 15 – 60 días 15 – 60 días 27 -35 días Ameba Histolítica Coliformes (totales) Hojas de vegetales Hojas de vegetales 2 – 3 días 12 – 34 días Enterovirus Finalmente, los valores normales según la FAO, en un análisis de agua para riego son: Cuadro No.58 Valores normales en un análisis de aguas Salinidad VALOR UNIDAD Conductividad eléctrica Total de sólidos en solución Calcio Magnesio Sodio Carbonatos Bicarbonatos Cloruro Sulfatos Nutrientes Nitrógeno ( nitrato) Nitrógeno ( amonio ) Fósforo ( fosfato) Potasio Varios Boro pH RAS 0–3 0 – 2000 0 – 20 0–5 0 – 40 0 – 0.1 0 – 10 0 – 30 0 – 20 dS / m mg / l meq / l meq / l meq / l meq / l meq / l meq / l meq / l 0 – 10 0–5 0–2 0–2 mg / l mg / l mg / l mg / l 0–2 6 – 8.5 0 – 15 mg / l 4.4. Determinación de la clase de agua utilizada Antes de clasificar el agua debemos comprobar que no existen errores en los análisis; para hacerlo debemos tener en cuenta: • • Que la suma de aniones (cloruros, sulfatos, carbonatos, bicarbonatos) ha de coincidir o a de ser aproximadamente igual a la suma de cationes (calcio, magnesio, sodio, potasio) ambas expresadas en meq / lt . admitiéndose un error del 5% por exceso o por defecto Que la conductividad eléctrica en mmhos es igual a la suma de los aniones en meq/lt dividido para 12; con un error admisible de ± 15% En la mayoría de los casos el resultado del análisis de las aguas puede darnos en gramos por litro por lo que se hace necesario conocer los pesos de cada elemento para poder transformarle en meq/lt ya que el miliequivalente (meq) es igual al peso atómico expresado en mg. dividido por la valencia 137 Víctor Hugo Cadena Navarro Un meq/l Un meq/l Un meq/l Un meq/l Un meq/l Un meq/l Un meq/l Un meq/l Un meq/l Un meq/l de Calcio de Magnesio de Sodio de Potasio de Cloruro de Sulfato de Carbonato pesa de Bicarbonato de NO3 de NH4 pesa pesa pesa pesa pesa pesa 0.02004 gr 0.01216 gr 0.02300 gr 0.03910 gr 0.03546 gr 0.04803 gr 0.03000 gr 0.06100 gr 0.01400 gr 0.01400 gr pesa pesa pesa Interpretación de los valores del análisis En la interpretación de los valores obtenidos luego de las pruebas en el laboratorio; es necesario estudiar cada resultado porque por ejemplo un agua con cierto peligro de alcalinización puede tener beneficios sobre un suelo ácido. Las llamadas “aguas duras” (con gran cantidad de contenido de Ca y Mg) son preferibles a las “dulces” cuando se tratan de recuperar suelos con problemas de Sodio. Los criterios son resumidos en el diagrama para la clasificación de aguas de riego, según las normas de Riverside (Fig No.32) y el diagrama para la interpretación del valor de un agua de riego, según las normas de L. V. Wilcox Ejemplo de cálculos: El análisis de una muestra de agua da los siguientes resultados: Conductividad eléctrica pH Cloruros en Cl gr/lt Sulfatos en SO4 gr/lt Carbonatos en CO3 gr/lt Bicarbonatos en CO3H gr/lt Calcio en Ca gr/lt Magnesio en Mg gr/lt Sodio en Na gr/lt Potasio en K gr/lt Carbonato Sodio residual meq/lt 4.58 mmhos/cm 7.3 0.978 0.956 0.000 0.415 0.256 0.155 0.676 0.024 0.000 Se pide emitir un criterio sobre la calidad de esta agua con fines de riego Cálculos 1. Transformamos los resultados del análisis en gr/lt a meq/lt dividiendo el resultado para el peso de cada elemento (A/B) Cl SO4 CO3 CO3H Ca Mg Na K A 0.978 0.956 B 0.03546 0.048 A/B 27.6 19.9 0.415 0.256 0.155 0.676 0.024 0.061 0.02 0.01216 0.023 0.0391 6.80 12.8 12.7 29.4 0.6 inapreciable 138 Hablemos de riego 2. Comprobamos si se cumple que : a. la suma de los aniones = suma de los cationes en meq/lt (con ± 5%) b. la suma de los aniones en meq/lt dividido para 12 = CE en mmhos/cm a. Aniones Cl SO4 CO3H CO3 Cationes 27.6 meq/lt 19.9 6.8 0 Ca Mg Na K 12.8 meq/lt 12.7 29.4 0.6 Suman 54.3 meq/lt 55.5 meq/lt La diferencia no excede el 5% por lo que es correcto b. 54.3 / 12 = 4.52 que no excede al 15% del valor calculado de la CE ( 4.58 ) en consecuencia es correcto 3. Calculamos el RAS ajustado Aj. RAS = RAS ( 1 + ( 8.4 – CT) ) Na RAS = -------------------------Ca + Mg 2 29.4 29.4 =--------------------------- = ------------- = 8.23 12.8 + 12.7 3.57 2 CT = concentración total CT = A + B + C a = Ca + Mg + Na b = Ca + Mg c = CO3 + CO3H Reemplazamos los valores correspondientes a los elementos y tenemos los valores de a,b,c a = 12.8 + 12.7 +29.4 = 54.9 b = 12.8 + 12.7 = 25.5 c = 0 + 6.8 = 6.8 • • • • Con estos valores vemos en el cuadro No. 59 los valores de A,B,C de siguiente manera : Al valor de a (en la primera columna), le corresponde un valor de A (en segunda columna) Al valor de b (en la primera columna) le corresponde un valor de B (en tercera columna) y Al valor de c (en la primera columna), le corresponde un valor de C (en cuarta columna) Cuadro No.59 Valores de a,b,c para el càlculo de A,B,C 1ra abc 2da A 3ra B �ta C 1ra abc 2da A 3ra B �ta C 0.05 0.10 2.00 2.00 4.60 4.30 4.30 4.00 2.50 3.00 2.20 2.20 2.90 2.80 2.60 2.50 139 la la la la Víctor Hugo Cadena Navarro 0.15 0.20 0.25 0.30 0.40 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.10 2.10 2.10 2.10 2.10 2.20 4.10 4.00 3.90 3.80 3.70 3.60 3.40 3.30 3.20 3.10 3.00 3.80 3.70 3.60 3.50 3.40 3.30 3.10 3.00 2.90 2.80 2.70 4.00 5.00 6.00 8.00 10.0 12.5 15.0 20.0 30.0 50.0 80.0 2.20 2.20 2.20 2.30 2.30 2.30 2.30 2.40 2.40 2.50 2.50 2.70 2.60 2.50 2.40 2.30 2.20 2.10 2.00 1.80 1.60 1.40 2.40 2.30 2.20 2.10 2.00 1.90 1.80 1.70 1.50 1.30 1.10 Entonces: A = 2.50 B = 1.90 C = 2.15 Estos valores reemplazamos en CT CT = 2.50 + 1.90 + 2.15 = 6.55 Con lo que: Aj RAS = 8.23 ( 1 + ( 8.4 – 6.55) ) = 8.23 ( 1 + 1.85) = 23.45 Tenemos entonces los resultados de salinidad y de alcalinidad; con estos vemos en las Normas de Riverside y de Wilcox y tenemos en la primera que es un agua C5 – S3 Agua con excesiva salinidad y alto contenido de sodio. Para las normas de Wilcox no es agua válida para el riego. Otras determinaciones Podemos también saber algunos otras relaciones especialmente importantes para el riego por goteo; por ejemplo el Carbonato sódico residual (RSC) que es igual a RSC = (CO3H + CO3) – (Ca+Mg) = 6.8 – 22.5 = no hay • El Índice de Mg I de Mg =----Mg------ x 100 Ca+Mg • El índice CIP (Grillot) Cl+ NO3 CIP = ------------------------------------------CO3+CO3H+SO4+Cl+NO3 • El Porcentaje de Sodio respecto al total de cationes Na Na (%) =------------------------ x 100 Ca+Mg+Na+ K 1�� Hablemos de riego • La relación de Ca RdeCa= 4.4.1. Ca ---------------------Ca+Na+Mg Aguas duras El grado de dureza de un agua se refiere a su contenido en calcio, las aguas muy duras son poco recomendables en suelos fuertes y compactos. Cuando se trata de rescatar suelos con excesivo contenido de Sodio, es muy aconsejable el empleo de este tipo de aguas. La dureza total es la suma de las concentraciones de calcio y magnesio expresada en mg/l o en ppm de carbonato de calcio. �uadro �o�6� Clasificación del agua de riego en función de la dureza p.p.m. de CaCO3 Agua Blanda Moderadamente dura Dura Muy Dura O – 75 75 – 150 150 – 300 >300 Fuente: BASF Recordemos que el agua dura no produce espuma con jabones, porque las sales orgánicas de sodio que forman los jabones reaccionan con las sales de calcio del agua produciendo precipitación de palmitato de calcio la cual no tiene acción detergente ����2� �eco�endaciones generales del uso del agua en la fertirrigación Si se implementa en nuestro sistema de riego la fertirrigación, lo que primero se debe hacer es determinar la calidad del agua y paralelamente tener el análisis del suelo donde está el cultivo. En base a estos resultados, teniendo en cuenta por una parte el requerimiento de un nutriente específico, así como la tolerancia del cultivo a este; y sabiendo que nutrientes puede la planta tomar del agua y del suelo; podemos establecer la disolución nutritiva conveniente. Esta disolución nutritiva estará compuesta de fertilizantes especiales, que siendo de gran solubilidad en el agua deberán tener características físico – químicas adecuadas. Para evitar tener que realizar continuamente la disolución nutritiva, se preparará una disolución concentrada, llamada disolución madre, que se diluirá con el agua de riego tantas veces como se haya concentrado inicialmente hasta adquirir la disolución nutritiva ideal, que se aportará mediante el sistema de riego elegido y que puede ser modificada según el estado fenológico del cultivo o las condiciones climáticas. Para obtener una buena cosecha y evitar desequilibrios de nutrientes, se requiere un análisis cada cierto tiempo de la disolución nutritiva, sobre todo se recomienda revisar el 141 Víctor Hugo Cadena Navarro pH y la conductividad eléctrica con frecuencia, ya que son parámetros de gran utilidad para determinar si las condiciones de la disolución nutritiva son las adecuadas para nuestro cultivo. A continuación se verá el comportamiento que tienen algunos productos agroquímicos y la máxima eficiencia en las pulverizaciones de estos en relación al valor del pH, datos obtenidos de la casa comercial BASF. Cuadro No.61 Los agroquímicos y el pH Los productos órgano – fosfatos y piretroides son particularmente afectados A modo de ejemplo se citan casos generales Producto Piretropides Organo fosforados Carbamatos pH Solución 6.0 7.0 6.0 Vida media 3 días 5 días 100 días pH Solución 8.0 8.0 9.0 Vida media 63 minutos 36 horas 24 horas El rango de pH donde mejor se comportan los agroquímicos es de 4 a 6 pH Ideal – El máximo de eficiencia en la pulverización Ingrediente Activo Nombre Comercial pH ideal Media de vida de los Productos ACARICIDAS Dicofol Propargite Amitraz Cihexatin Abamectin Kelthane Omite Parssec Sipcatin Vertimec 5.5 6.0 5.0 5.0 5.0 pH 7=15 min/estable en pH 5.5 a 6.0 pH 9=1 día/ pH 6 = 331 días pH 7 = 15 h/pH5 = 35 h FUNGICIDAS Bitertanol Triadimefon Carbendazin Benomyl Clorotalonil Captan Mancozeb Iprodione Fenarimol Triforine Propiconazole Baycor Bayleton Bendazol Benlate Bravonil Captan Dithane/Manzate Rovral Rubigan Saprol Tilt 5.0 5.0 5.0 5.0 Ambientes ácidos mejoran la acción Estable en pH entre 4 y 5 pH 7=12 min/pH 5.5 = 30 h pH 7 =12 min/pH 6=7 h/pH 5.5=30h No es afectado por el pH pH 9=12min/pH 7=8h/pH 5=37h 5.0 5.0 7.0 5.0 5.0 1�2 pH 9=34h/pH 7=17h/pH 5=20días Hidrólisis en ph 8 No es afectado por el pH Hidrólisis en aguas alcalinas Condiciones ácidas mejoran la acción Hablemos de riego pH Ideal – El máximo de eficiencia en la pulverización Ingrediente Activo Nombre Comercial HERBICIDAS Linuron Dicamba Chlorimuron Ethyl Fluazifop-P-Butil Atrazine Simazine Paraquat Diuron Alachlor Diquat Glyphosate Metribuzin Trifluralina pH ideal Afalon Banvel Classic Fusilade Gesaprin 5.0 5.0 5.0 4.0 4.0 Gesatop Gramoxone Karmex Lago Reglone Roundup Sencor/Lexone Trifluarina/Teflan 5.0 Media de vida de los productos Estable entre pH 5 y 6 Estable en pH 5 pH 9= 17 días/pH 7= 150 días Se descompone lentamente en soluciones alcalinas y rápidamente cuando existen carbonatos Se descom lentam en aguas alcalinas Es afectado con mucha alcalinidad Estable en soluciones neutras Es afectado en aguas alcalinas Se descompone rápidamente en soluciones alcalinas Afectado en aguas alcalinas No es afectado por el pH 7.0 5.0 4.0 5.5 pH Ideal – El máximo de eficiencia en la pulverización Ingrediente Activo Nombre Comercial INSECTICIDAS pH Ideal Permethrin Cartap Cypermethrin Diazinon Dimetoato Basillius thuringlensis Ethion Parathion metil Carbofuran Azimphos Ethyl Phosmet Metomyl Clorpyrifos Malathion Acephate Carbaryl Methidathion Mathamidophos Endosulfan Phosalone Ambush Cartap Cymbush Diazinon Dimetoato Dipel Ethion Folidol Furadan Gusathion Imidan Lannate Lorsban Malatol Orthene Sevin Supracid Tamaron Thiodan Zolone 4.0 5.0 4.0 7.0 4.0 5.0 6.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 6.0 5.0 5.0 REGULADOR CRECIMIENTO GA3 Etefon Acido Geberético Ethrel 5.0 3.0 Media de vida de los productos Estable en agua ácidas. Se descompone lentamente en pH neutro pH 9 = 35 h Estable en soluciones ácidas pH 7 =135 días /ph 5 = 31 días pH 6 = 12 h /pH 4 = 21 h / ph 9 = 48 h Incompatible con productos alcalinos Mejor en el pH 4 a 6 /pH 11=42 minutos pH 9= 78 h /pH 6= 200 días Optimo entre 4 y 6 Ph 9 = 12 h /pH 5= 12 días pH 8= 4 h /pH 7=12 h /pH 4.5=13 días Estable solamente en aguas ligeramente ácidas pH 8= 1.5 días / pH 7=100 días pH 7= 21 días / pH50 55 días pH 9= 16 días / pH 30 65 días pH 9= 24 h / pH /= 24 días/ pH 6= 100 días Estable en aguas ácidas. Se descompone en pH7 Inestable en aguas alcalinas pH 9= 30 minutos /pH 7 = 12 h DE 143 Optimo en condiciones ácidas/No usar en agua alcalina Víctor Hugo Cadena Navarro 144 Hablemos de riego 5. MEDIDORES DE CAUDAL Decíamos que debemos entregar al cultivo la cantidad de agua que este necesita, no más ni menos porque eso perjudica la producción. Sabemos que el recurso agua cada día es más escaso por lo que se hace indispensable optimizar el empleo de este bien Conocemos que debido a la explotación desmedida del hombre, el agua de buena calidad cada día es más escasa y vemos que los turnos de riego ya no están según las necesidades de los cultivos sino que se están adaptando a las disponibilidades de agua existente. Toda esta realidad hace importante conocer el caudal disponible Además, el aforo o medición del caudal de una corriente de agua es un factor clave en: 1.- La entrega de agua; porque sin conocer los caudales disponibles es difícil cuantificar la entrega a los usuarios y en consecuencia también su evaluación y manejo 2.- El análisis de la calidad química del agua, ya que la cuantificación del caudal se relaciona con la concentración, velocidad de desplazamiento, sentido y dispersión de contaminantes 3.- Los derechos de uso de agua. que incluyen dotaciones o concesiones de agua que están dadas en litros por segundo Contamos para ello con algunos métodos y dispositivos que nos permiten medir el volumen del agua de riego, veremos en este capítulo los más comunes. • • • Métodos directos o volumétricos, Métodos que relacionan el área con la velocidad y Métodos que utilizan un estrechamiento en la sección transversal. 5.1. El método volumétrico Este método permite medir pequeños caudales de agua como los existentes en los surcos o acequias pequeñas. El procedimiento consiste en determinar el tiempo que tarda en llenarse un recipiente de volumen conocido. Esta operación debe repetirse 2 o 3 veces y se promedia con el fin de asegurar una mayor exactitud En el caso de los surcos, para que el agua caiga en el recipiente es conveniente que el agua que fluye sea recogida en un tubo y esta le conduzca al recipiente de volumen conocido que estará situado a menor altura La fórmula a aplicar para su cálculo es Q=V/t V = volumen del recipiente, en litros t = tiempo, en segundos 145 Víctor Hugo Cadena Navarro Fig.No.36 Medición directa del caudal Ejemplo: Si tenemos un recipiente con un volumen de 50 litros y se llena en 10 segundos el caudal será igual a Q = 50 lt. / 10 seg. Q = 5 lt / seg Si tenemos un reservorio de volumen conocido también en forma directa podemos saber el caudal que entra o sale. Los medidores comerciales, como los existentes en las casas son otro ejemplo de este método directo de medición ��2� ��todos �ue relacionan el �rea con la velocidad Los más conocidos son: ��2�1� ��todo del �lotador Le utilizamos en el campo, cuando queremos tener una aproximación del caudal verdadero; es decir que los valores que se obtienen son estimativos El método es muy sencillo y consiste en escoger un tramo de canal que sea recto y de sección transversal uniforme de mínimo 5 metros de largo al que le señalamos tanto en el punto de inicio como de finalización, Luego tomamos el tiempo que demora el flotador en recorrerle con el fin de conocer la velocidad que lleva el agua en esa sección Los flotadores que empleamos pueden estar superficiales o semi-sumergidos. Y puede usarse cualquier objeto que permanezca suspendido en el agua como un trozo de madera, una botella, una fruta, etc. lo lanzamos al centro del cauce, un metro ó más antes del punto de inicio, con el fin de que cuando pase por este punto haya adquirido ya la velocidad de la corriente y finalmente, cronometramos el tiempo entre la partida y la llegada. Este proceso repetimos por tres veces y sacamos un valor promedio que nos servirá para aplicar la fórmula: velocidad es igual a espacio sobre tiempo V = e / t. 146 Hablemos de riego Si el flotador es muy liviano, la velocidad de este en la superficie será mayor que la velocidad promedio del flujo en toda la sección; por lo que se hace necesario multiplicarle por un coeficiente de ajuste que está en función de la profundidad del cauce y que según la U. S. Bureau de Reclamation, USBR, son los siguientes: �uadro �o�62 Coeficientes de ajuste de velocidad Profundidad (metros ) promedio Coeficiente K 0.30 0.61 0.91 1.22 1.52 1.83 0.66 0.68 0.70 0.72 0.74 0.76 Para obtener el valor del caudal, calculamos el área transversal del tramo escogido y multiplicamos por el valor de la velocidad ajustada. Q=A x V En caso de utilizar flotadores que parcialmente se sumerjan, se considera que la velocidad registrada es más cercana a la velocidad promedio del agua, por lo que no se requiere del coeficiente de ajuste Fig.No.37 Medición por el método del flotador Ejemplo: Calcule por el método del flotador, el caudal aproximado que pasa por una acequia trapezoidal que tiene las siguientes medidas B = 60 cm, b = 40 cm, h = 30 cm. El tramo escogido tiene un largo de 10 m. y el promedio del tiempo en recorrerle es de 20 seg. Solución: Cálculo de la velocidad: Velocidad = espacio / tiempo V = 10 / 20 V = 0.5 m/seg Cálculo del área: A = (B + b /2) h A = (0.60 + 0.40 / 2) 0.30 A = 0.15 m2 Cálculo del caudal: Q=AxVxK 147 Víctor Hugo Cadena Navarro Q = 0.15 x 0.50 x 0.66 ��2�2� Q = 49.5 l/seg ��todo del tra�ador Es exactamente igual al método antes explicado pero se reemplaza el flotador por un colorante (permanganato de potasio), se utiliza mucho este método para la medición de caudales en tuberías. No debe ser muy larga la sección del aforo, por que el colorante se dispersa en el agua y se volvería difícil distinguir entre el inicio y el final del colorante ��2�3� ��todo del �olinete Los molinetes son aparatos que sirven para determinar la velocidad del agua en puntos distintos de la sección transversal de ríos, canales o arroyos. Existen una gran variedad de molinetes, los electromagnéticos, los ultrasónicos, el tipo Doppler, los de rayo óptico, los de copas, los de hélice, etc. El molinete más utilizado en nuestro medio consta de una hélice que se introduce en el agua y a través de un dispositivo eléctrico se miden las revoluciones de la hélice que van relacionadas con la velocidad del agua. Estos medidores de corriente se montan sobre el fondo del cauce en varillas de altura regulables Para realizar las mediciones se utilizan pasos de agua, puentes o tablones de forma que cubran toda la sección de la corriente. Se parte de establecer un punto de inicio o estación cero junto a uno de los lados del canal, el mismo que servirá de referencia para la toma de las distancias horizontales que se vayan a considerar procurando que en lo posible estas sean regulares. De éste modo nos topamos con una serie de lecturas en diversos puntos del ancho del canal y a distinta profundidad (puntos horizontales y verticales), de los que se debe obtener una velocidad media en cada segmento vertical en que se halla dividido la sección del cauce. Dependiendo del caudal a medirse se puede optar por el número de lecturas. Si el tirante, calado ó altura del agua es menor a 45 cm. se hará una sola medida al 60% de ésta; si es mayor se pueden hacer dos lecturas a 20 y 80 % ó tres lecturas a 20. 60 y 80 % de la altura del tirante dependiendo siempre de la hélice con que trabajemos. El cálculo se reduce a los siguientes pasos: 1. Tomar la sección del canal en la que deben constar las siguientes medidas A = distancia entre las paredes laterales B = solera C, D = paredes laterales H = espejo de agua E,F,G = altura de agua (estas señales deben ser perpendiculares y fijas E y F son desde el vértice que forma la solera y las paredes y G se ubica en la mitad de EF, ponemos luego las Medidas entre CE, EG, GF, FD. 148 Hablemos de riego A E G 2.01 F C 0.47 D E G B 1.60 0.55 0.55 0.44 1.401.40 F 1.62 1.10 2. Poner el molinete en las señales EGF a 20,60 y 80% de la altura del agua (Asumamos que el tirante es de 1.40 m), es decir a 0.28 m , 0.84 m y 1.12 m en éste caso y tomamos tres mediciones en cada posición para luego sacar la media cuyo valor se pondrá en la columna “ Número de revoluciones “ (123,156,129, etc. ) 3. Calculamos el valor de “n” ó número de revoluciones por segundo; dividiendo el número de revoluciones para el tiempo empleado en obtenerlas y que con anterioridad se pone en el contador y que para nuestro ejemplo es de 30 seg. (123 /30 = 4.10, etc. ) 4. Sacamos la velocidad en el punto; aplicando la fórmula de la velocidad que tiene cada molinete; para el ejemplo V = 0.2605 n + 0.006 entonces V = 0.2605 x 4.10 + 0.006 = 1.074 etc. Punto 5. No. revoluciones Revoluciones/segundo Velocidad E 123 156 129 4.1 5.2 4.3 1.074 1.360 1.126 G 155 172 161 5.166 5.733 5.366 1.351 1.499 1.403 F 138 165 144 4.6 5.5 4.8 1.204 1.438 1.256 Para saber el área de la velocidad nos valemos de un gráfico en el que ponemos la altura del agua en el eje de las “y” y los valores de la velocidad en el eje de las abscisas dándole a la altura máxima del agua un valor igual al del 80% (1.126) formándose un triángulo, dos trapecios y un rectángulo de los cuales sacamos la superficie y luego las sumamos. 149 Víctor Hugo Cadena Navarro Realizamos éste procedimiento para todos los verticales, para el punto E será: 1.40 4 1.12 3 0.84 2 0.28 1 1.074 1.126 1.360 Calculamos las superficies de las figuras geométricas formadas: 1.- 1.074 x 0.28 / 2 = 0.150 2.- (1.360 + 1.074 / 2) 0.56 = 0.681 3.- (1,360 + 1.126 / 2) 0.28 = 0.348 4.- 1.126 x 0.28 _____ = 0.315______ Total = 1.494 Realizamos el mismo procedimiento para los dos restantes puntos donde se puso el molinete y obtenemos que la sumatoria de las áreas sea: Para el punto G = 1.785 y para el punto F = 1.635 6. Sacamos el área horizontal, valiéndonos de otro gráfico en el que los valores del área de velocidad están en el eje de las “y” y las distancias horizontales en el de las “x” formándose dos triángulos y dos trapecios a los que igual que en el numeral anterior sacamos el área y la sumatoria nos dará el caudal calculado en m3/seg. Calculamos el área de las figuras formadas y tenemos: 1. 1.494 x 0.47 / 2 2. ( 1.785 + 1.494 / 2 ) 0.55 3. ( 1.785 + 1.635 / 2 ) 0.55 4. 1.635 x 0.44 / 2 = 0.351 = 0.901 = 0.940 = 0-359 --------------------Resultado = 2.55 m3 / s o 2550 litros/segundo 1�� Hablemos de riego 1.785 1.635 1.494 2 3 4 1 0.47 1.02 1.57 2.01 5.3 Métodos que utilizan un estrechamiento en una sección transversal 5.3.1. Vertederos El vertedero es una mampara metálica, de madera u hormigón con una escotadura en la parte superior a través de la cual el agua puede fluir. El borde inferior de la escotadura recibe el nombre de “cresta” y se le representa con “L” y la altura de la lámina se llama “carga” y se le representa con “H”. Se clasifican de acuerdo a la forma de la escotadura, al tipo de construcción de la cresta, por el espacio que ocupen en el lecho de la fuente y por su funcionamiento. De acuerdo a la forma de la escotadura los más conocidos son los rectangulares, los trapezoidales y los triangulares Los vertederos rectangulares tienen cresta horizontal y sus lados verticales En el vertedero trapezoidal o Cipolletti; la cresta es horizontal y los lados de la escotadura tienen una inclinación hacia fuera de 1 en horizontal y 4 en vertical o un talud de 1:4 El vertedero triangular no tiene cresta y pueden tener un ángulo central de 900 o de 600 con los lados de la escotadura con una inclinación. Fig.No.38 Forma de los vertederos POR LA FORMA DE LA ESCOTADURA. POR LA FORMA DE LA ESCOTADURA. Rectangular Rectangulart Trapezoidal trapezoidal Triangular Triangular 151 Víctor Hugo Cadena Navarro De acuerdo al tipo de cresta; si la lámina de agua tiene contacto sólo con la arista que forma la cresta del vertedero se llama de “pared delgada”, si el contacto se mantiene con una superficie significativa en la cresta, el vertedero será de “pared gruesa”. Por el espacio que ocupan en el lecho de la fuente; cuando la longitud de la cresta es menor que el ancho de la corriente del canal aguas arriba se denominan vertederos contraídos o con contracción Son vertederos “ocultos” o sin contracción aquellos que tienen una cresta igual o mayor al ancho del canal. Por su funcionamiento; si al funcionar el agua forma una cámara de aire debajo del chorro se dice que está funcionando con descarga libre. Si no forma esa cámara de aire y el agua de desliza por el vertedero se dice que está funcionando ahogado Instalación de vertederos Es necesario tener presente las siguientes recomendaciones: • • • • • • • La cresta y los lados de la escotadura del vertedero deben ser construidos de un espesor no mayor de 1/8” (3 mm) El vertedero debe estar diseñado para aforar la carga máxima esperada en la corriente. Si es de madera conviene que la escotadura sea de metal biselado. La máxima carga no será mayor que un tercio de la longitud de la cresta Se debe escoger un tramo de canal o acequia recto y uniforme de una longitud igual a 10 veces la longitud de la cresta Colocamos el vertedero transversal a la corriente, tapándole a esta y obligándole al agua a que fluya por la escotadura La cresta debe quedar completamente recta y a nivel, en el caso de vertederos rectangular o trapezoidal La velocidad en el cauce aguas arriba del vertedero no debe exceder de 9 cm/seg. para lo cual la distancia entre los bordes de la escotadura y las paredes laterales del cauce deben ser mayores que 2 veces la carga, debiendo ser también mayor de 2H la distancia de la cresta del vertedero a la solera. Cuando esto se da se crea un estancamiento y se provoca que el agua llegue a la cresta con una velocidad inferior a 9 cm/seg. lo que permite que el aire tenga fácil acceso por debajo de la lámina que se vierte y se diga que el vertedero trabaja con “descarga libre”. Cuando las distancias no son lo suficientemente grandes para crear la situación descrita anteriormente se dice que el vertedero trabaja “ahogado” El punto donde se mide la carga es igual a 4H aguas arriba de la corriente donde se coloca una estaca que debe estar nivelada a la cresta del vertedero El tipo y dimensiones del vertedero a emplear serán elegidos en base a una estimación preliminar del caudal, teniendo en cuenta que: • • • • La carga “H” no debe ser menor de 8 cm. ni mayor de 60 cm. En vertederos rectangulares y trapezoidales la carga no debe exceder de 1/3 de la longitud de la cresta Los vertederos triangulares de 900 son los más exactos cuando se tiene caudales inferiores a 25 lt/seg y son adecuados para medir caudales de hasta 275 lt/seg . Los vertederos rectangulares y trapezoidales se utilizan para medir caudales de hasta 2000 lt/seg 1�2 Hablemos de riego • Los vertederos resultan inadecuados para las aguas que acarrean mucho sedimento porque éstos se depositan cerca de ellos y hacen variar las condiciones necesarias para un aforo exacto Cálculo del caudal en vertederos Los vertederos tienen la siguiente fórmula general para el cálculo del gasto : ª2 º Q = CL 2 g (h1 − h 2 ) « (h1 − h 2 ) + h 2 » ¬3 ¼ Dónde: C = coeficiente del gasto L = longitud de cresta g = gravedad = 9.8 h1 = altura de la carga aguas arriba �2 � altura de carga aguas abajo a. Vertederos rectangulares La fórmula general para el cálculo del caudal que pasa por un vertedero rectangular es: Dónde: Q = caudal en m3 /seg C = coeficiente L = longitud de cresta H = carga ( mts. ) Q = CLH3/2 El coeficiente varía de acuerdo con las condiciones en que se encuentra un medidor, así, para vertederos rectangulares de pared gruesa: Q = 1.45 LH 3/2 Para vertederos de pared delgada, sin contracciones Q = 1.84LH 3/2 Para vertederos de pared delgada con contracciones la fórmula es: Q = 1.84 ( L – 0.1 n H ) H 3/2 Donde: n = número de contracciones 153 Víctor Hugo Cadena Navarro Fig.No.39 Funcionamiento de un vertedero Cuando la velocidad de llegada o de aproximación aumenta, también aumenta la descarga para un mismo valor de “H” Cuando ésta velocidad es considerable, el cálculo del caudal debe realizarse siguiendo los siguientes pasos: 1.- Se calcula el caudal, sin tener en cuenta la velocidad de llegada, aplicando la fórmula respectiva 2.- Calculamos la velocidad en el canal: V = Q S V (m/s) = Q (calculado en el paso anterior) / S (sección mojada del canal) 3.- Transformamos la velocidad V en una sobrecarga Ho, con la fórmula: Ho = V2 / 2g Donde: g = aceleración de la gravedad = 9.81 m / s2 4.- Calculamos de nuevo el caudal, según la fórmula inicial, empleando ahora el valor de carga Ho con las siguientes fórmulas: Sin contracciones teniendo presente la velocidad de aproximación: Q = 1.84 L ( H + Ho ) 3/2 Con contracciones teniendo presente la velocidad de aproximación: Q = 1.84 ( L – 0.1 n H ) ( H + Ho ) 3/2 El cálculo del caudal que pasa por un vertedero rectangular de pared delgada que funciona ahogado sin contracciones; es la siguiente: Q = 1.84 L (Nh1)3/2 Donde N = coeficiente en función del valor que da la relación h2 / h1 Este valor está señalado en el cuadro No.63 154 Hablemos de riego Cuadro 63. Valores de "N" para vertedero rectangular que funciona ahogado h2/h1 0.00 0.0� 0.0� 0.0� 0.0� 0.0� 0.0� 0.0� 0.0 ��000 ��00� ��00� ��00� ��00� ��00� ��00� ��00� ��00� ��00� 0.1 ��00� ��00� ��00� ��000 0.��� 0.��� 0.��� 0.��� 0.��� 0.��� 0.2 0.��� 0.��� 0.��0 0.��� 0.��� 0.��� 0.��0 0.��� 0.��� 0.��� 0.3 0.��� 0.��� 0.��� 0.��0 0.��� 0.��� 0.��� 0.��� 0.��� 0.��� 0.4 0.��� 0.��� 0.��� 0.��� 0.��� 0.��� 0.�0� 0.�0� 0.�00 0.��� 0.5 0.��� 0.��� 0.��� 0.��0 0.��� 0.��� 0.��� 0.��� 0.��� 0.��� 0.6 0.��� 0.��0 0.��� 0.��0 0.��� 0.��� 0.��� 0.�0� 0.�00 0.��� 0.7 0.��� 0.��0 0.��� 0.��� 0.��� 0.��0 0.��� 0.��� 0.��� 0.��� 0.8 0.�0� 0.��� 0.��� 0.��� 0.��� 0.��� 0.��� 0.��� 0.�0� 0.��0 0.9 0.��� 0.��� 0.��� 0.��0 0.��� 0.��� 0.��� 0.�0� 0.��� 0.��� 0.0� 0.0� Ejemplos: 1. Un vertedero rectangular de pared gruesa tiene una longitud de cresta de 0.80 m. y una altura de carga de 0.26 m. Calcular el caudal Q Q Q Q = 1.45 L H 3/2 = 1.45 (0.80) ( 0.26 ) 3/2 = 1.16 x 0.13 = 0.150 m3/seg Q = 150 litros / segundo 2. Un vertedero rectangular de pared delgada tiene una longitud de cresta de 0.80 m y una altura de carga de 0.26 m Calcular el caudal Q Q Q Q = 1.84 L H 3/2 = 1.84 (0.80) ( 0.26 )3/2 = 1.47 x 0.13 Q = 191 litros / segundo = 0.191 m3 / seg 3. Un vertedero de pared delgada con dos contracciones tienen una longitud de cresta de 0.80 m y una altura de carga de 0.26 m Calcular el caudal Q Q Q Q = = = = 1.84 (L - 0.1 n H) H 3/2 1.84 (0.80 –0.1x 2x 0.26) ( 0.26 ) 3/2 1.84 (0.75) (0.13) Q = 179 litros /segundo 0.179 m3 / seg 4. Un vertedero de pared delgada sin contracciones y que tiene una velocidad de aproximación tiene las siguientes características, longitud de cresta 0.80 m, altura de carga 0.26 m, vena líquida rectangular de 0.30 m de solera y 0.40 m de pared 155 Víctor Hugo Cadena Navarro Q = 1.84 L ( H+Ho )3/2 Caudal calculado sin tomar en cuenta la velocidad según el problema No 2 = 0.191 m3 / seg V=Q/S S = 0.30 x 0.40 = 0.12 m2 V = 0.191 / 0.12 V = 1.59 m/s Ho = V2 / 2g Ho = 2.53 / 19.62 Ho = 0.13 m Q = 1.84 (0.80) (0.26 + 0.13) 3/2 Q = 1.84 x 0.80 x 0.24 Q = 0.353 m3 / seg Q = 353 lt / seg 5. Un vertedero rectangular de pared delgada con dos contracciones y con velocidad de llegada tiene las siguientes características, longitud de cresta 0.80 m, altura de carga 0.26 m, vena líquida rectangular de 0.30 m de solera y 0.40 m de pared Q = 1.84 ( L – 0.1n H ) ( H + Ho ) 3/2 Caudal calculado sin tomar en cuenta la velocidad según el problema No 3 Q = 0.179 m3 / seg S = 0.30 x 0.40 = 0.12 m2 V = Q /S V = 0.179 / 0.12 Ho = V2 /2g V = 1.49 m/s Ho = 2.22 / 19.62 Ho = 0.11 m Q = 1.84 (0.80 –0.1x2x0.26) (0.26 + 0.11)3/2 Q = 1.84 x 0.75 x 0.23 Q = 0.317 m3 / seg Q = 317 lt / seg 6. Calcular el gasto de un vertedero rectangular que funciona ahogado y en el que la carga aguas arriba es de 0.73 m, la carga aguas abajo es de 0.22 m y la longitud de la cresta es de 1.45 m h2 / h1 = 0.22 / 0.73 = 0.30 Q = 1.84 L (N h1) 3/2 Q = 1.84 x 1.45 (0.959 x 0.73) 3/2 Q = 1.84 x 1.45 (0.700) 3/2 Q = 1,526 m3 / seg Q = 1526 litros / seg 156 N = 0.959 sustituyendo en la fórmula Hablemos de riego b. Vertederos trapezoidales Llamados también Cipolletti en homenaje a su constructor, son aquellos cuyos bordes laterales están construidos con una pendiente exacta de 1: 4 Deben trabajar con descarga libre. Su fórmula de cálculo es: Q = 1.86 LH3/2 En estos medidores se debe tener presente que la longitud de la cresta “L” mínima debe ser igual o mayor a 3H c. Vertederos triangulares La principal ventaja de estos medidores es que permiten medir caudales pequeños, si la velocidad de llegada es inapreciable La fórmula básica para el derrame de un vertedero triangular es : Q = Ctg φ 2 H 2.5 Donde: C = coeficiente que varía según el ángulo de la escotadura tg o/2 = valor de la tangente del ángulo medio que forma la escotadura H = carga real o altura de elevación de la superficie libre sobre la cresta Los vertederos triangulares más usados son los de 900 y los de 600 Para los vertederos triangulares de 900 la fórmula general es: Q = 1.38 H 5/2 Y para vertederos de 600 la fórmula es: Q = 0.80 H 5/2 157 Víctor Hugo Cadena Navarro Igual que para los otros vertederos, es necesario evitar las filtraciones laterales para lo cual deberá quedar bien empotrado en las paredes laterales y en el fondo de la acequia y al mismo tiempo quedar lo suficientemente elevado sobre la solera para trabajar con descarga libre ��3�2� �ri�icios El orificio es una abertura limitada por una curva cerrada de forma regular que da paso a una corriente de agua Existen tres tipos de orificios: Los que funcionan con descarga libre Los que funcionan sumergidos con dimensiones fijas Los que funcionan sumergidos con dimensiones ajustables Para el cálculo de los orificios que funcionan con descarga libre o sea aquellos en que el nivel del agua en la cara posterior del muro está por debajo del orificio la fórmula general de cálculo es Q = CS 2 gh Para el cálculo del caudal en orificios practicados en pared delgada o biselados utilizamos la siguiente fórmula: Q = 0.62S 2 gh Dónde: Q = caudal en m3/seg C = coeficiente igual a 0.62 S = sección del orificio en m2 h = altura de la carga de agua en m g = aceleración de la gravedad cuyo valor es 9.81 m/seg2 La fórmula simplificada es Q = 2.12 d2 h1/2 Siendo d= el diámetro de orificio en mts. Ejemplo: Tenemos un orificio circular de 26 cm de diámetro, practicado en pared delgada y con una carga de 5.50 m. Determinar el caudal o gasto 158 Hablemos de riego Formula general Q = 0.62 S �2gh S = �r2 o también � d2 / 4 S = 3.1416 x 262 / 4 S= 530.93 cm2 S= 0.053 m2 Q = 0.62 x 0.053 √2x9.81x5.50 Q = 0.34 m3/seg = 340 lts/seg Fórmula simplificada Q = 2.12 d2 h1/2 Q = 2.12 x (0.26)2 x (5.50)1/2 Q = 0.34 m3/seg = 340 lts/seg • Para los orificios practicados en pared gruesa, la fórmula general es : Q = 0.98S 2 gh Y la fórmula simplificada: Ejemplo Q = 3.37 x d2 x h1/2 Se tiene un orificio circular de 26 cm de diámetro, practicado en pared gruesa con una carga de 5.50m determinar el gasto Fórmula general Q = 0.98 S �2gh S = 0.053 m2 Q = 0.98 x 0.053 � 2x9.8x5.5 = 540 lts/seg Q = 0.54 m3/seg • Fórmula simplificada Q = 3.37 d2 h1/2 Q = 3.37 x (0.26)2 x (5.50)1/2 Q = 3.37 x 0.067 x 2.35 m3/seg Q = 0.54 Orificios sumergidos .- Son aquellos en los que el nivel del agua tanto en la parte anterior como posterior del muro queda por encima del orificio Estos orificios siempre se construyen en forma rectangular La fórmula para su cálculo es la siguiente: Q = CS 2 g (h1 − h2) El coeficiente “C” depende de la condición de las aristas del orificio, las mismas que se señalan en la �igura �o �� 0.9 4 0.6 5.3.3. 0.914 0.094 C.64 l-0 entrada eliptica C.70 4-a C.78 5-a 0.6L C.82 7-c AFORO DE UNA TUBERÍA C:.68 l-b C.72 4-b5 159 C.81 -b C.83 7-b Víctor Hugo Cadena Navarro 5.3.3 Aforo de una tubería Este tipo de medición se presenta con frecuencia en el campo. Cuando se trata de medir el caudal que sale por una tubería; tenemos que hacerlo según la trayectoria que describe el chorro y en función del diámetro del tubo, de la siguiente manera: Nos valemos de una regla principal graduada que está colocada sobre la tubería. En uno de sus extremos se fija, mediante un eje, una regleta de 25 cm de longitud que en su parte inferior debe llevar un contrapeso que permita su posición siempre vertical aunque varíe la inclinación de la regla principal. Colocamos la regla principal sobre el tubo de tal manera que el extremo que tiene el contrapeso en la regleta secundaria roce la trayectoria exterior del chorro, midiendo luego la distancia “x” que está entre cero y la boca del tubo Con el dato de “x” vemos en el cuadro No.64 el caudal en litros/ segundo en función del diámetro del tubo de salida. Este procedimiento se realiza tanto para tubería horizontal o inclinada que estén llenas de agua. En caso de que el agua, en su salida, ocupe solamente parte de la sección total del tubo debe calcularse la altura libre del agua “h” en centímetros y de acuerdo al diámetro de la tubería tener el porcentaje de sección de tubería que conduce agua de acuerdo al cuadro No.64. En función de este porcentaje el ábaco que consta en el cuadro No.65 nos da un factor de corrección por el cual hay que multiplicar el resultado obtenido como si la tubería estuviera llena. Ejemplo – tubo lleno Lectura del valor “x” = 40 cm Diámetro del tubo = 6 ´´ Caudal según la tabla = 31.7 l/s Ejemplo -- tubo parcialmente lleno Lectura del valor “x” = 50 cm Diámetro del tubo = 6´´ Altura “h” libre de agua = 4 cm Caudal no corregido en función de “x” y del diámetro del tubo =39.6 l/s Porcentaje de sección ocupada por el agua (cuadro No 64) = 73.8 % Factor de corrección según el ábaco = 0.78 Caudal corregido = 39.6 x 0.78 = 30.89 litros / segundo 16� 5 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5 30.0 32.5 35.0 37.5 40.0 42.5 45.0 47.5 50.0 52.5 55.0 57.5 60.0 0.4 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.3 3.5 3.7 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0 5.3 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.4 4.9 5.4 5.9 6.4 6.9 7.4 7.9 8.4 8.9 9.4 9.9 10.4 10.9 11.4 11.9 3" 1.8 2.6 3.5 4.4 5.3 6.2 7.0 7.9 8.8 9.7 10.6 10.5 12.4 13.2 14.2 14.9 15.7 16.7 17.7 18.5 19.4 20.2 21.2 4" 2.7 4.1 5.5 6.9 8.3 9.6 11.0 12.4 13.8 15.1 16.5 17.9 19.2 20.6 22.0 23.4 24.8 26.1 27.5 28.9 30.2 31.6 33.0 5" 4.0 5.1 7.9 9.9 11.8 13.9 15.8 17.8 19.8 21.8 23.7 25.8 27.7 29.7 31.7 33.6 35.7 37.6 39.6 41.6 43.6 45.5 47.5 6" 7.0 10.6 14.1 17.6 21.2 24.6 28.2 31.6 35.2 38.6 42.3 45.8 49.4 52.8 56.4 60.0 63.5 67.0 70.5 74.0 77.5 81.0 84.5 8" 11.0 16.5 22.0 27.4 33.0 38.6 44.0 49.5 55.0 60.5 66.0 71.5 77.0 82.5 88.0 93.5 99.0 105 110 116 121 127 132 10" 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0 15.5 16.0 16.5 17.0 90.2 80.4 70.5 60.7 50.8 40.9 31.1 21.3 2" 93.5 86.9 80.4 73.8 67.2 60.6 54.1 47.6 40.9 34.4 27.8 3" 95.1 90.0 85.1 80.1 75.2 70.2 65.2 60.3 55.3 50.3 45.3 40.4 35.4 30.4 25.4 4" 96.1 92.3 88.2 84.3 80.3 76.4 72.4 68.5 64.6 60.6 56.7 52.8 48.8 44.9 41.0 37.0 33.1 29.1 25.2 5" 96.7 93.4 90.0 86.9 83.6 80.3 77.0 73.8 70.5 67.2 63.9 60.6 57.4 54.1 50.8 47.6 43.3 41.0 37.7 34.4 31.2 27.9 24.6 6" 97.6 95.1 92.7 90.2 87.7 85.2 82.8 80.3 77.9 75.4 73.0 70.5 68.1 65.6 63.1 60.6 58.2 55.8 53.3 50.8 48.3 45.9 43.5 40.9 38.5 30.0 33.6 31.1 28.7 26.2 23.8 8" 98.1 96.1 94.1 92.2 90.1 88.2 86.2 84.3 82.3 80.3 78.4 76.4 74.5 72.5 70.5 68.2 66.6 64.6 62.6 60.7 58.7 56.7 54.8 52.8 50.8 48.8 46.9 44.9 42.9 41.0 39.0 37.1 35.0 33.1 10" Altura libre de agua h en cm Lectura X en cm 2" PORCENTAJE DE SECCION DE TUBERIA QUE CONDUCE AGUA Cuadro No. 64 CAUDAL EN L/SEG. PARA VARIOS DIAMETROS DE TUBERIA Hablemos de riego 161 Víctor Hugo Cadena Navarro Cuadro No. 65 Aforo de tuberías 162 Hablemos de riego 5.3.4. Sifones Son tubos curvos usados para extraer el agua de una acequia y ponerle en el lugar destinado al riego. La forma de utilizarles es así: Se los introduce por completo en la corriente con el fin de sacar todo el aire existente; estando totalmente sumergidos se tapa con la palma de la mano el extremo de salida y luego se le coloca en el lugar a regar donde se retira la mano, cuando el sifón esté lleno de agua ésta correrá ininterrumpidamente El caudal trasladado está en función del diámetro de la tubería empleada y de la carga hidrostática, que es la diferencia de altura existente entre el espejo de agua de la fuente (acequia) y la salida del agua por el extremo del sifón Contamos con un cuadro que nos sirve para calcular la descarga de los sifones, el mismo que se encuentra en el capítulo dedicado al riego por surcos 5.3.5. Medidor sin cuello o garganta cortada Está formado de tres secciones: • de entrada o convergente • la garganta “W” y • la sección de salida o divergente La forma de construcción nos indica la siguiente figura, en la que se debe tener presente que la solera de este medidor debe estar a nivel Fig.No.41 Forma de construcción del medidor sin cuello 163 Víctor Hugo Cadena Navarro Existen dos posibilidades en su funcionamiento; la primera que el medidor trabaje en condiciones de descarga libre y la segunda que trabaje ahogado. Cuando el medidor trabaja en condiciones de descarga libre el caudal depende únicamente de la carga aguas arriba, valor que se consigue haciendo la medición a una distancia de 2L/9 de la garganta siendo L la longitud total del medidor Su cálculo se basa en la siguiente fórmula: Q = CHan Q = caudal en m3/seg Ha = descarga en m n = exponente de flujo libre C = coeficiente de flujo libre que es igual a C = K W 1.025 K = coeficiente para flujo libre relacionado con la longitud del aforador W = ancho de la garganta La relación entre la longitud del aforador (L), la sumersión transitoria (St) y los coeficientes y exponentes para el cálculo de la descarga en condiciones de flujo libre y sumergido, están señaladas en el siguiente cuadro Cuadro No. 66 Relación entre la longitud del aforador, la sumersión transitoria y los coeficientes y exponentes para el cálculo de la descarga en condiciones de flujo y sumergido. L (m) St % ��� ��6 ��7 ��� ��� 1�� 1�2 1.4 1.6 1.8 2�� 2�2 2�� 2�6 2�7 60.7 62.0 63.0 64.2 65.3 66.4 68.5 70.5 72.0 73.8 75.5 77.0 78.4 79.5 80.5 Flujo n 2.080 1.989 1.932 1.880 1.843 1.810 1.756 1.712 1.615 1.646 1.620 1.600 1579 1.568 1.562 Libre K 6.15 5.17 4.63 4.18 3.89 3.60 3.22 2.93 2.72 2.53 2.40 2.30 2.22 2.15 2.13 Flujo ns 1.675 1.600 1.550 1.513 1.483 1.456 1.427 1.407 1.393 1.386 1.381 1.378 1.381 1.386 1.390 Sumergido Ks 3.50 2.90 2.60 2.35 2.15 2.00 1.75 1.56 1.45 1.32 1.24 1.18 1.12 1.08 1.06 Ejemplo Si tenemos un aforador de 1.80 m de longitud con una W = 0.30 m y una carga Ha = 0.25 m Calcular el caudal Q = CHan C = KW 1.025 Q = 0.736 x 0.25 1.646 Q = 0.736 x 0.102 Q = 0.075 m3/seg C = 2.53 x 0.30 1.025 C = 0.736 164 C = 2.53 x 0.291 Hablemos de riego Cuando el medidor funciona en condiciones de flujo sumergido o ahogado hay que medir la altura de carga Ha, aguas arriba a una distancia de la garganta igual a 2L/9 y medir la altura de carga Hb, aguas abajo a una distancia de la garganta igual a 5L/9 Con éstas consideraciones el caudal se determina con la siguiente fórmula: Q = Cs ( Ha-Hb)n / (colog S )ns O lo que es lo mismo Q = Cs (Ha – Hb) n / ( - log S ) ns Dónde: Q = caudal en m3/seg Ha = profundidad de aguas arriba en m Hb = profundidad de aguas abajo en m n = exponente de flujo libre ns = exponente de flujo sumergido S = Hb/Ha en porcentaje, es el valor de la sumersión Cs = coeficiente de flujo sumergido, que es Cs = Ks W 1.025 Ks = coeficiente sumergido, está en función de la longitud del medidor W = ancho de la garganta en metros Ejemplo: Si tenemos un medidor de garganta cortada de las siguientes características: W = 0.10 m L = 0.90 m Ha = 0.30 m Hb = 0.27 m Calcular el caudal Vemos si es un medidor que está funcionando ahogado: S = Hb / Ha x 100 S = 0.27 / 0.30 x 100 S = 0.90 ó 90% valor que es superior a la sumergencia permisible que nos da la tabla (65.3 % ) lo que nos indica que en efecto está ahogado ; aplicando la fórmula Q = Cs ( Ha – Hb )n / ( - log S )ns donde Cs = Ks W 1.025 Tenemos Cs = 0.203 Cs = 2.15 x 0.10 1.025 1.843 Q = 0.203 ( 0.30 – 0.27 ) / 0.04576 1.483 Q = 0.203 x 0.00156 / 0.01032 Q = 0.00032 / 0.01032 Q = 0.0310 m3 / seg 5.3.6. Medidor Parshall El aforador Parshall es un aparato calibrado para medir el caudal del agua en canales abiertos Al igual que el medidor sin cuello; está compuesto de tres secciones la primera por donde entra el agua que se llama sección convergente, luego una parte estrecha o garganta y finalmente la sección por donde sale el agua o sección divergente. 165 Víctor Hugo Cadena Navarro Se les puede clasificar por el ancho de la garganta y tendríamos: TAMAÑO Muy pequeño Pequeños Grandes ANCHO DE LA GARGANTA 2.54 cm - 7.62cm 15.24 cm - 2.4 m 3.0 m - 15.0 m CAPACIDAD (lt/seg) 1 - 32 lts/seg 1.5 - 3950 l/s 160 – 93000 l/s Los tamaños pequeños pueden ser portátiles y fabricados de hierro, fibra de vidrio, madera, etc. Para instalaciones permanente y tamaños grandes deben hacerse de hormigón Las dimensiones de éstos medidores están dadas por el ancho de la garganta y de acuerdo a lo que indica el cuadro N.67 las mismas que se deben respetar en la construcción para que el medidor nos dé datos confiables. Medidor Parshall 166 Hablemos de riego Cuadro No. 67 Valores para la construcción de un medidor Parshall Capacidad (Flujo Libre) (m3/s) Dimensiones (m) W A B C D E F G H K X Y Min Max 0,025 0,167 0,093 0,363 0,356 0,076 0,203 0,152 0,029 0,019 0,008 0,013 0,000 0,006 0,051 0,214 0,135 0,414 0,406 0,114 0,254 0,203 0,043 0,022 0,016 0,025 0,001 0,011 0,076 0,259 0,178 0,467 0,457 0,152 0,305 0,381 0,057 0,025 0,025 0,038 0,001 0,017 0,152 0,394 0,394 0,621 0,610 0,305 0,610 0,457 0,114 0,076 0,051 0,076 0,001 0,082 0,229 0,575 0,381 0,879 0,864 0,305 0,457 0,610 0,114 0,076 0,051 0,076 0,003 0,144 0,305 0,845 0,610 1,372 1,343 0,610 0,914 0,914 0,229 0,076 0,051 0,076 0,011 0,453 0,457 1,026 0,762 1,448 1,419 0,610 0,914 0,914 0,229 0,076 0,051 0,076 0,014 0,680 0,510 1,206 0,914 1,524 1,495 0,610 0,914 0,914 0,229 0,076 0,051 0,076 0,020 0,934 0,762 1,391 1,067 1,632 1,600 0,610 0,914 0,914 0,229 0,076 0,051 0,076 0,023 1,161 0,914 1,572 1,219 1,676 1,645 0,610 0,914 0,914 0,229 0,076 0,051 0,076 0,028 1,416 1,219 1,937 1,524 1,829 1,794 0,610 0,914 0,914 0,229 0,076 0,051 0,076 0,037 1,926 1,524 2,302 1,829 1,981 1,943 0,610 0,914 0,914 0,229 0,076 0,051 0,076 0,062 2,435 1,629 2,667 2,134 2,134 2,092 0,610 0,914 0,914 0,229 0,076 0,051 0,076 0,074 2,945 2,134 3,032 2,438 2,286 2,242 0,610 0,914 0,914 0,229 0,076 0,051 0,076 0,116 3,426 2,433 3,397 2,743 2,438 2,391 0,610 0,914 0,914 0,229 0,076 0,051 0,076 0,130 3,964 3,048 4,756 3,658 4,350 4,267 0,914 1,829 1,219 0,343 0,152 0,305 0,229 0,170 5,663 3,658 5,607 4,470 4,972 4,877 0,914 2,438 1,524 0,343 0,152 0,305 0,229 0,227 9,911 4,572 7,620 5,588 7,772 7,620 1,219 3,048 1,829 0,457 0,229 0,305 0,229 0,227 16,990 6,098 9,144 7,315 7,772 7,620 1,829 3,658 2,134 0,686 0,305 0,305 0,229 0,283 28,317 7,620 10,668 8,941 7,772 7,620 1,829 3,962 2,134 0,686 0,305 0,305 0,229 0,425 33,980 9,144 12,313 10,566 8,084 7,925 1,829 4,267 2,134 0,686 0,305 0,305 0,229 0,425 42,475 12,192 15,481 13,818 8,395 8,230 1,829 4,877 2,134 0,686 0,305 0,305 0,229 0,566 56,634 15,240 18,529 17,272 8,395 8,230 1,829 6,096 2,134 0,686 0,305 0,305 0,229 0,708 84,951 Para la construcción del Parshall se debe tener presente que la solera de la sección convergente debe estar nivelada, mientras que la solera de la garganta está inclinada hacia abajo y la de la sección divergente se inclina hacia arriba. Igual que los medidores sin cuello, los medidores Parshall funcionan con flujo libre o ahogados. En condiciones de flujo libre, su cálculo depende únicamente de la longitud de la garganta (W) y de la profundidad del agua arriba en la sección convergente. La ecuación para el cálculo del caudal bajo condiciones de flujo libre es: Q = K Han Dónde: Q = Caudal en m3/seg Ha = Carga observada 2/3 aguas arriba de la garganta (mts) n = Exponente que está en función de la garganta K = Factor que depende del ancho de la garganta Los valores de k y n se presentan a continuación 167 Víctor Hugo Cadena Navarro Cuadro No.68 Valores de k y n W ( cm ) 5.08 7.60 15.20 22.90 30.50 45.70 61.00 91.50 121.90 152.40 182.90 213.40 243.80 K 0.1207 0.1771 0.3812 0.5354 0.6909 1.0560 1.4280 2.1840 2.9530 3.7320 4.5190 5.3120 6.1120 n 1.55 1.55 1.58 1.53 1.522 1.538 1.550 1.566 1.578 1.587 1.595 1.601 1.607 Cuando el valor de la relación Hb/Ha supera a los siguientes límites de sumergencia: W 2.54 - 7.62 15.2 - 22.9 30.5 - 243.8 Hb / Ha 0.5 ó 50% 0.6 ´ó 60 % 0.7 ó 70 % Se dice que el medidor esta ahogado y el cálculo del caudal esta dado por la aplicación de la siguiente fórmula Qs = Q - Qe Dónde: Qs = caudal sumergido Q = caudal en fluido libre Qe = caudal excedente Para calcular Qe utilizamos las figuras No. 43, 44, 45, 46, 47 y 48 correspondientes a la garganta que tenga nuestro medidor obteniendo un valor directo si se tratan de anchos de la garganta que van de 2.54 cm hasta 22.9 cm Si el valor es de 30.5 cm hasta 283.8 cm nos fijamos en la figura 48 y con los datos de Ha que constan en el eje vertical y las curvas de sumergencia que vienen dadas en porcentaje de acuerdo a nuestros datos, vemos el valor de Qe en el eje horizontal y multiplicamos este resultado por un factor de acuerdo al cuadro No.69; para luego aplicar la fórmula anteriormente enunciada ( Qs = Q –Qe) y obtener el resultado. Cuadro No. 69 Factor multiplicador para el cálculo de Qe W 30.5 45.7 61.0 91.5 121.9 152.4 182.9 213.4 243.8 Factor 1.0 1.4 1.8 2.4 3.1 3.7 4.3 4.9 5.4 168 Hablemos de riego Ejemplos Cuál es el caudal que pasa por un medidor Parshall que tiene una W = 15.20 cm si las lecturas hechas en las cargas son de Ha = 23 cm y Hb= 13 cm Solución: Vemos como está funcionando el medidor S=Hb/Ha S=0.13/0.23 S=0.56 al ser menor a 0.60 decimos que esta con descarga libre, por lo que aplicamos la fórmula establecida y tenemos Q = KHan Q = 0.3812 x 0.231.58 Q = 0.3812 x 0.098 Q = 0.037 m3/seg Si el medidor es un Parshall de W = 91.5 cm y está funcionando con alturas de carga Ha = 70 cm y Hb = 50 cm que caudal pasa? Solución S = Hb / Ha S = 0.50 / 0.70 = 0.71 o 71% (ahogado) Caudal con descarga libre Q = K Han Q = 2.184 x 0.70 1.566 Q = 2.184 x 0.572 =1.249 m3 / seg En la figura correspondiente a la corrección para descarga sumergida para valores de garganta iguales o superiores a 30.5 cm vemos el valor de Qe =0.017 multiplicamos este valor por el factor correspondiente y tenemos Qe = 0.017 x 2.4 = 0.041 aplicamos la fórmula de caudal sumergido Qs = Q – Qe y tenemos que Qs = 1.249 – 0.041 = 1.20 m3/seg 169 Víctor Hugo Cadena Navarro 17� Hablemos de riego 171 Víctor Hugo Cadena Navarro 172 Hablemos de riego 6. SISTEMAS DE RIEGO Se dice que los sistemas de riego son infraestructuras hidráulicas que permiten proveer de la cantidad de agua necesaria a una determinada área de cultivo. Se dice también que es la manera de aplicar el agua a las parcelas. Otro concepto es que sistema de riego es el conjunto de estructuras que permiten que una determinada área sea cultivada con la entrega del agua necesaria al cultivo. Diremos que los sistemas o métodos de riego son procedimientos agronómicos creados para conseguir la máxima eficiencia y economía en la entrega del agua a los cultivos. La forma o la técnica a través de la cual se aplica el agua de riego a los cultivos influyen en forma decisiva en sus rendimientos. Hemos visto con anterioridad que el rendimiento que tengamos de la siembra de un cultivo depende del suelo, la planta, el agua y el clima; la correcta relación que sepamos darles a estos cuatro elementos nos garantizará una buena cosecha Para ello lo revisado en capítulos anteriores, permite conocer el cálculo de los requerimientos hídricos de los cultivos, de la lámina neta o volumen de agua que debemos poner en la planta, de la lámina total o volumen de agua que debemos poner en el riego para satisfacer este requerimiento. Del valor de la lámina total se desprende que una mayor eficiencia en la aplicación del agua al suelo nos produce un ahorro de agua y eso sólo podemos lograr con el buen empleo de un sistema de riego. El manejo eficiente del agua de riego, está determinado básicamente por la distribución y aplicación del agua a la parcela; lo importante es que se tenga un buen diseño del método de riego y una adecuada administración del mismo. Si vamos a ver los métodos de riego más utilizados esto es por gravedad, por aspersión y por goteo; lo primero que debemos es saber elegir el sistema de riego que vamos a emplear en base al conocimiento que tengamos de las ventajas y desventajas de estos métodos relacionándoles con las condiciones locales o específicas, es decir que no existen métodos de riego mejores o peores sino que cada uno puede ser o no el más conveniente para la zona donde estemos trabajando, en muchos casos veremos que no existe una única solución, por lo que se hace necesario observar el resultado que estos han tenido en las condiciones locales y luego hacer la elección. En la práctica para determinar qué sistema de riego nos conviene implantar en el lugar que estamos trabajando, debemos partir del análisis de los siguientes elementos; • • • • • • Suelo : textura y pendiente Agua : disponibilidad y calidad Clima : vientos y temperatura Cultivo : forma de siembra y naturaleza Hombre : mano de obra y experiencia con el riego Finanzas : costos y beneficios Además podemos considerar, el efecto en el medio ambiente Se les ha clasificado a los sistemas de riego bajo tres aspectos: 173 Víctor Hugo Cadena Navarro 1.- Por la energía de impulsión: En riego por gravedad y riego por bombeo 2.- Por el sistema de aplicación.- En riego por: • • • • Aspersión Micro aspersión Goteo Mecanizado 3.- Por los sistemas de control: Pueden ser manual o automático 6.1 Riego por gravedad Es el más antiguo y el más extensivo a nivel mundial de los métodos de riego, en donde el agua fluye por su propio peso y se distribuye en la superficie cultivada Al distribuirse en el suelo agrícola, vemos la necesidad de que este se encuentre bien preparado y nivelado, para que el movimiento del agua no tenga obstáculos y pueda ser regular Todo riego por gravedad, nos dice Olarte (1987) cumple con los siguientes enunciados: • El agua debe ingresar por el punto más alto, con el fin de regar la mayor superficie • Del caudal que ingresa al suelo, una parte se infiltra y el resto fluye en dirección de la pendiente dominante • El caudal que fluye disminuye constantemente • La disminución del caudal depende de la velocidad de infiltración En este sistema entonces, el agua se mueve en favor de la pendiente impulsada por la diferencia de nivel existente en el terreno; el caudal del riego va disminuyendo a lo largo del recorrido debido a la infiltración del agua en el suelo; produciéndose escurrimientos al final de los surcos, cuya magnitud dependerá del equilibrio que podamos tener entre el avance del agua por la superficie del suelo y la infiltración de la misma a lo largo del surco Existen dos tipos de riego por gravedad: • A manta, llamado así, por que da la impresión de que el terreno es cobijado por el agua (el agua moja toda la superficie del suelo); en él se admiten dos modalidades: a.- Riego por escurrimiento o por tablares, en donde las unidades de riego llamadas canteros, tablares melgas o fajas tienen una ligera pendiente longitudinal que facilita el avance del agua y la parte inferior de los canteros puede estar abierta o cerrada mediante un caballón, al estar abierta el agua sobrante va a un desagüe o puede ser almacenada para volver a utilizarse y, b.- Riego por inundación o compartimentos o estanques, donde los compartimentos, generalmente de forma rectangular o cuadrada, están bordeados de un dique o caballón que impide la salida del agua. La nivelación se hace con pendiente cero; un caso especial de este riego es el riego del arroz, en donde los caballones siguen las curvas de nivel y el agua se mantiene sobre la superficie durante buen tiempo del ciclo vegetativo. • Por surcos, que podrían considerarse como fajas de mínima anchura 174 Hablemos de riego En este caso también es necesario determinar el método más conveniente de riego en base a las ventajas y limitaciones que tiene cada uno de ellos, las mismas que están en función del análisis que se haga de los siguientes factores : • • • • • • Pendiente Tipo de cultivo Disponibilidad de agua Nivel de tecnología Experiencia en el riego Mano de obra La FAO nos da en el siguiente cuadro una guía para la aplicación del método por gravedad conveniente �uadro �o� 7� Elección de los métodos de riego, basada en la dotación neta de riego (valores aproximados) Tipo de Suelo Arenoso Profundidad Radicular Reducida Media Profunda Limoso Reducida Media 30 – 40 40 – 50 Profunda 50 – 60 Reducida 40 – 50 Media Profunda 50 - 60 60 - 70 Arcilloso Dotación neta De riego (mm) 20 – 30 30 – 40 40 – 50 Método de riego Surcos cortos Surcos medios, tablares cortos Surcos largos, tablares medios, compartimentos pequeños Surcos medios, tablares cortos Surcos largos, tablares medios, compartimentos pequeños Tablares largos, compartim. medios Surcos largos, tablares medios, compartimentos pequeños Tablares largos, compartim. Medios Compartimientos grandes Siendo según la misma fuente; cultivos de raíces poco profundas las que tienen de 30 a 60 cm. de profundidad media de 50 a 100 cm. y de raíces profundas de 90 a 150 cm. Podemos afirmar que el riego por gravedad es conveniente aplicarlo en suelos con pendientes ligeras y uniformes, en suelos con velocidad de infiltración media a baja y cuando tenemos un suministro alto de agua 175 Víctor Hugo Cadena Navarro Fig.No.49. Riego por inundación �ig��o��� Riego por surcos 6.1.1. Riego por surcos El riego por surcos es tan antiguo como la agricultura misma y en él el agua corre a lo largo de zanjas o surcos paralelos entre las hileras de los cultivos aprovechando la fuerza de la gravedad, es decir que en este método de riego el agua se desliza siguiendo la pendiente sin requerir de energía extra para su movimiento. Este riego puede ser ocasional o suplementario cuando se lo hace en la estación lluviosa y esta no cubre las necesidades del cultivo; puede ser permanente cuando se realiza en época de verano. a. Ventajas • El follaje no es humedecido con lo que se evita enfermedades foliares • Las pulverizaciones al follaje no son lavadas y en consecuencia se hacen en cualquier tiempo, independientemente de si se esté o no regando 176 Hablemos de riego • • • • • • Pueden efectuarse el día o la noche indistintamente sin importar el viento Bajo costo de la instalación, ya que no precisa aporte de energía Tampoco tiene necesidad de equipos especiales Gran poder de lavado de sales Se puede lograr un buen control sobre el agua de riego Volumen grande de suelo mojado a disposición de las raíces b. Desventajas • Desperdicio de un considerable volumen de agua • Se requiere de un previo nivelado del suelo • No puede aplicarse en terrenos completamente planos, ni con pendientes muy pronunciadas • No es aconsejable en terrenos con alta velocidad de infiltración • Exige mayor preparación del suelo, con mayor costo de mano de obra • Necesita grandes volúmenes de agua • No se puede aplicar pequeñas cantidades de agua, que son necesarias en ocasiones como la germinación • No se puede aplicar con el riego fertilizantes • Provoca pérdidas de fertilidad en el suelo • Puede dificultar el trabajo con maquinaria c. Pendiente de los surcos Para planificar el riego por surcos, se debe iniciar por conocer la topografía del terreno, tener el plano topográfico que nos permitirá realizar la nivelación necesaria para conseguir que el agua fluya sin contratiempos. Debemos tener presente que la Ley de Aguas establece el 20% de pendiente del terreno como límite de la tierra regable. Aunque posteriormente el ex INERHI, (Instituto Ecuatoriano de Recursos Hidráulicos),Institución encargada del la administración del recurso hídrico hasta 1994; reglamentó las clases de pendiente y señaló los siguientes rangos: 0 – 4 plano o casi plano (pl) 4 – 8 suavemente inclinada (si) 8 – 16 inclinada (i) 16 – 30 moderadamente escarpada (me) > 30 escarpada (e) Determinando que se puede regar hasta en suelos moderadamente escarpados, con lo que se asume el 30% de pendiente como límite entre las tierras regables y no regables Pero en la práctica en la sierra, además de encontrar terrenos cultivados sobre esa pendiente no encontramos apreciables áreas con una topografía uniforme por lo que se hace necesario dividir al terreno de acuerdo a pendientes iguales; para luego subdividir el área a regar en unidades de tamaño apropiado, aplicando tiempos de riego acordes con el tipo de suelo y la profundidad radicular y regulando el caudal a aplicar de acuerdo con la pendiente del suelo y el tipo de cultivo. Estas unidades toman el nombre de unidad de riego que es el número de surcos que se abastecen desde una toma y que se riegan de una sola vez 177 Víctor Hugo Cadena Navarro Una vez ubicada la pendiente general del terreno en el que vamos a trabajar y realizadas las zonificaciones; vemos la pendiente conveniente para el surco; teniendo presente que esta debe estar entre 0.3 y 2.0% y que los surcos pueden orientarse en la dirección de la pendiente principal o a través de la pendiente con un desnivel predeterminado; sabiendo que lo más simple es emplear la pendiente existente ya que esto evita movimientos de tierra que además de ser costosos puede dejar sin capa arable al suelo Pero también la zona de trabajo nos dará la pendiente del surco; cuando el suministro del agua al cultivo no es únicamente por el riego sino también por la lluvia, es necesario que las pendientes de los surcos sean lo suficientemente bajas como para que la erosión causada por la lluvia sea mínima; generalmente las pendientes de los surcos en estas condiciones son máximo del 1% En regiones secas donde la erosión por la precipitación no es problema, se puede utilizar pendientes de hasta el 2% si se emplean caudales pequeños con un conveniente control del agua. En áreas donde tenemos una elevada precipitación las pendientes se deben limitar a un 0.5% o menos con el fin de evitar el peligro erosivo que puede provocar el agua en los surcos. Pero en regiones húmedas es conveniente darle mayor pendiente al surco con el fin de facilitar el drenaje, de la misma manera que es conveniente tener surcos con pendiente entre 1.5 y 2% cuando se siembra en una temporada lluviosa cultivos susceptibles a la pudrición radicular por el exceso de humedad Sin embargo la mejor pendiente lo determina la textura del suelo, donde los arcillosos tendrán mayor pendiente Lo que sabemos es que el surco ideal debe tener una pendiente uniforme, especialmente si esta es pequeña, pero una pendiente variable es permisible y a veces incluso deseable para aquellos planificadores ( Ing. Israel Seginer ) que usan pendientes mayores al comienzo del surco y menores o planos al final del mismo. Fig.No.51 Pendiente de los surcos Partiendo de que la pendiente, en porcentaje, es igual a la diferencia de alturas entre dos puntos extremos dividido para la longitud de esos puntos, veremos que el terreno tiene dos tipos de pendientes, longitudinal y transversal, de acuerdo a las dos medidas existentes; su cálculo se refiere a lo siguiente: Sn-s = ( P-P1)100 / D Se-w = ( P-P1)100 / D 178 Hablemos de riego Dónde: S = pendiente de los surcos en porcentaje Sn-s = pendiente norte-sur P = cota del punto más alto en metros P1 = cota del punto más bajo en metros D = distancia horizontal entre los puntos en metros Vemos en qué dirección tenemos la mayor pendiente; si longitudinal o transversal de nuestro terreno Si no tenemos las alturas de los puntos extremos, podemos aplicar la medida de distancias horizontales y verticales en terrenos con pendiente, método que con la utilización de una piola que nos sirve para unir los puntos de observación, dos estacas preferiblemente iguales, una regla o un flexómetro, una plomada, un nivel de carpintero y un listón de longitud conocida; consiste en: • Colocar las estacas A y B en el terreno de manera que sobresalgan del suelo una longitud preferiblemente igual (pueden estar previamente señaladas) • El punto cero del listón se sitúa sobre la estaca A. Sobre el listón se coloca un nivel de carpintero: se mueve el otro extremo del listón hacia arriba y hacia abajo hasta que la burbuja del nivel se sitúe entre las dos marcas, el listón estará entonces horizontal • Se coloca la plomada sobre el centro de la estaca B y se lee la distancia horizontal sobre el listón • Manteniendo el listón en posición horizontal, se mide la distancia vertical entre las estacas A y B con el flexómetro a lo largo del hilo de la plomada, desde la parte superior de la estaca B hasta la base del listón • Se repiten los pasos cuantas veces sean necesarios y vemos que la distancia total horizontal o vertical entre las estacas A y B es la suma de las distancias horizontales y verticales entre todas las estacas intermedias • Aplicamos la fórmula y tenemos la pendiente del terreno requerido En un trabajo de campo se pidió calcular la pendiente existente entre dos puntos determinados utilizando el método descrito; obteniendo el siguiente resultado : c��3��� �� 2��� 3��7 2��� 1��3 2��� ��� 2��� 22 13�� 13�� 2��� 2��� 179 1�7� Víctor Hugo Cadena Navarro S= S= Diferencia de Altura Distancia entre Puntos 1.47m 16.15 x 100 = 9.0% Este procedimiento como se señaló, se aplicará tanto en el cálculo de la pendiente longitudinal como de la transversal Una vez definida la pendiente de los surcos, el siguiente paso será el d. Trazado de surcos Tiene relación con la topografía y la textura del suelo En campos con pendientes pronunciadas donde la erosión puede llegar a convertirse en un problema; los surcos se trazan en forma transversal a la pendiente, con un desnivel predeterminado y no erosivo o en curvas de nivel. Cuando los surcos están a nivel es decir sin pendiente, estos son de mayor tamaño y son cerrados en uno de sus extremos, estos surcos se llenan rápidamente y el agua permanece estancada hasta que comienza a infiltrarse hacia las raíces; este tipo de surcos es apropiado para cuando tenemos suelos arcillosos En suelos arcillosos con fuertes pendientes donde se puede tener una escorrentía excesiva, se puede utilizar el trazado en serpentín o la siembra de especies en el surco capaz que regulen la velocidad del caudal Para regar en suelos de textura gruesa o arenosos se requiere surcos cortos, tiempos cortos de aplicación, láminas de aplicación pequeñas y una pequeña separación entre las hileras Los surcos se pueden trazar a manera de guías cada cierta distancia, dependiendo de la longitud total, valiéndonos de un aparato muy fácil de construir en el campo, el nivel en “A” que consiste en: con la utilización de tres palos rectos, dos de ellos de poco más de 2 metros de largo y el otro más de 1m. se forma una “A”; se mide 2 m. desde el extremo de cada palo y se les une dejándoles separados en el otro extremo 2 m. El palo más pequeño se le coloca horizontalmente a 1 m. de los extremos y desde la punta del triángulo se cuelga una piedra, a manera de plomada, de tal manera que esta quede un poco más abajo del palo horizontal. 1�� Hablemos de riego Fig.No.52 Trazado de surcos con el nivel en A Para señalar el cero o punto de nivel en el palo horizontal, se coloca las patas A y B en desnivel y se señala en el palo horizontal el punto donde cruza la piola; se invierte la ubicación de las patas ( B y A) y se señala el punto de cruce de la piola con el palo horizontal; de esta manera el palo horizontal tendrá 2 señales y en la mitad exacta de éstas se marca el punto de nivel. Para darle pendiente al surco hacemos que el cruce de la piola con el palo horizontal se desplace en la dirección que va la pendiente a la distancia requerida (1 cm = 0.5%) con el movimiento de la pata delantera. A partir de cada surco guía, se van formando surcos equidistantes; el limitante principal que tiene este procedimiento es que el número de mediciones es elevado ya que se debe hacer cada dos metros; ante lo cual tenemos otra alternativa, el empleo del nivel utilizado en la albañilería y que consiste en tener dos listones debidamente graduados de dos metros de longitud y una manguera flexible transparente de catorce metros que va fijada a los listones, permitiendo en consecuencia poder separar a los listones diez metros. Se llena la manguera con el agua de riego hasta que el nivel quede a un metro de altura en los dos listones, se fija el primer punto y con el segundo listón a diez metros de longitud se va buscando la diferencia de altura entre las dos medidas hasta conseguir que la posición del segundo punto este a la pendiente determinada; sabiendo que una diferencia de 10 cm entre las dos lecturas corresponde al 1% de pendiente. Fig.No.53 Trazado de surcos con la utilización de manguera 181 Víctor Hugo Cadena Navarro La eficiencia en el riego por surcos, está directamente relacionada con la pendiente del surco, así por ejemplo, para suelos de textura media, según el Departamento de Agricultura de los EE UU se tiene: Pendiente % 00 – 0,5 0,5 – 1,0 1,0 – 2,0 Eficiencia % 70 65 55 Es decir menores pendientes dan una mayor eficiencia y viceversa e. Forma de los surcos Depende de la textura del suelo y del caudal a emplearse Pueden ser triangulares, rectangulares o parabólicos. En suelos arenosos, donde el agua se desplaza con mayor rapidez en forma vertical que lateral los surcos deben ser estrechos y profundos es decir triangulares En suelos arcillosos, en cambio, el movimiento del agua es más lateral que vertical, los surcos deberán ser anchos y poco profundos, es decir rectangulares Se utilizan también surcos parabólicos para suelos francos, cuando el implemento empleado tiene esa forma. En todo caso la profundidad del surco debe ser menor a 20 - 25cm. para evitar la pérdida de fertilidad. Una vez trazado el surco, se deberá tener presente que el agua modifica su forma, a medida que circula puede formar un surco más estrecho con pendiente fuerte o uno más ancho con pendiente suave; es decir la forma puede cambiar con el primer riego cuando se tiene tierra suelta, que produce movimientos de material, sedimentación y erosión, hasta tomar una forma definitiva f. Separación de los surcos Dependerá del suelo, del cultivo y de la maquinaria que se vaya a emplear La separación de los surcos está relacionado con la infiltración bidimensional, vertical y lateral, que se produce dentro del suelo y que aporta la humedad a la zona de raíces desde ambos lados, siendo recomendable que se unan las zonas mojadas; es decir hay que procurar que el desplazamiento del agua entre dos surcos consecutivos moje la totalidad del suelo ocupado por las raíces, lo cual dependerá de la textura del suelo 1�2 Hablemos de riego Fig.No.54 Forma de la zona humedecida de acuerdo a la textura del suelo �nfiltraci�n de agua a partir de un surco de riego en dos suelos de di�erente te�tura �oon� �ehrson� ���� ��ocado irrigation� �ali�ornia ��pt� �ta �es�et� �� Como regla general vemos que en suelos arenosos el desplazamiento lateral del agua es pequeño (30 cm.) por lo que la separación no será mayor a 50 cm. En suelos arcillosos este desplazamiento puede llegar a 70 cm. permitiendo surcos de hasta 1.50 mt. lo que facilita la plantación de dos hileras en el lomo. Es por eso que el agricultor sabe aprovechar el movimiento lateral del agua para disminuir el número de surcos, por ejemplo para el cultivo del fréjol, cuando tienen un suelo franco hacen surcos con una separación de 40 cm y con una distancia entre plantas de 25 x 25 cm. En suelos arcillosos los surcos están cada 70 cm. y se pone la semilla cada 30 cm en ambos lados del surco con lo que consiguen casi una misma cantidad de plantas con menor mano de obra y una mejor administración del riego. A continuación señalamos algunas distancias empleadas entre surcos Cuadro No.71 Distancias entre surcos, para algunos cultivos de la región Andina Cultivo Alfalfa Maíz Cebolla en rama Col Coliflor Zanahoria Distancia en cm 40 – 45 80 – 90 60 50 – 70 40 – 60 45 Cultivo Distancia en cm Papa Arveja Fréjol Oca Melloco 100 – 120 60 60 100 100 (IEDECA: Plan de manejo para los páramos de El Hato ,1995) El espaciamiento entre surcos, en Chile, se estima mediante la siguiente expresión: E = Pr x Cs 183 Víctor Hugo Cadena Navarro Dónde: E = Pr = Cs = Cs = Cs = Cs = espaciamiento de los surcos, en m profundidad radicular del cultivo, en m factor que depende del tipo de suelo: 2.5 para suelos arcillosos 1.5 para suelos francos 0.52 para suelos arenosos Fig.No.55 Separación de los surcos a. Suelos arenosos b. Suelos arcillosos g. Técnicas de plantación La forma de siembra en el riego por surcos no es fija, dependerá de las circunstancias del medio, así por ejemplo en zonas con fuertes precipitaciones, la semilla o las plantas deben situarse en la parte alta del lomo. Si el agua escasea estas pueden estar en el propio surco .Como las sales tienden a acumularse en los puntos más altos, un cultivo en suelos salinos normalmente se planta en dos hileras a los lados del lomo. En países con inviernos marcados las semillas se plantarán en el lado soleado del lomo y en verano en la zona sombreada. h. Humedecimiento de los surcos Como se ha señalado, el movimiento del agua en el surco es en sentido vertical y lateral, lo que permite tener una superficie húmeda; la misma que debe sobreponerse con las superficies húmedas de los surcos contiguos para que se produzca el movimiento de capilaridad y se moje el lomo ya que en él se encuentra la zona radicular del cultivo en la primera fase del ciclo vegetativo. Si esto no se produce y el humedecimiento es incorrecto puede deberse a: • condiciones naturales poco favorables por ejemplo diferentes tipos de suelos, pendiente irregular o la presencia de capas compactas • una excesiva separación entre los surcos • un suministro demasiado grande o demasiado pequeño del caudal lo que provocará la erosión de los lomos o el insuficiente mojado de estos, o • que se está trabajando con una pendiente muy pronunciada o irregular 184 Hablemos de riego Fig.No.56 El humedecimiento del surco a. correcto b. incorrecto La eficiencia de este sistema de riego depende de: el caudal y el tiempo de riego; si el caudal es muy pequeño, el tiempo de infiltración al inicio del surco es muy grande y el agua avanza muy lentamente; si el caudal es muy grande además del peligro de erosión tendremos una importante pérdida de agua por escurrimiento, sin importar que la separación entre los surcos sea la correcta Fig No.57 Empleo indebido del caudal en el surco a. poco caudal b. . excesivo caudal El riego se realiza utilizando dos tipos de caudales, en dos operaciones distintas: la primera el mojado del surco y luego el riego propiamente dicho. El mojado se hará lo más rápido que se pueda, para que la diferencia de agua infiltrada en los extremos del surco sea la menor posible, para lo cual se emplea el mayor caudal no erosivo; caudal que se le conoce como caudal de avance. Cuando el agua llega al final del surco empieza el riego propiamente dicho, haciendo modificaciones del caudal de acuerdo con la velocidad de infiltración del agua en el suelo; este caudal es el caudal de saturación, el mismo que se mantendrá hasta que se complete el tiempo de riego (Existen autores que señalan que el caudal de avance con el máximo permisible debe cortarse cuando a mojado las tres cuartas partes del surco). Teniendo presente que la velocidad de infiltración disminuye con rapidez cuando el suelo se va saturando, vemos que en la segunda etapa el agua corre más en los primeros tramos y se infiltra más en los últimos. La uniformidad del riego que tenga el surco dependerá del tiempo de contacto del agua con los distintos puntos del surco, el que a su vez será mayor cuanto más rápido sea el caudal de avance. 185 Víctor Hugo Cadena Navarro Resumiendo diremos que al iniciar el riego se debe aplicar la máxima cantidad de agua que pueda llevar el surco sin causar erosión o arrastre de partículas en el fondo; una vez que el agua llega al final del surco se debe reducir el caudal; con lo que disminuyen las pérdidas por escurrimiento y percolación. Este caudal reducido o de saturación se mantiene hasta completar el tiempo calculado que es el necesario para que el agua ocupe la zona de raíces del cultivo. i. Caudal máximo no erosivo El volumen de agua aplicado al surco deberá ser tal que no cauce problemas de erosión al suelo, no destruya la forma del surco, no ocasione daños a las plantas. Su valor varía de acuerdo a la textura del suelo que tenemos en nuestra parcela La fórmula empleada para su cálculo es la propuesta por Marr: Q max = 0.625 en ltr/seg/surco o su equivalente S Q max = 2.25 S en m3/hora/surco Dónde: Qmax = flujo máximo no erosivo por surco S = pendiente del surco % Adicionalmente se dice que : Para suelos arenosos Q max = 0.57 S en ltr/seg/surco Para suelos arcillosos Q max = 0.96 S en ltr/seg/surco Ejemplo: Con una pendiente de 0.5% en el surco, el caudal máximo no erosivo para suelos francos es: 2.25 / 0.5 = 4.5 m3/hora ó 0.625 / 0.5 = 1.25 litros / segundo j. Longitud de los surcos En surcos largos el riego resulta más económico, mientras que en surcos cortos se consigue una mayor eficiencia de riego; por lo que se aconseja hacer los surcos tan largos como sea posible a condición de que no se produzca erosión y tengamos una eficiencia de riego razonable Este valor está en función de la pendiente (mientras más alta la pendiente del suelo los surcos deben ser más cortos) del caudal máximo permisible(mientras más alta la pendiente, menor caudal empleado), de la textura del suelo( en suelos arenosos los surcos son más cortos que en suelos arcillosos) y de la lámina de riego empleada (mientras mayor sea la lámina más los surcos son más largos) Estos 186 Hablemos de riego datos vemos en el cuadro No. 72 “declive del surco y flujo máximo” que a continuación se presenta y que nos ayuda a obtener la extensión máxima permisible del surco en metros. �uadro �ro� 72 Declive del surco y flujo máximo Q-max Màximo Declive permisibl del e de Surco fluno no% erosivo m3/hora Relación entre diversos suelos, declives, y profundidad de aplicación con irrigación por surco. Textura Liviano de Medio Irrigación 50 Suelo 100 150 200 50 100 Pesado Requerida 150 200 50 100 150 200 Extensión Máxima permisible - metros 0,25 9,0 150 220 270 300 250 350 450 500 320 450 530 650 0,50 4,5 105 150 180 200 170 250 300 350 220 300 400 450 0,75 3,0 80 120 150 170 140 200 240 280 175 250 300 350 1,00 2,2 70 100 120 150 120 170 200 230 150 230 260 300 1,50 1,5 60 80 100 120 100 130 160 200 120 175 220 250 2,00 1,1 50 70 85 80 110 140 160 100 150 180 200 100 Surface Irrigation Methods por J.T.Phelan y W.D.Criddlo - U.S.D.A, Yearbook of Agriculture, Por ejemplo, si tenemos un suelo de textura media con una pendiente del surco igual a 0.5%, y una lámina de riego de 100 mm; uniendo estos tres datos en la tabla vemos que la longitud máxima del surco será de 250 metros. Sin querer decir que debamos trabajar con esta longitud, ya que podemos escoger longitudes menores de acuerdo a nuestro diseño Es importante tener esta referencia, ya que si los surcos son más largos en relación a la textura del suelo y pendiente; entrará más agua en el inicio del surco que en la parte final. Si se les hace muy cortos en cambio, se perderá terreno en la construcción de acequias, además de hacerle más difícil el riego. De todas maneras debemos tener presente que el largo de los surcos estará también influenciado por el tamaño y forma de la parcela a regar. 187 Víctor Hugo Cadena Navarro k. Tiempo de riego Para elegir el tiempo adecuado de riego, se utiliza la regla práctica llamada de la cuarta parte, esta regla dice que el caudal (de avance) debe ser lo bastante grande como para que el agua llegue al extremo de la parcela ( riego por surcos ) o para que el agua cubra toda la parcela (riego por escurrimiento) en la cuarta parte del tiempo necesario para llenar la zona radicular con agua suficiente (tiempo de riego) En otras palabras el riego con el caudal de avance o caudal máximo no erosivo debe ser igual a la cuarta parte del tiempo de riego total; teniendo presente que el tiempo del riego es igual a la lámina total dividida para la velocidad de infiltración que tenga el suelo l. Derivación del agua a los surcos Existen diferentes formas de derivar el agua desde la acequia principal hasta los surcos. Las más usuales son las siguientes: • Derivación directa: en el que el agua va directamente desde la acequia de abastecimiento hasta los surcos, rompiendo el borde de la acequia e introduciendo el agua simultáneamente en un determinado número de surcos (unidad de riego) procurando repartir por igual entre cada uno de ellos. Una vez finalizado el riego de esta unidad se tapa el boquete de entrada de agua y se abre otro en la siguiente unidad Le conocemos también como entable • Derivación mediante una acequia auxiliar : Consiste el tener una zona de estancamiento que es alimentada mediante un tubo desde la acequia de abastecimiento y desde este hacia los surcos con tubería de menor diámetro • Derivación mediante sifones .- Los sifones son tubos flexibles de plástico, que se les llena completamente de agua sumergiéndolo en la acequia; luego se tapa un extremo con la mano y se pasa sobre el lomo ; al quitar la mano, el agua fluye sobre el surco. El caudal entregado dependerá del diámetro del sifón y de la carga hidrostática o diferencia entre el nivel del agua que está en la acequia y la altura a la que se encuentra el surco o salida del sifón. Podemos saber la descarga al utilizar el siguiente cuadro: Cuadro No.73 Diámetro del sifón 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Descarga de sifones Carga Hidrostática 2.5 0.03 0.13 0.30 0.53 0.83 1.19 1.62 2.12 2.67 3.30 5.0 0.05 0,19 0.43 0.75 1.17 1.68 2.29 2.99 3.78 4.67 7.5 0.06 0.23 0.52 0.92 1.43 2.06 2.80 3.66 4.63 5.72 10 0.067 0.26 0.59 1.06 1.65 2.38 3.24 4.23 5.35 6.60 188 12.5 0.07 0.30 0.66 1.18 1.85 2.76 3.62 4.72 5.98 7.38 15 0.08 0.32 0.73 1.29 2.02 2.91 3.96 5.18 6.55 8.09 17.5 0.09 0.35 0.79 1.40 2.28 3.24 4.28 5.59 7.07 8.73 20 0.09 0.37 0.84 1.49 2.33 3.36 4.58 5.98 7.56 9.34 cm l/s l/s l/s l/s l/s l/s l/s l/s l/s l/s Hablemos de riego • Derivación mediante tuberías portátiles : consiste en tener tuberías de aluminio, PVC o polietileno provistas de salidas u orificios de un determinado diámetro, de acuerdo al caudal que se necesite y con una separación que coinciden con la separación de los surcos. m. Calculo de la infiltración La infiltración existente en los surcos nos sirve para darnos cuenta si los caudales, el de humedecimiento y el de saturación, aplicados al surco y la longitud de este son los correctos. El flujo de humedecimiento se refiere al tiempo que se demora el caudal puesto en un surco en llegar al final del mismo. El flujo de saturación en cambio tiene que ver con el tiempo que se demore el caudal en infiltrarse en el suelo. Su estudio nos da como resultado la elaboración de dos curvas siguiendo este procedimiento: • Se seleccionan varios surcos de similares características y longitudes próximas a las que suponemos óptimas • Se colocan estacas cada cierta distancia, dependiendo del largo del surco 189 Víctor Hugo Cadena Navarro • Se envía por cada surco un caudal diferente hasta el límite del “máximo caudal no erosivo” desechando aquellos que nos den una pérdida excesiva por escorrentía al final del surco • Se anota el tiempo que tarda el agua en alcanzar cada estaca, hasta que esta llega al final del surco ( curva No 1 ) • Una vez cortado el flujo se anota el tiempo en que el agua va desapareciendo en cada estaca ( curva No 2 ) Se representan las curvas correspondientes a las dos mediciones. Si las dos líneas son sensiblemente paralelas (o con una diferencia máxima del 25% del tiempo total del riego) significa que el caudal y la longitud del surco empleado son correctos ya que el agua permanece sobre todos los puntos del surco el mismo tiempo y puede asumirse que el agua penetró a la misma profundidad. Si el humedecimiento (avance) es más lento que la saturación (infiltración), la profundidad de la zona mojada en el comienzo del surco será mayor que al final del mismo por lo que será necesario aumentar el caudal por surco si no produce erosión o disminuir la longitud del surco. Si estas curvas no son uniformes es porque el trazado del surco está mal realizado Curvas de avance y saturación Tiempo Fig.No.58 curva de saturación Fase de receso Fase de agotamiento Tiempo de corte Fase de almacenamiento Fase de avance curva de avance Longitud Para el cálculo de la lámina infiltrada en un surco, mediante la utilización de medidores de caudal hacemos lo siguiente: luego de tener las dimensiones del surco, se seleccionan tres surcos representativos de los cuales el surco intermedio servirá para la prueba de infiltración ya que los situados en los extremos evitarán la filtración lateral. Se instalan medidores a la entrada y salida del surco y se determina el caudal en el momento en que se tenga una lámina constante cada 5,10,15 y 30 minutos. Se calcula la lámina infiltrada considerando la diferencia entre el caudal de entrada y de salida de acuerdo a los siguientes pasos: Transformamos las lecturas de caudales a volumen.- Por ejemplo si la diferencia de caudal es de 0.5 l/s en un intervalo de 3 minutos, tendremos 0.5 l/s x 3 min x 60 seg = 90 litros = 0.09 m3 Si asumimos que la longitud del surco es de 20m y la separación de 0.60m, el área será de 12 m2 Luego aplicamos la fórmula Lámina (mm) = V/S = 0.09 m3 / 12m2 Lámina infiltrada = 7.50 mm 1�� =0.0075m Hablemos de riego n. Cálculos y diseño del sistema Ejemplo: Calcule el caudal necesario para regar por surcos el cultivo de patata, que va a sembrarse en una superficie de 8 hectáreas (400 x 200) con las siguientes características: Suelo franco arenoso Cc = 16% Pm = 8% da = 1.5 S = 1.0% separación entre surcos = 1 m profundidad radicular = 1m ET diaria = 5.75 mm Eficiencia del riego = 70% velocidad de infiltración = 20 mm/h Solución 1.- Reserva de agua disponible ( Cc – Pm ) da x pr ( 0.16 – 0.08 ) 1.5 x 1 = 0.12 m = 120 mm 2.- Lámina neta Reserva disponible x factor de agotamiento 120 x 0.40 = 48 mm 3.- Lámina total Lámina neta / Eficiencia de riego 48 / 0.7 = 68.57 mm 4.- Frecuencia de riego Lámina neta / ET diaria 68.57 / 5.75 = 8.34 � 8 días 5.- Tiempo de riego Lámina total / Velocidad de infiltración 68.57 mm / 20 mm/h = 3.43 horas 6.- Número de surcos Área total / área que moja cada surco Longitud máxima del surco = 150m se trabajará con surcos de 98 m 98 x 1 = 98 m2 200 78.400 / 98 = 800 surcos El diseño escogido para el problema es el establecimiento de dos tablas con surcos de 98 m de largo y 1m de separación; dejando entre las tablas un camino de 4m. Teniendo en consecuencia una superficie regada de 78400 m2 o su equivalente de 7.84 has 7.- Caudal de avance Q max = 0.625 / 1 = 0.625 litro/seg 8.- Caudal del surco y caudal de saturación 68.57 mm = 685.70 m3 / ha x 7.8 has = 5348.46 m3 5348.46 / 800 surcos = 6.68 m3 / surco 191 400 Víctor Hugo Cadena Navarro 6680 litros / 12348 seg = 0.54 litros/seg caudal de saturación 9.- Ajuste de tiempo Con la regla tenemos 12348 / 4 = 3.087 seg x 0.625 lt/seg = 1929.38 litros 6.680 lt – 1.929.38 lt = 4.750.62 lt 3087 seg = 0.86 horas 4.750.62 lt / 0.54 lt/seg = 8.797.44 seg = 2.44 horas Tiempo total de riego = 2.44 + 0.86 = 3.30 horas 10.-Caudal necesario de riego Número de surcos / Frecuencia 800 surcos / 8 días = 100 surcos por día 6.680 lt x 100 surcos = 668.000 lt 3.30 horas x 2 veces al día = 6.60 horas de riego por día 668.000 lt / 6.6 horas = 101.212.12 lt/h / 3600 = 28.11 lts/seg que se necesitarían en forma permanente para regar los 800 surcos en los 8 días 6.1.2. Riego por melgas o tablares Este método de riego consiste en dividir el terreno en parcelas rectangulares estrechas con pendiente, estas parcelas llamadas melgas, fajas, tablares o canteros, están separadas unas de otras mediante diques o caballones dispuestos longitudinalmente; teniendo en la cabecera un canal o una acequia que le provee el agua de riego y en su parte extrema inferior un canal de desagüe Se basa en hacer pasar por la superficie de la melga un volumen de agua superior a la velocidad de infiltración del suelo por el tiempo que sea necesario hasta alcanzar la lámina de riego deseada Fig.No.59 Esquema operacional del riego por melgas El agua se toma de la acequia que está en la parte superior de la melga y fluye pendiente abajo como lámina. El caudal aplicado debe ser tal que se distribuya en un tiempo igual al que necesita el suelo para que se infiltre la lámina que requiere. Una vez entregado el volumen de agua requerido se corta la entrada del caudal El agua en este sistema no permanece estancada y es deseable que el tiempo que el agua tarde en llegar a la parte inferior de la melga no sea mayor al 25% del tiempo total del riego. 1�2 Hablemos de riego Figura No.60 Esquema que muestra el proceso de avance superficial del agua y la infiltración Este método de riego se utiliza, sobre todo, en cultivos extensivo tales como alfalfa, pastos y cereales. En nuestro medio es muy utilizado en las haciendas ganaderas donde la producción de pasto o alfalfa y el posterior pisoteo del ganado impiden la formación de surcos a. Ventajas • • • • • • Se requiere poca mano de obra Se puede utilizar caudales grandes, lo que permite un menor tiempo de riego Bajo costo Se puede obtener una buena eficiencia de aplicación Se pueden construir las melgas con dimensiones adecuadas para una eficiente operación de la maquinaria Se consigue un buen lavado de las sales b. Desventajas • • • • • Se requiere una precisa nivelación de los suelos La pendiente en el sentido del fluido del flujo debe ser mayor a 0.2% pero no debe superar el 4% Se requieren caudales relativamente altos, del orden de 2 a 6 l/s/m Son afectados los cultivos sensibles al déficit de aireación Hay dificultad en las labores del cultivo y de la cosecha c. Suelos Los suelos más adecuados son los de textura media con buena infiltración; en suelos de textura con baja infiltración, en los arcillosos, el agua debe distribuirse con lentitud para facilitar la penetración del agua hasta la profundidad de las raíces, es decir se requerirá de un mayor tiempo y será conveniente contar con melgas más largas para evitar la escorrentía excesiva; mientras que en los suelos arenosos la distribución del agua a de ser rápida para evitar la pérdida de agua por percolación profunda en la parte superior de la melga a menos que estas sean cortas o utilicen riego por pulsaciones 193 Víctor Hugo Cadena Navarro Este método de riego no se adapta fácilmente a terrenos pequeños o de forma irregular d. Dimensiones El ancho y la longitud de la melga deben seleccionarse de manera que se pueda operar eficientemente con maquinaria. En la práctica se aconseja una relación de 1:20 entre el ancho y el largo; siendo las dimensiones más comunes entre 6 a 15 m de ancho por 120 a 300 m de largo con la finalidad de facilitar el laboreo mecanizado Es recomendable que el ancho de la melga coincida con un número entero de veces de la maquinaria a ser empleada. La relación que deberá cumplirse y que nos permite variar el ancho está dada por: Qm = L.A.I Dónde: Qm = caudal medio empleado L = longitud de la melga A = ancho de la melga I = Infiltración media durante el tiempo de riego Es deseable el trabajar con melgas lo más largas posibles, para lo cual se debe tener presente la textura del suelo la misma que nos indicará la velocidad de infiltración existente y con ello sabremos que a mayor velocidad de infiltración tendremos menor longitud. Hay autores que señalan que en un suelo arcilloso esta longitud puede ser superior a los 500 m. en suelos de textura media la longitud estará entre 80 y 200 m. y en suelos arenosos serán de hasta 80 m. Desde luego que la longitud está también relacionada con el caudal empleado y a mayor caudal tendremos una mayor longitud Los caballones o diques, se construyen en sentido perpendicular a la pendiente y han de tener una altura suficiente para contener el agua dentro de las fajas sin que se produzcan desbordamientos. Hay que tener en cuenta que luego del primer riego baja la altura de los caballones, por lo que inicialmente se prefiere una altura de 50- 60 cm. El ancho de su base dependerá de la estabilidad del suelo humedecido: en suelos arcillosos se propone de 60 a 80 cm, mientras que en arenosos puede llegar a 100-120 cm. Pueden ser permanentes o temporales y sus dimensiones se muestran a continuación: Fig.No.61 Forma y dimensiones del lomo del dique 194 Hablemos de riego El diseño de las melgas está en función de las medidas de esta, de la pendiente escogida, el caudal empleado y el tiempo que se riegue e. Pendiente Las melgas se orientan en la dirección de la pendiente máxima y es muy importante minimizar o anular la presencia de pendientes a lo ancho de la melga, igual que en los primeros metros de esta, en donde el terreno deberá quedar totalmente horizontal para luego tener una pendiente uniforme ligeramente decreciente La eliminación de la pendiente transversal es muy importante especialmente cuando se requieren caudales pequeños para suelos arcillosos El riego por melgas es más conveniente con pendientes que van del 0.2 al 0.5% sin embargo en la mayoría de los cultivos densos y con buen manejo del agua puede evitarse la erosión con pendientes de hasta el 2%; mientras que con cultivos permanentes o densos en suelos arcillosos pueden regarse en pendientes de hasta el 4%. La topografía del campo y el perfil del suelo deben ser tales que no sea necesario ni de un movimiento excesivo de tierras, ni que la nivelación cause daños en la fertilidad del suelo f. Caudal y duración del riego En este sistema de riego, un gran volumen de agua entra por el extremo superior y fluye por sobre la superficie hacia el extremo inferior hasta cuando la cantidad de agua requerida haya entrado a la melga, momento en que se suspende el suministro de agua Es muy importante que se suspenda el suministro de agua antes de que el caudal alcance el final de la melga para evitar el escurrimiento, el agua que permanece sobre la superficie en ese momento continua infiltrándose en el suelo y fluyendo hacia la parte inferior de la melga para completar el riego. Como norma práctica, para regar en tablares se combinan, mediante ensayos, el caudal y el tiempo de aplicación, de tal forma que se aplica el volumen de agua requerido, hasta que esta cubra aproximadamente las ¾ partes de la longitud de la faja y luego se deja que el agua que está sobre la superficie fluya hacia la parte inferior completando el riego. Con esta práctica se consigue una uniformidad aceptable 195 Víctor Hugo Cadena Navarro La eficiencia de aplicación en el riego por melgas depende fundamentalmente del manejo de los caudales de avance y de infiltración. Un riego bien manejado puede alcanzar eficiencias de aplicación del orden de 50 a 60%, pudiendo ser mayores según la tecnificación del sistema El caudal debe cumplir las siguientes condiciones: • • • No ser erosionable Ser suficientemente grande como para alcanzar el final de la melga en un tiempo no superior al 25% del tiempo total del riego La velocidad de avance del agua a lo largo de la melga debe ser sensiblemente igual a la velocidad con que el agua desaparece en ella una vez cortado el suministro de agua Debemos tener presente que la velocidad con que se distribuye el agua en las melgas depende de las medidas de esta, la pendiente adoptada y el caudal que estemos empleando. g. Tiempo El tiempo de riego que se debe suministrar la lámina calculada se obtiene de la curva de infiltración acumulada o aplicando la siguiente fórmula: T = Donde: T = Tiempo expresado en horas L = Lámina a aplicar, expresada en mm S = Superficie de la melga, expresada en m2 Q = Caudal expresado en l/seg �igura �o�62 Melgas en sentido de la pendiente 196 Hablemos de riego Figura No.63 Melgas en contorno 6.1.3. Riego por inundación o por pozas Para el riego por inundación, el terreno a regar se divide en compartimentos cerrados o pozas, dentro de los cuales se vierte por gravedad la cantidad de agua necesaria para obtener la lámina de riego deseada; la misma que queda estancada y va penetrando en el suelo Las características principales de este método de riego son que la parcela esta nivelada a pendiente cero y que no tiene desagüe; es decir que el avance del agua en el campo se debe exclusivamente a la velocidad de la lámina del agua La separación de los compartimentos se hace por medio de diques o caballones, que deben ser lo suficientemente altos como para contener adecuadamente el máximo nivel de agua requerida; se dice que pueden ser de unos 50 cm de alto, tratando de sobrepasar en 20 cm el nivel del agua y teniendo en cuenta la pérdida de altura luego del primer riego. El ancho de los caballones en la coronación oscila entre 40 y 50 cm. Los taludes se construyen con una inclinación de 450 o más En el riego por inundación el agua entra a la poza por uno o varios puntos de los diques hasta que se haya alcanzado el volumen total deseado. Para obtener un riego uniforme, la velocidad del flujo y las dimensiones de la poza deben permitir una cobertura rápida y uniforme del área, una vez que se haya alcanzado el volumen deseado en la poza se corta el suministro de agua Un riego eficiente requiere generalmente que el caudal sea lo suficientemente grande para que la poza sea cubierta en el 25% del tiempo requerido para que la lámina neta se infiltre en el suelo. Eficiencias de aplicación del 80% son comunes en este riego, pudiendo obtenerse eficiencias aun mayores con la construcción adecuada de la poza y el buen manejo del agua a. Ventajas • • • Se adapta bien a suelos de moderadas a bajas velocidades de infiltración Es apropiado para áreas pequeñas o de topografía irregular Es apropiado para lixiviar las sales en suelos con problemas de salinidad 197 Víctor Hugo Cadena Navarro b. Desventajas • • • • • El agua estancada por períodos largos produce una inadecuada aireación Produce lixiviación de los nutrientes del suelo Es preciso en áreas lluviosas proveer de un drenaje adecuado No puede utilizarse para la mayoría de cultivos No conviene en suelos arenosos Dentro de este sistema se presentan dos casos: • Cuando la inundación es temporal; en el que el terreno se inunda con el volumen de agua necesaria para obtener la lámina deseada, cortando el flujo a continuación. Consiguiendo que una vez que el suelo a absorbido el agua o esta se queda encharcada uno o dos días, dependiendo de la permeabilidad, el suelo quede libre de agua superficial hasta el próximo riego Se aplica en cultivos que toleran el terreno encharcado como plantas forrajeras, algodón, maíz, frutales; en suelos francos y arcillosos formando tazas o cerrando los surcos Figura No.64 Cultivo con inundación temporal • Cuando la inundación es casi permanente en el ciclo vegetativo del cultivo; este es el caso del arroz, en el que el compartimento se llena de agua hasta el nivel deseado y luego se continúa con el aporte del agua pero con un caudal menor. Este método de riego requiere de suelos con baja velocidad de infiltración El cultivo del arroz se puede efectuar por siembra directa o trasplante del semillero; en cualquier caso se aporta a la parcela una lámina de agua de aproximadamente 10 cm. que se mantiene constante hasta los 30 días de la siembra o 10 días del trasplante. Transcurrido este tiempo se desagua (se saca el agua) para que la planta desarrolle el sistema radicular y produzca nuevos brotes. Unos 30 días antes del espigado se vuelve a inundar el terreno. Entre 30 y 45 días después de la floración se seca nuevamente la parcela para permitir una buena maduración 198 Hablemos de riego Figura No.65 Cultivo con inundación permanente c. Tamaño de las pozas y tiempo de riego Depende sobre todo del caudal disponible y de la textura del suelo. Es deseable que el agua cubra la totalidad del área en un tiempo relativamente corto. En terrenos arenosos, hasta 0.5 horas; en franco arenosos, hasta 1 hora y en franco arcillosos hasta 2 horas. Teniendo en cuenta este criterio y con las pruebas en el campo, se conseguirá tener una uniformidad de riego aceptable. La FAO nos da a continuación lineamientos para la construcción de las pozas Cuadro No.74 Área de compartimentos cerrados para diferentes tipos de suelo y caudales de agua (FAO) Caudal (l/seg) 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 Suelo arenoso 0.02 has 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20 Fco. arenoso 0,06 has 0.12 0.18 0.24 0.30 0.36 0.42 0.48 0.54 0.60 Fco arcilloso 0.12 has 0.24 0.36 0.48 0.60 0.72 0.84 0.96 1.08 1.20 Arcilloso 0.2 has 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 La topografía del terreno determinará la forma de la parcela. Cuando la topografía y la profundidad del terreno permitan una nivelación adecuada se pueden formar compartimentos rectangulares o cuadrados de gran superficie; pero cuando la topografía es irregular las parcelas se adaptarán a las curvas de nivel, lo que da lugar a una gran irregularidad en la forma y el tamaño de las mismas. Debemos reiterar que este sistema de riego exige la nivelación del suelo, por lo que en determinadas circunstancias la formación de la poza es un trabajo lento y costoso. En los países tecnológicamente desarrollados esta nivelación se está haciendo con rayos láser que resulta ser un método más preciso y a la vez más rápido y económico. 199 Víctor Hugo Cadena Navarro 6�2 �iego �or as�ersi�n El riego por aspersión aparece a comienzos del siglo xx como una necesidad de incorporar nuevas áreas a la producción, áreas que no podían ser regadas con métodos tradicionales (surcos, escorrentía, inundación) ya sea por estar ubicadas en un nivel más elevado que la fuente de agua, con pendientes altas o por ser parcelas con un relieve muy irregular El riego por aspersión consiste en entregar el agua al cultivo a través del aire en forma de lluvia, lluvia simulada que puede ser controlada tanto en duración como en intensidad y frecuencia; en este método el agua sale en forma de chorro bajo presión de dispositivos giratorios llamados aspersores Este sistema de riego se puede emplear en la mayoría de las plantas, a excepción del arroz en el que el suelo está inundado y el tomate riñón que es un cultivo muy sensible a la proliferación de plagas y enfermedades por la humedad atmosférica. Es adaptable también a casi todos los suelos susceptibles de riego, debido a que existen aspersores en un amplio rango de capacidad de descarga. Se adapta a la mayoría de condiciones climáticas a excepción de zonas con temperaturas extremadamente altas o con velocidades del viento considerables Este método de riego constituye una alternativa válida para ser empleado en la sierra de nuestro país donde se puede aprovechar las diferencias de altura entre la fuente de agua y el terreno a regar para utilizarle como fuente de energía. 6�2�1� �enta�as Con respecto al riego por gravedad, el riego por aspersión ofrece algunas ventajas, entre ellas: • Los terrenos de topografía irregular, ondulados y con fuerte pendiente pueden ser regados con un mínimo de nivelación, ya que la conducción es por tubería y con presión Se adapta a suelos poco profundos, porque se puede variar la lámina según la textura, es decir aplicar volúmenes reducidos de agua en cada riego Los suelos arenosos pueden ser regados sin producir mucha pérdida por infiltración, se adapta la precipitación a la velocidad de infiltración Si está bien diseñado se evita la erosión del suelo Al utilizar tuberías disponemos de una mayor superficie para ser cultivada, evitamos la contaminación y pérdida de agua por evaporación Permite aplicar fertilizantes y pesticidas con el agua de riego, lo que hace que haya un ahorro de mano de obra y una eficiente distribución de los productos aplicados La eficiencia del riego por aspersión es alta (70 a 85%), en consecuencia se requiere menor cantidad de agua por unidad de superficie, El equipo puede estar trabajando durante un elevado número de horas al día Es rápida su instalación, fácil su operación y se puede regar durante el día y la noche sin necesidad de supervisión continua Tiene efecto sobre el control de heladas, cuando estas son de corta duración Conviene cuando se requiere de riego suplementario 2�� Hablemos de riego 6.2.2. Desventajas Aumentan los daños causados al cultivo al desarrollar un ambiente óptimo para la presencia de enfermedades Se produce el lavado de material fumigado, por lo que se hace necesario fijar fechas distintas para estas dos actividades Con agua salina se provoca el quemado y la caída de las hojas El impacto de la lluvia en las flores puede producir su caída y en consecuencia una reducción en el rendimiento Su costo inicial es elevado e inversamente proporcional a la superficie que se riega; ya que se necesita tubería para la conducción y distribución del agua y presión que es igual a inversión en energía Se debe disponer necesariamente de un caudal continuo. Cuando se riega con turnos, es necesaria la construcción de reservorios Cuando el agua arrastra muchos sedimentos se tiene dificultades mecánicas Por lo general existe derroche de agua en los bordes del terreno El viento dificulta el reparto uniforme del agua ya que distorsiona el área de humedecimiento En general podemos decir que la aspersión se puede recomendar cuando tenemos: terrenos con topografía muy ondulada, poco profundos o arenosos agua obtenida de pozos profundos ya que al tener bombeo, el costo de la aspersión resulta muy pequeño poca mano de obra De igual manera diremos que no es aconsejado cuando. el suministro de agua es por turnos de poco tiempo el agua tiene abundantes sustancias disueltas o en suspensión por la corrosión que puede sufrir la tubería y el taponamiento de los aspersores 6�2�3� �o��onentes del siste�a Un sistema de riego por aspersión debe disponer de los siguientes componentes básicos: • Fuente de agua • Fuente de energía • Sistema de distribución de agua • Aspersores • Accesorios a. Fuente de agua El riego por aspersión requiere de un caudal continuo que puede provenir de una fuente superficial o subterránea y de la que se debe tener en cuenta, la ubicación, la calidad del agua y el caudal. En cuanto a la ubicación; los factores que influirán en el diseño son: el desnivel, la distancia y los accidentes topográficos entre la fuente de agua y el terreno a regar. En la calidad del agua se deberá conocer sobre el contenido de sedimentos, materia orgánica y sales. El caudal deberá ser un dato muy seguro 2�1 Víctor Hugo Cadena Navarro b. Fuente de energía Al requerirse presión para su funcionamiento se debe pensar o en la utilización de bombas y motores o en el aprovechamiento del desnivel que puede haber entre la fuente y el terreno. Por gravedad, si la superficie a regar está en una cota inferior a la captación y por bombeo, cuando se utiliza agua de pozo o para regar terrenos que se encuentran a la misma altura o en una cota superior a la fuente de captación La motobomba es la unidad de energía encargada de succionar el agua desde la fuente de abastecimiento, impulsarle a través de las tuberías de conducción y entregarla a los aspersores a la presión requerida. Puede ser fija o móvil El motor puede ser eléctrico, a diesel o a gasolina; y la bomba de tipo centrífuga o de turbina. Las bombas accionadas por motores de 220 voltios (monofásicas) generan una potencia máxima de 3 HP y puede elevar un caudal máximo de 220 lt/min a 25 m de altura; cuando se trata de motores de 380 voltios son trifásicas Fig.No.66 Tipos de motobombas c. Sistemas de distribución de agua Desde la unidad de bombeo se conectan las tuberías matrices o principales, que pueden ser metálicas, o plásticas La unión de los tubos puede ser de tipo cierre hidráulico, en que el hermetismo se consigue a través de un anillo de caucho (sistema americano), o bien, con un tipo de cierre denominado mecánico, donde las uniones se aseguran con un cerrojo o palanca. (sistema europeo) El sistema de distribución está conformado por tuberías principales, secundarias y laterales Las tuberías principales conducen agua desde la unidad de bombeo hasta los puntos de distribución que dividen los sectores de riego. Se instalan fijas o móviles, dependiendo del tipo de sistema de riego por aspersión a utilizar ;. comúnmente se colocan fijas a fin de utilizar menos mano de obra en la operación del sistema; de ser así estas conviene que vayan enterradas. Estas tuberías fijas son metálicas (aluminio, acero protegido o galvanizado), plásticas (polietileno o PVC), de asbesto cemento o de concreto reforzado. Son, por lo general, de mayor diámetro que las secundarias y laterales. De la tubería principal se derivan tuberías de distribución secundaria y laterales generalmente móviles que se acoplan por tramos de 6, o 9 m de largo. Cada tramo se une por medio de un sistema especial de acoplamiento rápido que al tener un ángulo de dirección variable (3° en algunos tipos y 12° en otros), permite adaptar la 2�2 Hablemos de riego tubería a las irregularidades del terreno. Normalmente se utilizan tuberías plásticas o de aluminio por su reducido peso, a fin que se puedan trasladar con facilidad y con el mínimo esfuerzo. Las tuberías secundarias conducen el agua desde la tubería principal hasta los puntos en que se derivan las tuberías laterales de distribución. En las tuberías secundarias hay un gran número de derivaciones a intervalos regulares y relativamente próximos, que corresponden a las salidas de las tuberías laterales. Las tuberías laterales constituyen los elementos finales de conducción y distribución del sistema; permiten conducir el agua a presión desde la las tuberías secundarias hasta los aspersores que se encuentran insertos en ellas Estas tuberías pueden instalarse fijas o móviles, pero comúnmente son transportadas a fin de abaratar los costos de inversión El diámetro de los tubos para el riego, se determinan en pulgadas y en milímetros; cuando son de acero se mide el diámetro exterior en pulgadas; cuando son de PVC se mide el diámetro interno en milímetros. Fig.No.67 Esquema general de las tuberías empleadas en el riego Fig.No.68 Conexión y establecimiento de las tuberías laterales Fig. No. 68 Conexión y establecimiento de las tuberías laterales 2�3 Víctor Hugo Cadena Navarro d. Aspersores Los aspersores son aparatos diseñados para distribuir el agua de riego sobre el suelo en forma de lluvia; son tubos por donde sale el agua y están provistos de un mecanismo que les confieren movimiento. Estos dispositivos funcionan a presión y lanzan chorros de agua al aire que se precipitan sobre el terreno en forma de lluvia. Los aspersores se colocan sobre unos tubos que les sirven de enlace con la tubería lateral o directamente sobre ella, siendo el primer sistema el de uso más corriente. Estos tubos llamados elevadores pueden también ser de polietileno, y permiten alejar el chorro a distancias considerables; estos están provistos de un soporte que es una estaca que lo fija al suelo y lo mantiene recto. Fig.No.69 Aspersores con elevador y sobre la lateral El aspersor es la parte más importante de este sistema de riego porque es el elemento que va a distribuir el agua sobre el cultivo, de sus características depende la uniformidad de esa distribución lo cual determinará la eficiencia del sistema Se presentan en tipos y tamaños diversos; varían desde los pequeños de una sola boquilla diseñados para funcionar a bajas presiones hasta los grandes de múltiples boquillas que funcionan a altas presiones Los aspersores pueden ser giratorios y fijos o sectoriales y pueden clasificarse: Por el mecanismo de giro Por la presión Por el número de boquillas Por la trayectoria del chorro • Por el mecanismo de giro pueden ser : A. Aspersores de martillo o de impacto.- donde el mecanismo de acción del giro es un martillo sujeto a un eje sobre el cuerpo del aspersor accionado por un resorte; este martillo desplazado por el chorro produce un golpe intermitente sobre el aspersor produciendo giros pausados. El brazo recupera su posición inicial por medio de muelles o contrapesos. Algunos de ellos tienen un dispositivo que limita el ángulo de giro y por tanto el área regada (aspersores sectoriales) y se utilizan en los linderos de la propiedad para evitar el riego de zonas fuera de la parcela. 2�� Hablemos de riego Fig.No.70 Aspersores de martillo En primer plano vemos un aspersor de martillo de giro completo y luego un aspersor sectorial. B. Aspersores de balancín, en estos el mecanismo de acción de giro es un balancín accionado por su propio peso, el cual se interpone intermitentemente al chorro de agua ocasionando un giro pausado del aspersor. Se les conoce también como aspersores “turbo-martillo” Otros tipos de aspersores son: Trompo, que se utiliza en especial para el riego de plantaciones de árboles frutales y jardines Hélice, que se utiliza en equipos fijos para cultivos de campo Mini-aspersor, que son utilizados en la aspersión fija de plantaciones de árboles frutales y jardines Tenemos también aspersores de giro rápido que suelen emplearse en el riego del césped (6 vueltas por minuto) y los de giro lento (1/4 a 3 vueltas por minuto) para uso de cultivos agrícolas. Algún autor les clasifica también en aéreos cuando esta sobre un elevador y emergentes cuando están enterrados y se elevan cuando riegan Fig. No.71 Aspersores y micro aspersores de balancín • Por la presión, los aspersores pueden ser: 2�� Víctor Hugo Cadena Navarro A.- De baja presión; aquellos que trabajan con presiones entre 1 y 2 kg/cm2 (10 a 20 mca), suelen arrojar un caudal inferior a 1.100 l/h, producen un riego muy uniforme aún en condiciones desfavorables de viento, pero requieren un espaciamiento entre aspersores inferior a 12 m. Suelen ser de una boquilla de un diámetro menor de 4 mm Se utilizan especialmente para riego de los árboles frutales debajo de la copa o para cultivos hortícolas Es apta para los aspersores tipo “trompo”, “turbo-martillo” y “mini- aspersor” B.- De presión media; operan con presiones que van de 2 a 4 kg/cm2 (20 a 40 mca), arrojan un caudal de entre 1000 y 6000 l/h y se emplean con espaciamientos de entre 12 y 24 m. Suelen llevar una o dos boquillas de diámetro comprendido entre 4 y 7 mm. Se adaptan a cualquier tipo de cultivo y suelo; el diámetro del círculo humedecido está entre 12 y 39 mts Es apta para los aspersores tipo “martillo” y tipo “hélice” C.- De alta presión, operan con presiones que van de 4 a 8 kg/cm2, los más utilizados en la agricultura arrojan de 6 a 40 m3/hora Están al servicio de cultivos altos con un diámetro de humedecimiento superior a los 60 metros. Dan baja uniformidad en zonas ventosas; así mismo el tamaño de la gota y la altura de caída pueden dañar al cultivo. Se utilizan aspersores tipo “cañón” y aspersores “martillo” de gran tamaño Recordemos que para la compra del aspersor debemos tener presente la velocidad del viento en la zona de trabajo, pues con velocidad superior a 2.5 m/s no se recomienda este sistema, siendo poco recomendable con velocidades que van de 1.5 a 2.5 m/s. Junto a las altas temperaturas pueden afectar a los cultivos además de que se produce pérdidas de agua por evaporación. Así por ejemplo, en condiciones de vientos con una velocidad de 2 m/seg y temperaturas de 25°C, se origina una pérdida de agua de un 10% sobre el volumen aplicado. Por lo que, no es recomendable utilizar los equipos de riego por aspersión instalados, durante las horas del día en que haya viento • Por el número de boquillas, pueden ser : A.- De una boquilla y B.- de dos o más boquillas, en estos las características hidráulicas se refieren a la boquilla de mayor diámetro que es la que acciona el mecanismo de giro La forma y medida de las boquillas determinan la descarga, la forma de dispersión del agua y el tamaño de las gotas. La boquilla es sensible a toda alteración, cambio de forma o estructura. La arena que se encuentra en el agua desgasta y agranda el 2�6 Hablemos de riego orificio y la descarga aumenta. Existen dos formas de boquillas “ovalada” que dispersa el agua a corta distancia y “circular” que lo hace a mayor distancia Cuadro No.75 Recomendaciones del tamaño de boquillas con relación a la presión de trabajo Tamaño de boquilla 5/64 - 3/32 7/64 – 9/64 5/32 – 11/64 3/16 – 7/32 (Fuente : Puig ) Rango de presión 14 – 32 mca 18 - 35 21 - 39 25 - 42 �ig��o�72 Identificación de una boquilla • Por la trayectoria o el ángulo de salida del chorro, puede ser : A.- De ángulo bajo, cuando forman un ángulo menor o igual a 25 grados B.- De ángulo normal, cuando la salida del chorro forma un ángulo de entre 25 y 45 grados. En los aspersores para cultivos de campo, la boquilla se conecta con un ángulo de 30 grados para alcanzar una distancia máxima; en los aspersores para riego por debajo del follaje, el ángulo puede ser de solamente 4 grados. En resumen, en este método de riego se encuentran una gran diversidad de tipos de aspersores, en cuanto a marcas, características, colores, tamaños, caudales, alcance del chorro y presión de trabajo, así como de ángulos de giro y de elevación. 2�7 Víctor Hugo Cadena Navarro Fig.No.73 Especificaciones de un aspersor Fuente: Casa Comercial Para la elección de los aspersores en el sistema de riego que vamos a implementar; debemos conocer: • La distribución o cuadrillaje en la superficie a regar, está en función de sus medidas (largo y ancho) y aún cuando el objetivo es obtener un número entero de líneas laterales con un número igual de aspersores, en la práctica con superficies irregulares esto no se pueda dar y se queda una parte del terreno sin regar Si la distribución es relativamente libre, se debe tener presente que en presencia del viento, la uniformidad del riego es menor cuando el espacio entre aspersores es mayor. Se tomará en cuenta también que la distancia entre tuberías laterales y entre aspersores colocados en la lateral, son múltiplos del largo comercial que tiene la tubería, es decir de 6 y 9 metros • La disposición de los aspersores; pueden ser : - Disposición en cuadrado.- Los aspersores ocupan los vértices de un cuadrado, siendo en consecuencia, la distancia entre los laterales igual a la distancia entre los aspersores. Los marcos más utilizados son 12 x 12 y 18 x 18 Esta distribución es la más utilizada en los sistemas semi-fijo y móviles - Disposición en rectángulo.- Los aspersores ocupan los vértices de un rectángulo, siendo la mayor distancia la separación de los laterales, el marco más utilizado es el de 12 x 18 Conviene esta distribución cuando se tiene presencia de vientos Para lograr una mejor distribución del agua cuando los vientos son fuertes se recomienda colocar las laterales de manera que se forme un ángulo de entre 450 a 900 con respecto a los vientos predominantes 2�� Hablemos de riego - Disposición en triángulo.- Los aspersores ocupan los vértices de una red de triángulos equiláteros. Con ésta disposición se necesita un menor número de aspersores, se le utiliza cuando se tiene un sistema fijo, permanente. Los marcos más utilizados son 18 x 15 y 21 x 18 Fig.No.74 Disposición de los aspersores Da Dr Dr Da Da Marco cuadrado Da Marco rectangular Marco triangular Superficie regada por cada aspersor distancia entre aspersor x distancia entre ralames = Da x Dr Fig No.75 Diámetro de humedecimiento Distribución en cuadros • Distribución Triangular El espaciamiento de los aspersores, es la distancia entre los aspersores a lo largo del lateral y entre los laterales. Se simboliza por una multiplicación en la que a la izquierda de su signo se escribe la distancia entre los aspersores a lo largo del lateral y a la derecha del mismo la distancia entre los laterales. Por ejemplo la distancia entre los aspersores en el lateral es de 12 mt. y entre los laterales 18 mt. Diremos que el espaciamiento es de 12 m x 18 m y sabremos que 216 m2 será la superficie regada Los espaciamientos pequeños presentan como ventajas un riego más uniforme y una menor presión de trabajo, pero tienen el inconveniente de un mayor costo del equipo Las tendencias actuales son grades marcos, con el fin de disminuir el material necesario, el costo y la mano de obra • El alcance mínimo del chorro o radio mojado del aspersor; es el área circular del terreno que moja el aspersor Es necesario saber que los aspersores no distribuyen el agua de manera uniforme sino que varían a lo largo del alcance de este; recibiendo más agua en la zona próxima al aspersor, y disminuyendo conforme aumenta la distancia. Por lo que es preciso sobreponer una parte de las 2�� Víctor Hugo Cadena Navarro áreas regadas por aspersores consecutivos en busca de una buena uniformidad; ante lo cual se ha debatido mucho y los investigadores, al igual que las casas comerciales no han llegado a ponerse de acuerdo en cuál es la separación óptima; pudiendo decir que si el área de trabajo no tiene problemas de viento los valores son : • Tomando en cuenta el radio (r) de nuestro aspersor: Cuando la distribución es en cuadrado se multiplicará por un factor igual a 1.4( r ) Cuando es rectangular 1(r) entre aspersores y 1.2(r) entre laterales Cuando es triangular 1.7(r) entre aspersores y 1.5(r) entre laterales • Tomando en cuenta el diámetro del aspersor: Cuando tenemos disposiciones cuadradas o triangulares multiplicamos por 0.7. Existen investigadores que señalan que este valor va desde el 60% Cuando es rectangular el 75% entre laterales y el 40% del diámetro mojado entre aspersores A continuación citaremos algunos datos respecto a la separación conveniente entre los aspersores Cuadro No.76 Separación entre aspersores en condiciones específicas de viento DISPOSICION VIENTO SEPARACION ENTRE ASPERSORES Espacio cuadrado o rectangular Sin viento 2 m / seg 3.5 m / seg Mayor a 3.5 m / seg 65% D 60% D 50% D 30% D Espacio triangular o variable Sin viento 2 m / seg 3.5 m / seg Mayor a 3.5 m / seg 75% D 70% D 60% D 30% D Fuente:Casa comercial israelita NAAN Cuadro No.77 Espaciamiento máximo entre aspersores Velocidad del viento en Km/h Diámetro húmedo % nulo 0.0 menor a 8.0 8 – 16 mayor a 18 65 60 50 30 SCS ( soil conservation sistem de EE UU ) 21� Hablemos de riego Cuadro No.78 Espaciamiento máximo entre aspersores y laterales ( Ea x El) según el porcentaje de diámetro húmedo Viento en Km/h Cuadrado 0–5 6 – 12 13 – 19 Rectángulo 55 50 45 Triángulo 50 x 60 45 x 60 40 x 60 60 55 50 Tomado del manual de riego del INIA de Chile Ejemplo del manejo de este último cuadro: Un equipo de riego por aspersión va a instalarse en un predio donde la velocidad máxima del viento es de 10 km/h (2.7 m/s) El aspersor disponible en el mercado tiene un diámetro húmedo de 34 m. a una presión de trabajo de 3.5 atm. Cuál será el espaciamiento máximo entre aspersores? Solución De acuerdo a la velocidad del viento y según los valores recomendados en los cuadros anteriores la distancia entre los aspersores puede ser En cuadrado En rectángulo En triángulo Ea x El = (0.5 x 34) x (0.5 x 34) = 17.0 x 17.0 = (0.45 x 34) x (0.60 x 34) = 15.3 x 20.4 = (0.55 x 34) x (0.55 x 34) = 18.7 x 18.7 Si el sistema es fijo no hay problema, se puede respetar estas distancias, pero si es móvil se debe ajustar a la longitud de la tubería disponible en el mercado; y podríamos tener: Para el rectángulo: Ea = 15m (un tubo de 6m + un tubo de 9m) El = 18m (dos tubos de 9m) Para el cuadrado: Ea y El = 15m (un tubo de 6m + un tubo de 9m) • El caudal de cada aspersor; resulta de dividir el caudal horario para el número de aspersores que han sido considerados Cuando tratamos del caudal del aspersor, debemos pensar que hay que evitar pérdidas de agua por escorrentía y percolación; la precipitación que provoca el aspersor, debe ser menor a la velocidad de infiltración del suelo. También debemos tener presente que la intensidad de la precipitación debe estar en relación inversa con la pendiente del terreno, esto es, una menor intensidad con el aumento de la pendiente de acuerdo al siguiente cuadro: Cuadro No.79 Disminución de la infiltración debida a la pendiente del terreno Pendiente (%) <5 6a8 9 a 12 13 a 20 ¾ 20 Disminución de la Infiltración (%) 0 20 40 60 75 211 Víctor Hugo Cadena Navarro Ejemplo Cuál es la intensidad de precipitación de un aspersor que tiene una descarga de 1872 l/h, si el espaciamiento escogido es de 15m x 15m sabiendo que el terreno tiene una pendiente de 14% Solución Precipitación del aspersor = descarga / superficie regada = 1872 / 225 = 8.32 mm/h Como la pendiente es del 14%, según la tabla se reduce el 60% con lo que nos quedaría que la Intensidad de precipitación del aspersor es de 3.33 mm/h • La presión de servicio viene dada por el fabricante, pero no es conveniente la utilización de grandes presiones porque : - La potencia del motor y de la bomba deberán ser mayores y por tanto su consumo y precio serán más altos; El caudal será mayor y por ende se deberá tener tuberías de mayor diámetro que resultan más caras y más pesadas; Se tendrá una precipitación más grande, lo que implica cambios de posición más frecuentes y un desperdicio de agua. En otras palabras, la presión de servicio va a depender del precio de la energía, de la instalación, de la mano de obra y de la existencia de los aspersores en el mercado. Teniendo presente que la presión excesiva pulveriza las gotas de agua, impidiendo alcanzar su radio normal y que las presiones deficientes lanzan chorros poco pulverizados que se localizan en círculos concéntricos que no llegan a mojar toda la superficie; se debe buscar trabajar con presiones óptimas con las que se garantiza que las precipitaciones de cada aspersor se complementen y logren humedecer uniformemente la zona radicular. Con el objeto de evitar diferencias de presión debido a cambios de elevación del terreno se colocan los laterales paralelos a las curvas de nivel del terreno y la tubería principal en el sentido de la mayor pendiente Fig.No.76 Efectos de la presión en la distribución del agua 212 Hablemos de riego e. Accesorios Para la instalación del sistema, es necesaria la presencia de determinados implementos o accesorios que faciliten la conducción y distribución del agua así como también el control del sistema. Entre los principales mencionaremos: Conexiones (codos, acoples uniones, reducciones, elevadores, etc.) Válvulas Ventosas Hidrantes o tomas de agua Reguladores de presión Medidores de flujo y de presión Filtros, Inyectores de fertilizantes Fig.No.77 Algunos accesorios utilizados en el riego 213 Víctor Hugo Cadena Navarro 6.2.4. Sistemas de riego Los sistemas de riego por aspersión forman dos grupos: a.- Sistemas estacionarios: que son aquellos que permanecen en la misma posición durante el riego y pueden ser: 1.- Sistema móvil: en el que todos los elementos de la instalación son móviles, ninguna de sus partes es fija. Estos equipos poseen una unidad de bombeo que si es de muy poca potencia, tiene un motor a gasolina y para potencias mayores está movida por un motor a diesel. Otra alternativa muy utilizada es que la fuente de energía provenga de un tractor y una bomba accionada por la toma de fuerza, No necesita emplear un punto fijo de toma de agua puede ser uno diferente en cada posición de riego. Los sistemas móviles de riego por aspersión tienen mayores exigencias de mano de obra por sus desplazamientos, pero la ventaja de estos diseños es que la inversión inicial se reduce al utilizar las mismas tuberías en distintos sectores del área a regar. Estos sistemas son especialmente adecuados para áreas reducidas, cuando el riego es poco frecuente, de carácter suplementario, o de emergencia en el control de heladas. 2.- Sistema semifijo: en el que la unidad de bombeo, alguna o toda la tubería principal son fijas, mientras que las tuberías laterales son móviles. Se utiliza en cultivos anuales. Este sistema requiere de mayor cantidad de mano de obra y exige el traslado de tubería en suelo mojado La tubería principal al ser fija puede estar enterrada permanentemente y suelen ser de acero, PVC o asbesto cemento. La unión de las tuberías secundarias con las tuberías principales se hace mediante válvulas hidrantes que llevan una compuerta a la que se puede anexar aparatos de control y medida. Las tuberías secundarias son fijas y normalmente se colocan enterradas y generalmente son plásticas. Las tuberías laterales son portátiles y se desplazan manualmente, son usualmente de aluminio o acero galvanizado liviano. En general, este sistema se adapta a cualquier extensión de explotaciones agrícolas, se adapta a aspersores grandes con tuberías de gran diámetro y a aspersores pequeños con tuberías de pequeño diámetro. 21� Hablemos de riego 3.- Sistema fijo o de cobertura total: en el que todos los elementos son fijos, es decir poseen una única ubicación en el terreno Puede ser permanente, cuando la tubería permanece enterrada durante toda la vida útil o temporal cuando se coloca al principio del ciclo vegetativo del cultivo y se retira al final. Este sistema requiere de poca mano de obra ya que se reduce a abrir y cerrar las llaves de paso. Es el sistema apropiado para las parcelas de forma irregular, pequeñas o medianas ya que en ellas se puede poner tuberías de plástico con diámetros pequeños para ser utilizados por pocos aspersores, con el afán de abaratar costos; es el sistema indicado para el control de heladas y para aplicar la fertirrigación. La unidad de bombeo debe ubicarse en el lugar más económico en relación a la topografía del terreno y la distancia a la fuente de agua. Las tuberías fijas suelen ser de fibrocemento o de material plástico (PVC o polietileno), estas últimas que no se utilizan en diámetros grandes por su mayor precio. La ventaja de los sistemas fijos es que las labores de riego se simplifican, tanto que un trabajador puede manejar el riego de 130 o más hectáreas según consideraciones que hacen algunas empresas proveedoras de estos equipos. La principal desventaja es su alto costo de inversión, Otra desventaja es que los aspersores de este sistema de riego obstaculizan las labores agrícolas, debido a que sobresalen en forma permanente de la superficie del terreno. b. Sistemas mecanizados: son aquellos que se desplazan continuamente durante el riego. Estos sistemas son especialmente adecuados para áreas rectangulares o cuadradas, de alfalfa o de cultivos en hileras, donde los laterales son usados en forma casi continua en el periodo de mayores exigencias hídricas. Con el empleo de este sistema, muchos suelos después del riego quedan blandos y en ellos las ruedas tienden a hundirse en el barro que luego se solidifica, dificultando su retiro. Además, está el riesgo de compactar el suelo y/o apisonar los cultivos. El empleo de sistemas mecanizados es conveniente cuando se necesiten riegos frecuentes y poco abundantes; cuando sea necesario impedir la formación de 21� Víctor Hugo Cadena Navarro costras en el suelo durante la emergencia de las plantas; cuando se quiera, eliminar el exceso de sales superficiales del suelo. A continuación se dirán algunas características de los principales sistemas de riego por aspersión mecanizados: El sistema de riego por aspersión con lateral móvil y avance frontal; está compuesto por tuberías de aluminio de 4" de diámetro, con paredes de espesor grueso y de longitudes hasta de 400 m. El lateral gira funcionando como eje de un grupo de ruedas grandes, movilizadas por un motor. Al finalizar el riego de un sector, se desconecta el lateral de la válvula, se acciona el motor y se hace avanzar el lateral hasta su próxima posición y así sucesivamente. Este método es apto para cultivos hortícolas. El sistema de riego por aspersión con lateral móvil y giro o Pivote Central es un sistema mecanizado, compuesto por un lateral móvil de cientos de metros de largo, transportado sobre un sistema de ruedas. A lo largo del lateral se ubican aspersores que emiten chorros de agua, mojando de esta manera una gran superficie circular. El lateral avanza del mismo modo que la aguja de un reloj, a un ritmo que puede ser determinado, mediante motores de distinto tipo que producen el movimiento. El sistema de riego por aspersión con lateral móvil, utilizando un tractor que acciona una bomba consiste en un lateral móvil, armado sobre ruedas que avanza movido por el tractor durante el riego, en forma paralela a las hileras de cultivos a regar. En este sistema se aprovecha la existencia de fuentes hídricas abiertas, tales como: canales, ríos y lagos para abastecer a la bomba. 6.2.5. Cálculo y diseño del sistema Para diseñar un sistema de riego por aspersión es necesario evaluar los recursos y explotaciones existentes en el predio, esta evaluación permitirá hacer un diseño más eficiente y económico. Este inventario de recursos se refiere básicamente a la obtención de: 216 Hablemos de riego • Plano topográfico; cuya escala conveniente es la de 1:500, con curvas de nivel cada metro en el que consten las fuentes de agua, las áreas regables y la fuente de energía, caminos, construcciones, etc. Capaz que nos permita determinar con claridad el trazado de la tubería y su espaciamiento de tal manera que podamos tener una máxima eficiencia a menor costo • Las características del suelo; en base a un levantamiento y análisis, que nos servirá para conocer la ubicación de los diversos suelos existentes (en caso de haberlos), y en el constará los datos que nos permitirán conocer la capacidad de retención del agua y su velocidad de infiltración. El formato puede ser: No. Del perfil • Profundidad -cm- Textura Densidad aparente Capacidad de campo % Punto de marchitez % Infiltración mm/h • Las características de clima y cultivo; tales como la dirección y velocidad del viento que nos va a permitir adoptar una eficiencia de riego aproximada y decidir la separación entre laterales; la profundidad radicular a humedecer según el cultivo; la evapotranspiración en el mes más crítico; la lluvia efectiva La cantidad y calidad del agua • La mano de obra y la energía disponible Luego de este inventario se realizará el dimensionamiento respectivo y en el diseño de un sistema de riego por aspersión debe considerar la determinación de las características técnicas de los siguientes componentes principales: • • • Aspersores Red de Tuberías Unidad de Bombeo a. Elementos que intervienen Una instalación de riego por aspersión debe ser realizada “sobre medida”. Los elementos de su cálculo son propios de cada explotación y en ocasiones de cada parcela. Ellos son: Elementos no modificables • Los requerimientos de agua de los cultivos expresados en mm del mes más deficitario • La capacidad de retención de humedad del suelo y • La velocidad de infiltración Elementos que permiten un margen de elección • Superficie a regar • Número de días de riego al mes • Número de horas de riego por día • Número de posturas por día 217 Víctor Hugo Cadena Navarro • Distribución de los aspersores Las disposiciones a respetar • El caudal de agua existente • La mano de obra • La potencia eléctrica Cada uno de estos elementos interviene en determinado momento del diseño en base siempre a un razonamiento lógico Para el cálculo de una instalación de riego por aspersión nos valdremos de un ejemplo. Partiremos de datos básicos previamente conocidos referentes al valor de los elementos no modificables y de la determinación de trabajar con un sistema de riego semifijo, donde la única tubería móvil es la lateral Ejemplo Calcule y diseñe el riego por aspersión conveniente para 14 hectáreas (que forman una parcela rectangular de 480 metros de largo por 291 metros de ancho) de maíz que requiere de 100 mm de agua por mes. Sabiendo que la fuente de agua está situada en el centro de la propiedad, donde se ha perforado un pozo que tiene 6 metros de desnivel hasta la bomba y del que se dispone de un caudal de 45 m3/h. Además sabemos que la lámina calculada es de 40 mm para un suelo de textura franco arcilloso con topografía plana y una Vi = 8 mm/h El elevador a utilizar es de 50 cm En la zona no hay problema de vientos y no hay limitaciones en cuanto a la energía eléctrica Solución Debemos considerar de inicio que los datos de los elementos que permiten un margen de elección son datos que vamos a obtener en nuestra zona de trabajo b. Frecuencia de riego Es el tiempo en días necesario para completar un riego en todo el terreno y se calcula con la siguiente fórmula: F= Dónde: F= Frecuencia de riego (días) L = Lámina en mm d = Días efectivos de riego R = Requerimiento mensual o ET mensual en mm F= = 10 días 21� Hablemos de riego c. Unidad de riego Se considera Unidad de Riego a la superficie regada simultáneamente por todos los aspersores o la superficie que vamos a regar en cada posición; y es igual a: Ur = Dónde: Ur = Unidad de riego, en hectáreas S = Superficie a regar, en hectáreas R = Requerimiento mensual en mm L = Lámina en m d = Días efectivos de riego p = Número de posiciones de la tubería en un día Ur = = 0.7 has. d. Caudal horario Es el caudal necesario, para el funcionamiento de nuestra instalación de riego durante una hora. Se calcula en base a la siguiente fórmula: Ch = Dónde: Ch = Caudal horario, en m3/h S = Superficie a regar, en hectáreas R = Requerimiento mensual en m3/ha d = Días efectivos de riego h = Horas diarias de riego = 35 m3/ha Ch = El caudal horario será siempre menor al caudal disponible e. Precipitación Es la cantidad de agua aportada por el aspersor al suelo, por cada metro cuadrado en una hora como unidad de tiempo Donde: P = Pluviometría, en mm/h Ch = Caudal horario, en m3/h Ur = Unidad de riego, en hectáreas �= P= = 5 mm/h 21� Víctor Hugo Cadena Navarro La precipitación creada será siempre menor a la velocidad de infiltración del suelo; con el fin de no tener pérdida de agua por lixiviación ni escorrentía, ni tampoco provocar encharcamientos. f. Elección de los aspersores Realizamos nuestro diseño de riego y determinamos la forma cómo vamos a aplicar el agua en la superficie Para el ejemplo, con el fin de abaratar costos en la tubería principal, al tener nuestra fuente de agua situada en el medio de la propiedad, vamos a comenzar a regar la unidad de riego con dos alas cada una de ellas situada en el extremo de la tubería principal Si hemos resuelto trabajar con un sistema de riego semifijo, con la tubería principal fija y las laterales móviles, habíamos dicho que conviene trabajar con una distribución en cuadrado; es decir partimos sabiendo que la separación de los aspersores en la tubería lateral es igual a la separación de los aspersores entre las laterales. Diseñamos la forma de riego que vamos a darle a la propiedad (Fig.No.78) teniendo presente que en cada posición vamos a regar 7000 m2 Vemos que la unidad de riego va a ocupar el ancho de la propiedad (291m) que pasa a ser el largo de esta, en consecuencia el ancho será de 7000 / 291 = 24.05 m; por lo que el espaciamiento de 24 x 24 consideramos que es el más conveniente por el costo y por que cubre la superficie 291 291 UR = 7.000 m2 3500 480 24 E = 24 x 24 Luego dividimos el ancho del terreno para el espaciamiento escogido para saber el número de aspersores que necesitamos en cada lateral (291 / 24 = 12.12) = 12 aspersores pero como de acuerdo al diseño vamos a tener dos alas por estar la fuente de agua en el centro, en cada ala tendremos 6 aspersores 22� Hablemos de riego Fig 78 Esquema de riego Unidad de riego con dos alas cada una de ellas situada en el extremo de la tubería principal 91m. b 24m. Posición A Inicio del primer día 24m. 228m Sentido de desplazamiento de la lateral Tubería principal 089mm Posición B Inicio del quinto día Estación de bombeo 228m a Posición B Inicio del quiento día 144m. Sentido de desplazamiento de la lateral 221 Víctor Hugo Cadena Navarro Para saber el caudal de cada aspersor dividimos el caudal horario para el total de aspersores de la línea lateral, porque este total van a funcionar al mismo tiempo, es decir para nuestro ejemplo 35/12 = 2.91 m3/h Sabiendo ya el caudal que necesitamos para cada aspersor; podemos calcular también el alcance que debe tener este aspersor (12 x 1.4 = 16.8 ó 24x0.7), es decir nosotros necesitamos 12 aspersores, cada uno de los cuales aplique al suelo un caudal de 2.91 m3/h y produzca un radio mojado de 16.8 metros; con estos datos vamos a la casa comercial y vemos que aspersor nos conviene adquirir Consultando catálogos de dos fabricantes (PERROT y RAIN BIRD) hemos escogido algunos modelos de aspersores que tienen relación con el ejemplo Cuadro No. 80. Especificaciones técnicas de aspersores Marca PERROT PERROT PERROT PERROT PERROT RAID BIRD RAID BIRD RAID BIRD Modelo ZF 30 ZE 30 LKA 30/2 ZB 22 ZB 22 D 14070 70 EW 14070 W Presión Kg/cm2 2.5 2.5 2.5 3.5 4.0 4.2 3.5 4.6 Alcance Metros 17.5 17.0 18.5 17.0 17.3 17.1 20.4 19.2 Caudal M3/hora 2.96 2.96 2.96 2.98 2.98 2.95 2.87 2.86 Diámetro de boquilla mm 7.0 7.0 7.0 7.0 6.0/2.4 5.15/3.17 6.35 5.95 Las empresas proveedoras de equipos publican catálogos con especificaciones de diferentes marcas y tipos de aspersores, donde se detallan las condiciones de trabajo de los mismos. Ello permite elegir el aspersor más adecuado a las condiciones de suelos y suministro de agua. Las distancias entre aspersores y laterales dependen del tipo de aspersor y presión de operación y viceversa. De estos aspersores, escogemos el modelo LKA 30/2 que satisface el caudal y el alcance requerido y que trabaja con una menor presión. Entonces nuestros nuevos valores que corresponden a los aspersores que vamos a instalar serán : Caudal del aspersor Alcance Presión 2.96 m3/h 18.5 m 2.5 kg/cm2 g. Perdida de carga en la lateral Aunque en nuestro ejemplo las líneas laterales son iguales, puede darse el caso de que una de ellas sea más larga que la otra, ante lo cual este cálculo debe hacerse tomando en cuenta la lateral más larga Conocemos como pérdida de carga, a la disminución de la presión del agua, como producto de la fricción de esta con la tubería Este cálculo está en función del diámetro de la tubería, teniendo presente que con un mismo caudal, la pérdida de carga aumenta cuando disminuye el diámetro de la tubería. Si tenemos un mismo diámetro, la pérdida de carga aumenta al aumentarse el caudal. Entonces, para escoger el diámetro de la tubería debemos tener presente que: tuberías con grandes diámetros tienen poca pérdida de presión, pero su costo y 222 Hablemos de riego su peso son más altos; en cambio tuberías con diámetros pequeños son más baratas y livianas, pero con importantes pérdidas de carga La pérdida de carga puede expresarse en todas las unidades de presión, conociendo sus equivalencias así: 1 atmósfera = 1.013 bar = 1.033 kg/cm2 = 10.00 m.c.a.( metros de carga de agua) = 14.50 p.s.i. Christiansen dice que “La diferencia de presión entre dos aspersores del ala debe ser siempre inferior al 20% de la presión media del funcionamiento de los aspersores” es decir la pérdida de carga máxima admisible en los ramales laterales es del 20% de la presión de trabajo de los aspersores Si la topografía del terreno es quebrada, los laterales descendentes pueden tener mayor longitud que los ascendentes para un mismo diámetro de tubería, con la condición que la variación de presión de los aspersores no supere el 20% Si en el caso de nuestro ejemplo, decimos que el terreno es plano; la pérdida de carga de la tubería lateral viene dada por la siguiente fórmula: h = 1.1 x J x F x L Dónde: h = pérdida de carga en el lateral, expresada en m.c.a. J = pérdida de carga unitaria, es decir por cada metro de tubería (Cuadro No.81) F= factor que depende del número de aspersores y de la distancia del primer aspersor al origen del lateral. Puede ocurrir que esta distancia sea igual a la de los otros aspersores (x =s) o sea la mitad de la asumida por los otros aspersores (x = s/2) su valor vemos en el cuadro No.82 L = longitud de la tubería, expresada en metros Para calcular el diámetro de un lateral se elige un diámetro cualquiera, se calcula la pérdida de carga con la fórmula anterior y se comprueba si esa pérdida de carga esta dentro de los límites admisibles (20%) Si no esta se ensaya con el diámetro inmediatamente superior. En el ejemplo tenemos los siguientes datos: Número de aspersores: 6 Caudal del aspersor: 2.96 m3/h Presión de trabajo: 2.5 kg/cm2 (25 mca ) Separación de aspersores: 24 m Distancia del primer aspersor al origen de la lateral: 12 m Solución: Longitud del lateral: 12 + (24 x 5) = 132 m Caudal en la lateral: 2.96 x 6 = 17.76 m3/h Pérdida de carga máxima admisible = 0.20 x 25 = 5.0 mca Se elige un diámetro y se comprueba si su pérdida de carga es inferior a la máxima admisible. Elegimos el diámetro de 2” y al desarrollar la fórmula tenemos que h = 6.66 mca valor superior a la admisible por lo que descartamos esta tubería y vemos un diámetro más grande, pongamos 2”3/4 y tendremos h = 1.37 mca que es inferior a la pérdida de carga máxima admisible lo cual le hace un diámetro válido. En consecuencia el diámetro de la tubería lateral será de 2”3/4 223 Víctor Hugo Cadena Navarro Cuando se tiene una línea lateral con un desnivel entre los extremos; la pérdida de carga admisible será el 20% de la presión, menos o más el desnivel entre los extremos, según sea el ramal ascendente o descendente (signo + con ramal descendente, y signo - con ramal ascendente). Cuadro Nro. 81 PERDIDA DE CARGA POR ROZAMIENTO EN TUBERÍA DE ALUMINIO (en mca por 100 m de longitud) Caudal m3/hora 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 1" 3/4" 44.4 mm 0,122 0,441 0,934 1,592 2,406 3,372 4,487 5,745 7,146 8,685 10,362 12,173 14,118 16,195 18,402 20,739 23,203 25,793 28,509 31,35 37,402 43,941 50,962 2" 50.8 mm 0,062 0,223 0,473 0,805 1,217 1,706 2,269 2,906 3,614 4,393 5,241 6,157 7,141 8,191 9,307 10,489 11,735 13,045 14,419 15,856 18,917 22,224 25,775 29,566 33,596 37,861 42,359 2" 1/2" 63.5 mm 0,266 0,402 0,564 0,75 0,961 1,195 1,453 1,733 2,036 2,361 2,709 3,078 3,468 3,880 4,314 4,768 5,243 6,255 7,349 8,523 9,777 11,109 12,519 14,007 15,571 17,211 18,926 20,715 22,579 24,516 26,527 28,61 30,765 32,992 35,29 DIAMETRO 2" 3/4" 3" 69.8 mm 76.2 0,250 0,351 0,467 0,598 0,743 0,903 1,078 1,266 1,468 1,684 1,914 2,157 2,413 2,683 2,965 3,261 3,89 4,570 5,300 6,08 6,909 7,786 8,711 9,683 10,703 11,77 12,883 14,042 15,246 16,497 17,792 19,133 20,518 21,947 23,42 24,938 26,499 28,104 29,752 22� 0,226 0,301 0,385 0,479 0,582 0,695 0,816 0,946 1,086 1,234 1,39 1,555 1,729 1,911 2,101 2,507 2,945 3,416 3,918 4,453 5,018 5,614 6,241 6,898 7,585 8,303 9,05 9,826 10,632 11,467 12,33 13,223 14,144 15,094 16,072 17,078 18,112 19,174 20,264 21,382 22,527 3"1/2" 4" 88.9 mm 101.6 mm 0,180 0,224 0,273 0,325 0,382 0,443 0,509 0,578 0,651 0,729 0,81 0,895 0,984 1,174 1,38 1,6 1,836 2,086 2,351 2,63 2,924 3,232 3,554 3,89 4,24 4,603 4,981 5,372 5,777 6,195 6,626 7,071 7,529 8,001 8,485 8,983 9,493 10,017 10,553 0,142 0,169 0,198 0,23 0,264 0,3 0,338 0,378 0,42 0,465 0,511 0,609 0,716 0,83 0,953 1,082 1,22 1,365 1,517 1,677 1,844 2,018 2,2 2,389 2,585 2,788 2,998 3,215 3,439 3,67 3,907 4,152 4,403 4,662 4,927 5,198 5,477 5" 127 mm 0,112 0,126 0,14 0,154 0,17 0,202 0,238 0,276 0,316 0,359 0,405 0,453 0,504 0,557 0,612 0,67 0,731 0,793 0,858 0,926 0,995 1,067 1,142 1,218 1,297 1,379 1,462 1,548 1,636 1,726 1,818 Hablemos de riego (Continuación) Caudal m3/hora 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 1" 3/4" 44.4 mm 2" 50.8 mm Cuadro Nro. 82 NUMERO DE SALIDAS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 x=S 1,000 0,639 0,535 0,486 0,457 0,435 0,425 0,415 0,409 0,402 0,397 0,394 0,391 0,387 0,384 0,382 2" 1/2" 63.5 mm DIAMETRO 2" 3/4" 3" 69.8 mm 76.2 23,699 24,899 26,126 27,38 28,661 29,969 31,304 32,666 FACTOR F x= S/2 1,000 0,518 0,441 0,412 0,397 0,387 0,381 0,377 0,374 0,371 0,369 0,367 0,366 0,365 0,364 0,363 NUMERO DE SALIDAS 17 18 19 20 22 24 26 28 30 35 40 50 60 80 100 >100 x= S 0,380 0,379 0,377 0,376 0,374 0,372 0,370 0,369 0,368 0,365 0,364 0,361 0,359 0,357 0,356 0,351 22� x= S/2 0,362 0,361 0,361 0,36 0,359 0,359 0,358 0,357 0,357 0,356 0,355 0,354 0,353 0,352 0,352 0,351 3"1/2" 4" 88.9 mm 101.6 mm 11,103 5,762 11,665 6,053 12,239 6,352 12,827 6,656 13,427 6,968 14,04 7,286 14,665 7,61 15,303 7,941 15,953 8,279 16,616 8,623 17,291 8,973 17,979 9,33 18,678 9,693 19,39 10,063 12,005 14,104 16,357 18,764 5" 127 mm 1,913 2,01 2,109 2,21 2,314 2,419 2,527 2,637 2,749 2,863 2,98 3,098 3,219 3,341 3,986 4,683 5,431 6,23 7,08 7,978 8,926 9,923 10,968 12,061 Víctor Hugo Cadena Navarro Para calcular la presión necesaria en el origen de la lateral podemos valernos también de las siguientes fórmulas: Po = Pm + 0.75h + Ha si el lateral es horizontal Po = Pm + 0.75h ± (Hg/2) + Ha donde si el lateral es ascendente es signo (+) o descendente con signo (-) Dónde: Po = Pm = h = Hg = Ha = Presión en el origen de la lateral Presión de trabajo del aspersor Pérdida de carga en el lateral Desnivel geométrico entre los extremos del lateral Altura del tubo porta aspersores La presión en el origen de la lateral en nuestro ejemplo será: Po = Po = Po = Pm + 0.75H + Ha 25 + (0.75 x 1.37) + 0.50 26.53 mca h. Perdida de carga en la principal El cálculo de la tubería principal se puede hacer de forma semejante a la lateral, con la diferencia de que la fórmula a aplicar será: h= 1.1 J L Ya que estamos trabajando con un sistema semifijo, donde ocupamos la tubería lateral en cada posición. Existiría el valor de “F” si trabajáramos con un sistema fijo donde el número de aspersores se reemplazaría por el número de laterales y la fórmula a emplear sería h= 1.1 J F L Solución: Longitud de la principal: 12 + (24 x 9) = 228 m Caudal en la principal: 2.96 x 6 = 17.76 m3/h Pérdida de carga máxima admisible = 0.20 x 25 = 5.0 mca Elegimos el diámetro que tenga una pérdida de carga inferior a la calculada y vemos que el diámetro conveniente para la tubería principal es de 3” Si en el diseño asumido las dos alas que forman la lateral estarían funcionando con el caudal que va por el mismo tramo de la tubería principal, se tendría: Longitud de la principal: 228 m Caudal en la principal: 17.76 x 2 = 35.52 m3/h Donde la tubería elegida por tener una pérdida de carga inferior a la permitida es de 4” 226 Hablemos de riego i. Calculo de la bomba Para elegir una bomba es necesario conocer: • • El caudal requerido La altura manométrica o presión de servicio Pero es importante considerar la baja de rendimiento producida por el desgaste de la bomba, por lo que se aconseja aumentar un 10% al valor de estas dos características, así: Caudal que debemos bombear = 17.8 m3/h para cada lado de la tubería principal, es decir 35.6 m3/h de bombeo, más el 10% = 35,6+ 3.56 = 39.2 m3/h La presión de servicio total, en las condiciones más desfavorables, es decir tomando en cuenta las pérdidas de presión en las tuberías, la pérdida por diferencia de altura y la presión que se emplea para el funcionamiento de los aspersores, nos da como resultado el siguiente: • • • • Pérdidas de carga en las tuberías Línea lateral Línea principal 10% de la línea principal por succión inicial 10% de pérdida en los accesorios (T, llaves codos, reducciones ) Desniveles geométricos Succión (dato, profundidad del pozo) Elevadores (50 cm c/u, para 6 aspersores) Presión de servicio Escogida 2.5 kg /cm2 10% de desgaste de la bomba TOTAL 41.80 m.c.a 1.37 0.20 2.05 3.62 0.36 4.00 m.c.a. 6.00 3.00 9.00 m.c.a. Total 25.00 m.c.a. 38.00 m.c.a. 3.80 m.c.a. Entonces la presión requerida para que la bomba haga funcionar el sistema diseñado es de 42 m.c.a. ó 4.2 atmósferas Con estos dos nuevos valores vemos en el almacén las características de las bombas; los fabricantes generalmente presentan las características de sus bombas en forma de curvas, en las que tenemos datos de caudal, altura manométrica o presión, el porcentaje de rendimiento y potencia en función de las revoluciones por minuto Para el ejemplo, la bomba escogida es la BR – 3/23 en la que vemos que para un caudal de 39.2 m3/h y 42 mc.a. de altura manométrica, tendrá un rendimiento o una eficiencia del 62% 227 Víctor Hugo Cadena Navarro Fig No. 79 Cálculo de la bomba 22� Hablemos de riego j. Calculo del motor El cálculo de la potencia del motor se hace en tres etapas 1. Potencia neta requerida a la bomba Pn = Dónde: Pn = Potencia neta, en H.P. Q = Caudal, en m3/h P = Presión, en m.c.a. Potencia neta = 39.2 x 42 270 2. = 6.09 H.P. Potencia absorbida por la bomba Pa = Donde: Pa = Potencia absorbida, en H.P. r = Rendimiento en decimales Potencia = 39.2 x 42.0 = 9.84 H.P. 270 x 0.62 3. Potencia del motor Es la potencia aumentada en un porcentaje de seguridad para compensar las pérdidas que se producen al acoplar el motor y la bomba; esta medida de seguridad se realiza de acuerdo a los siguientes rangos: 30% para potencias absorbida por la bomba de hasta 5 H.P. 20% para potencias entre 5 y 25 H.P. 10% para potencias mayores a 25 H.P. Teniendo presente que 1 H.P. = 0.736 Kw 1Kw = 1.36 H.P. En nuestro caso si la potencia absorbida es de 9.84 H.P. el valor a aumentar es de 1.97 con lo que nuestro nuevo valor de la potencia absorbida por la bomba será de 11.81 H.P. Con este valor vemos que tipo de motor es el que vamos a utilizar, si es: Motor eléctrico tendremos una eficiencia del 87% Motor térmico ( acople directo ) del 77% Motor térmico con caja de cambios del 67% Tractor con toma de fuerza una eficiencia del 50% Si escogemos un motor eléctrico, la potencia del motor deberá ser de 11.81 H.P. / 0.87 = 13,57 H.P. que equivale a un motor eléctrico cuya potencia es de 10 Kw 22� Víctor Hugo Cadena Navarro 6.3 Riego localizado La aparición de este sistema cambió el concepto general de riego y se dice actualmente que “Riego es la aplicación artificial de agua a la zona radicular de los cultivos de forma que esta pueda ser utilizada al máximo “ Las principales características de este método de riego son: No moja la totalidad del suelo Utiliza pequeños caudales a baja presión El agua se aplica con alta frecuencia El hecho de no mojar toda la superficie del suelo hace que cambien algunas características de la relación agua-planta-suelo vista anteriormente, hay reducción de la evaporación, la distribución del sistema radical es distinta, el régimen de salinidad tiene diferente comportamiento entre otras. La alta frecuencia de aplicación del agua trae consigo importantes resultados en el rendimiento de los cultivos, ya que al estar siempre el suelo a la capacidad de campo o muy próximo a ella, las plantas absorben el agua con mucha facilidad Es un método que nos permite aplicar pequeños y frecuentes volúmenes de agua en lugares determinados del cultivo de tal forma que la infiltración se produzca sobre un área pequeña de la superficie cultivada Al no depender de condiciones edáficas ni climáticas, ya que el agua va siempre entubada hasta su aplicación en el terreno se tiene una buena eficiencia de riego Este método es apropiado para terrenos ligeros o arenosos, que por su poca capacidad de retención y alta velocidad de infiltración necesitan aportes pequeños pero frecuentes. Igualmente se obtienen mejores resultados al utilizar aguas salinas ya que la alta frecuencia permite un mayor contenido de agua útil para el cultivo en el suelo. Es el método ideal para regar con aguas recicladas, pues al no mojar la parte aérea de la planta disminuyen los riesgos de contaminación de hojas y frutos El riego localizado se refiere a: • El riego por goteo, en el que el agua se aplica mediante dispositivos que la liberan gota a gota o mediante flujo continuo, con un caudal inferior a 16 litros por hora por punto de emisión o por metro lineal de manguera de goteo. • El riego por micro aspersión en el que el agua se aplica mediante dispositivos que la echan en forma de lluvia fina, con caudales comprendidos entre 16 y 200 litros por hora por punto de emisión 6.3.1. Riego por goteo El agua es un recurso cada vez más escaso y es por eso que en todas partes del mundo se hacen grandes esfuerzos para perfeccionar las técnicas del riego que permitan economizar al máximo este recurso. Con este antecedente nace el riego por goteo y puede afirmarse que comenzó en Inglaterra después de la segunda guerra mundial (1939-1945) en invernaderos, semilleros y jardinería utilizándose como emisores micro tubos; sin embargo es en Israel durante los años 1963 y 1967 donde comienza a desarrollarse el sistema de riego por goteo que conocemos y a investigarse los efectos en diversos cultivos ( Ing. Blass ). 23� Hablemos de riego Para 1967 Goldberg y Schmueli realizaron ensayos con melones en terrenos arenosos en Arava, Israel, aplicando volúmenes similares de agua por medio de goteo, aspersión y surcos y obteniendo producciones de 100%, 55% y 56% respectivamente Los resultados obtenidos han justificado la adopción del sistema, su producción industrial y su comercialización, siendo la fábrica NETAFIM la primera empresa que se dedico al sistema de goteo basándose en que el sistema tiene: 1.- Justificación económica, por el aumento de rendimiento por hectárea a tal punto que compensa las altas inversiones 2.- Programación de riegos, usando el goteo como sistema diurno y la aspersión como sistema nocturno 3.- Recuperación de suelos, al obtener rendimientos económicos en suelos marginales Se dice que riego por goteo es “el riego de poco caudal que tiene por objetivo dar gota a gota la cantidad de agua exacta que ha perdido la planta” se dice también que es “un sistema de humedecimiento limitado del suelo, en el cual se aplica el agua únicamente a una parte del volumen del suelo ocupado por el cultivo “. Este concepto conlleva a que dependiendo del suelo y del gotero utilizado variará la forma del sistema radicular a. Las relaciones suelo – agua – planta El hecho de que el agua vaya directamente a la raíz de la planta y tenga una alta frecuencia de aplicación tienen repercusiones importantes en estas relaciones, por eso veamos que pasa al tratar de : El aprovechamiento del agua Sabemos que la evapotranspiración comprende la evaporación del agua del suelo y la transpiración de las plantas. En el riego por goteo la evaporación del agua del suelo es menor que en otros sistemas de riego, ya que solo se moja una parte de la superficie del suelo. En cambio la transpiración es mayor, ya que las plantas absorben el agua con mayor facilidad lo que da como resultado un aumento de la cosecha. En resumen con el riego por goteo hay un mejor aprovechamiento del agua (menor evaporación y mayor transpiración) y un mayor rendimiento del cultivo que en otros sistemas de riego; sumando a esto que si es bien manejado, las pérdidas por escorrentía y percolación son mínimas lo que supone un ahorro de agua El bulbo húmedo • • • La unidad de riego es el gotero; alrededor de cada gotero se forma una zona suelo húmedo, llamado “bulbo” o “cebolla” por su forma característica. Dentro este bulbo se pueden diferenciar tres zonas con distinto contenido de agua y aire: La zona saturada, situada debajo y alrededor del gotero, zona en la que hay exceso de agua y falta de aire La zona de equilibrio, donde la relación agua – aire es la óptima La zona seca, en la que existe un déficit de agua y un máximo de aire 231 de de de un Víctor Hugo Cadena Navarro Los límites del bulbo humedecido están dados por las características del suelo, que son las que determinan el movimiento del agua, y su valor está dado tanto por el radio como por la profundidad de humedecimiento La forma y tamaño del bulbo depende de cuatro factores: 1.- Suelo.- El movimiento horizontal del agua en el suelo se produce por la fuerza de la capilaridad y de esta depende la capacidad de retención del agua. El movimiento vertical del agua está determinado por la fuerza de la gravedad y responde a la velocidad de infiltración esto depende de la porosidad o sea que en un suelo arenoso el bulbo será alargado mientras que en un suelo arcilloso el bulbo será más ancho o tendrá una forma más achatada. Fig.No.80 2.- El caudal de cada emisor o la descarga del gotero .- Cuando el agua empieza a salir por el gotero se forma un pequeño charco, el suelo a su vez empieza a absorber el agua y esta a distribuirse según las fuerzas existentes ; el tamaño del charco depende del caudal que sale por el gotero y por tanto se tendrá un bulbo más horizontal con la utilización de un gotero que nos dé un mayor caudal; un gotero de 2 lt/h produce un bulbo más estrecho que uno de 4 o de 8 lt/h. Si comparamos un suelo arenoso con un arcilloso, veremos que en el primero será necesario seleccionar un gotero con mayor descarga y colocado a menor espaciamiento que en el suelo arcilloso. 3.- La duración del riego.- Al inicio del riego aumenta más la dimensión horizontal, hasta un determinado límite, pasado el cual el tamaño del bulbo aumenta en profundidad y muy poco he sentido horizontal. 4.- La frecuencia del riego.- A medida que el suelo se seca, aumenta la tensión con la cual el suelo retiene el agua, reduciendo la velocidad de movimiento de esta; por lo que el riego por goteo en un suelo seco producirá un bulbo demasiado estrecho o alargado, lo cual nos valdrá como indicador de que hay que aumentar la frecuencia del riego. 232 Hablemos de riego Fig. No.81 La salinidad Las sales contenidas en el suelo y las aportadas por el agua de riego se mantienen en disolución en el agua del suelo. La planta absorbe el agua y una pequeña parte de sales, quedando el resto en el suelo. A medida que disminuye el agua aumenta la concentración de sales, con lo cual las plantas encuentran mayor dificultad para absorber el agua. En el riego por goteo se mantiene un nivel alto de humedad y en consecuencia un bajo nivel de salinidad. Por eso se puede utilizar aguas con mayor contenido de sales que en otros sistemas de riego. �ig��o��2 La concentración de sales en el bulbo va aumentando hacia afuera, hacia el perímetro mojado del bulbo sobre todo en la parte superficial en donde se presenta con frecuencia una capa blanca salina; mientras la zona radicular de la planta se concentra en la zona húmeda de este. En el caso de cultivos anuales, cuando se tiene problemas de salinidad, se presenta el riesgo de que en la siembra siguiente las semillas se coloquen en las partes más salinas lo que haría que se dificulte la nacencia por lo que se recomienda marcar las líneas de siembra de forma tal que la siembra se efectúe siempre en el mismo lugar. En caso de lluvias aisladas o no muy fuertes, las sales del anillo superficial son arrastradas hacia el interior del bulbo por lo que se recomienda no detener el riego 233 Víctor Hugo Cadena Navarro durante la lluvia o ponerlo a funcionar inmediatamente después de acabada la lluvia con el fin de arrastrar de nuevo las sales hacia la parte exterior del bulbo Figura No.83 Localización de las sales en el riego El sistema radicular Como se dijo anteriormente en suelos arcillosos la humedad del suelo tiende a ser más horizontal que vertical por lo que la tendencia a desarrollar sistemas radiculares superficiales se agrava con el riego por goteo; debiendo para contrarrestar este caso aumentar la densidad de siembra En cultivos anuales se acostumbra colocar un lateral entre un par de hileras es decir suministrando el agua a un solo lado de las plantas, lo cual produce que las raíces se vean limitadas en su desarrollo y tiendan a crecer hacia un solo lado; ante esto las plantas son capaces de adaptarse a la situación siempre que se sobrepongan al período de germinación y de correcto anclaje; por lo que se recomienda hacer germinar el cultivo con otro sistema de riego y seguir luego con goteo Fig. No.84 Desarrollo radicular en los sistemas localizados Sin embargo números expertos han comprobado que las plantas pueden desarrollarse normalmente con un volumen de suelo inferior al que normalmente ocupan. Esto se debe a que el sistema radicular se desarrolla rápidamente en la zona húmeda disponible, haciendo que la concentración de raíces sea de 3 a 4 veces mayor que con otros sistemas de riego 23� Hablemos de riego La superposición de goteros Dada la densidad de las plantas y de sus raíces dentro de la hilera, es indispensable crear una franja continua de suelo libre de sales y esto se consigue con la superposición entre bulbos de humedecimiento adyacentes; con lo que conseguiríamos que las sales sean lavadas hacia la periferia de la franja húmeda y no se vea perjudicada la planta En los frutales recién plantados la situación es diferente, ya que una superposición de goteros significaría un consumo innecesario de agua. En estos casos se aconseja aumentar progresivamente el número de goteros de acuerdo al desarrollo del árbol y su zona radicular Como se dijo el riego por goteo, es un sistema que no moja todo el suelo; se ha comprobado que regando menos del 50% se obtienen producciones importantes; sin embargo hasta la fecha el porcentaje que deba regarse es tema de investigación. Séller y Karmelli dicen que debe ser el 33% del volumen potencial de las raíces en frutales y cifras mayores en cultivos densos. Goldberg fija en 50%. Los técnicos de la Reed Irrigation Systems señalan que es óptimo el 40% La fertirrigación En este sistema de riego, la casi totalidad de las raíces de las plantas están en la zona húmeda del bulbo; con lo que si nosotros aplicamos los abonos disueltos en el agua de riego, estamos seguros que estamos entregando lo que necesita la planta en el momento oportuno Figura No.85 Ubicación de las raíces en el bulbo húmedo b. Ventajas • • • • • Existe ahorro del agua de riego, porque aplica únicamente en la parte del suelo que se encuentra ocupada por las raíces de los cultivos, su evaporación es menor. La distribución del agua es exacta Se consigue un aumento en el rendimiento del cultivo Disponibilidad de agua, al regar con intervalos cortos, la planta puede absorber el agua en forma fácil y rápida Aplicado correctamente, tiene una elevada eficiencia de aplicación No importa las condiciones de viento 23� Víctor Hugo Cadena Navarro • • • • • • • • • • • • La cantidad de goteros empleados, nos garantizan una distribución uniforme Dificulta la aparición de malas hierbas Las labores agrícolas no se ven interrumpidas Al ser un sistema fijo, se garantiza el cumplimiento de la programación del riego y se ahorra mano de obra Se puede regar en suelos marginales; Funcionan con bajas presiones en las líneas laterales Permite la utilización de aguas de mala calidad (salinas y recicladas) La nutrición de la planta se hace en el riego Al no mojarse la parte aérea de la planta, los riesgos de contaminación son menores Al no causar escurrimiento, facilita el mantenimiento de los caminos. Es la solución para suelos de baja infiltración, ondulados o salinos Es apropiado para cultivos protegidos bajo túneles de plástico o en invernaderos c. Desventajas • • • • • • • • • • • • • Requiere de una elevada inversión inicial Como las aplicaciones del agua son menores, la planta puede sufrir un estrés hídrico con mayor facilidad No les protege a los cultivos sensibles a las heladas Necesita un continuo control y mantenimiento del cabezal, de la red y de los emisores con el fin de prevenir las obstrucciones; Puede existir problemas logísticos en la adquisición y número de accesorios a ser utilizados Pueden presentarse problemas de daños causados por animales No se tiene control visual Se necesita un personal con buen conocimiento del sistema Cuando se maneja mal el riego existe riesgo de salinización del bulbo húmedo En cultivos leñosos se puede ocasionar problemas de enraizamiento si no se maneja correctamente el bulbo húmedo Se pueden presentar problemas de anclaje en plantas altas, con frutos No se puede lavar los suelos con este sistema No se puede aplicar rentablemente en cultivos densos Los factores que influyen en la adopción de este sistema de riego se refieren a • Valor comercial del terreno y del cultivo • Existencia de cultivos protegidos bajo plástico • Explotación de lotes de malas características edáficas o químicas • Uso de agua salina • Fuente de agua de caudal limitado • Presencia constante de viento d. Componentes de la instalación Los componentes fundamentales de una instalación de riego por goteo son : • Cabezal de riego • Red de distribución • Mecanismos emisores de agua • Dispositivos de control 236 Hablemos de riego Figura No.86 Componentes de una instalación 1. 2� 3. 4. 5. 6. 7. Bomba Control Válvula de seguridad Fuente de agua Inyector de fertilizantes Manómetro de presión Primer filtro 8. Llave de paso 9. Tubería principal 10. Filtro secundario 11. Tubería secundaria 12. Tubería lateral 13. Goteros 14. Válvula selenoide El cabezal Es un conjunto de accesorios que permiten suministrar agua al sistema con un nivel adecuado de limpieza, caudal y presión, además de que permite incorporar fertilizantes. Del cabezal depende en gran parte, el éxito o fracaso del riego, ya que desde él se regula el suministro de agua y prácticas agrícolas como la fertilización y la aplicación de pesticidas. Existe una gran variedad de cabezales, aunque los elementos básicos (equipo de tratamiento del agua, filtros, equipo de fertilización) son comunes a todos ellos Está compuesto por: • • Equipo de bombeo Sistema de filtración 237 Víctor Hugo Cadena Navarro • • • • Tanque o equipo de inyección de fertilizantes Regulador de presión Válvulas de distribución y de corte Opcional: dispositivos de regulación, programación y automatización Equipo de bombeo.- Imprescindible, salvo que el agua llegue con la presión necesaria para el funcionamiento de la instalación; se componen de bomba y motor. Las bombas pueden estar accionadas por motores eléctricos, que pueden ser monofásicos para motores con potencia de entre 0.5 y 3 HP o trifásicos para motores de mayor requerimiento de potencia Fig.No.87 Bomba centrífuga Corte esquemático de una bomba centrífuga. 1a carcasa, 1b cuerpo de bomba, 2 rodete, 3 tapa de impulsión, 4 cierre del eje, 5 soporte de cojinetes, 6 eje Fig. No.88 Motor eléctrico y a combustible 23� Partes de una bomba centrífuga Hablemos de riego Sistema de filtración Para el correcto funcionamiento del riego por goteo se hace indispensable contar con agua de buena calidad, es decir que no arrastren partículas que obstruyan a los emisores Tal vez el mayor problema de este sistema de riego, es el taponamiento de los goteros, el pequeño diámetro y el trabajar con velocidad del agua muy bajas facilitan este inconveniente que puede deberse a partículas minerales, orgánicas o a precipitados químicos. La lucha contra las obturaciones comprende dos tipos de medidas: las preventivas (filtrado y tratamiento del agua) y las que se aplican cuando estas se han producido (tratamiento con ácido, presión, etc.) En la práctica una labor de prevención es el lavado del sistema con agua a presión luego de haber sido montado, debiendo tener para ello purgadores o desfogues al final de las tuberías Cuando el agua contiene una gran proporción de partículas en suspensión, hay que eliminar la mayor parte de ellas, antes de la entrada del agua al cabezal para evitar que los equipos de filtración se obstruyan frecuentemente y esto se hace con la construcción de desarenadores o con la instalación de hidrociclones. El hidrociclón consiste en un cuerpo cilíndrico, en forma de un cono invertido, en donde el agua entra tangencialmente por la parte superior provocando un movimiento de rotación lo que hace que las partículas sólidas más pesadas se proyecten sobre las paredes y desciendan al fondo donde se sitúa un depósito desde donde se las extrae con facilidad. El agua asciende por la parte central y sale por la parte superior. La pérdida de carga que ocasiona este sistema es de 3 a 5 m.c.a. Figura No.89 Hidrociclón Ya en el cabezal es necesario tener filtros y los más utilizados son los de arena y los filtros de malla o de anillos con lo que conseguimos que las partículas que lleva el agua sean retenidas en el interior de una masa porosa (filtro de arena) o sobre la superficie filtrante (filtro de malla o de anillos) Filtro de arena.- Son especialmente efectivos para retener partículas orgánicas (algas, bacterias, restos orgánicos) que se encuentran en el agua de riego; en menor escala retiene las partículas inorgánicas (arenas, limos, arcillas, precipitados químicos). Es el tipo de filtro más adecuado para filtrar aguas muy contaminadas. Este tipo de filtro se 23� Víctor Hugo Cadena Navarro coloca en el cabezal, antes de los contadores y válvulas volumétricas, ya que estos aparatos requieren de agua limpia para su correcto funcionamiento. Figura No.90 Filtro de arena Consiste en un depósito generalmente metálico de forma cilíndrica, con arena o grava de determinado tamaño de un espesor mínimo de 45 cm ya que según Castañón, a partir de un espesor de 70 a 75 cm el incremento de sustancias retenidas es despreciable. El agua entra al depósito por la parte superior y atraviesa la arena, de forma que las partículas quedan retenidas por esta, se recoge en la parte inferior a través de colectores que desembocan en la tubería de salida. El diámetro que debe tener la arena debe ser igual al diámetro del paso de agua por el gotero. Un tamaño mayor daría un filtrado deficiente y si es menor da lugar a una rápida colmatación La velocidad de filtrado no deben ser mayores a 70 m3/h de agua por m2 de filtro. Si este filtro no tiene auto lavado, se debe efectuar la limpieza del filtro cuando la diferencia de presión entre la entrada y salida del agua sea de .2 m.c.a. Para su limpieza se invierte el sentido de la circulación del agua, para lo cual se prevén de antemano las respectivas derivaciones en las tuberías de entrada y de salida. Esta operación de lavado se hace durante 5 minutos con el fin de remover bien la arena; con cierto tiempo de uso es conveniente reemplazar la arena. Filtro de mallas.- Están constituidos por un cilindro metálico o plástico anticorrosivo, que llevan en su interior un cilindro perforado recubierto de una o más mallas con orificios de tamaño variable El agua proveniente de la tubería penetra en el interior del cilindro de malla y se filtra a través de sus paredes, pasando al exterior del filtro y posteriormente a la conducción de salida; quedando las partículas filtradas al interior de la malla Figura No.91 Filtros de malla 2�� Hablemos de riego Cuanto más densas sean las mallas, menor será el tamaño de las partículas que las puedan atravesar, aunque esto signifique un mayor costo. Este filtro se colmata con rapidez por lo que se le utiliza para retener partículas inorgánicas de agua que no estén muy contaminadas La calidad del filtrado está en función del diámetro de los orificios de la malla; conociéndose como “número de mesh” el número de orificios por pulgada lineal de la malla Cuadro No.83 Equivalencia entre mesh y mm para el tamaño del orificio mesh 4 6 10 20 mm 3.5 2.5 1.5 0.8 mesh 30 50 75 120 mm 0.5 0.3 0.2 0.12 mesh 155 200 400 mm 0.1 0.08 0.35 Se admite que el tamaño de los orificios de la malla debe ser la séptima parte del tamaño del orificio del gotero o la quinta parte en el caso de microaspersión; aunque hay autores que como Castañon recomienda el uso de mallas cuyo tamaño del orificio sea la décima parte del tamaño del orificio del gotero Cuadro No.84 Mallas de acero recomendadas ( criterio 1/7 ) DIAMETRO GOTERO mm 1.50 1.25 1.00 0.90 0.80 0.70 0.60 0.50 MENOR No DEL ORIFICIO QUE MESH micras 214 65 178 80 143 115 128 120 114 150 100 170 86 200 71 250 DE La superficie de la malla se calcula en función del caudal incrementado en un 20% por seguridad y en función de los valores de la velocidad del agua a través de los orificios que se indican en el siguiente cuadro Cuadro No.85 Velocidad recomendada en filtros de malla TAMAÑO ORIFICIO micras 300 – 125 300 – 125 125 – 75 DEL CLASE DE AGUA Limpia Con algas Cualquiera VELOCIDAD m/seg 0.4 – 0-9 0.4 – 0.6 0.4 – 0.6 Estos límites de velocidad equivalen a un caudal por área neta y por área total efectiva de malla cuando esta es metálica, los mismos que se indican a continuación: 2�1 Víctor Hugo Cadena Navarro Cuadro No.86 Caudales en los filtros de malla AREA TOTAL VELOCIDAD AREA NETA 3 2 m /h /m m3/h /m2 m/seg 0.4 1440 446 0.6 2160 670 0.9 3240 1004 Tomado de Diseño de riegos de Álvarez; Ejemplo Dimensionar un filtro de malla para un caudal de Q = 62.5 m3/h y goteros de diámetro mínimo de 0.80 mm Solución: Tipo de malla.- Según el cuadro No.84; para un diámetro de gotero de 0.8 mm, se elige una malla de acero de 150 mesh con un tamaño de orificio menor que 114 micras Superficie del filtro.- El caudal incrementado un 20% es de 75 m3/h; en el cuadro No.85 vemos que para un tamaño de 114 micras la velocidad del agua recomendada está entre 0.4 y 0.6 m/s. Aceptando 0.4 m/s por ser una menor velocidad, en el cuadro No.86 se encuentra que el caudal debe ser de 446 m3/h por m2 de área total del filtro. Por tanto el filtro de malla deberá tener una superficie S = Q/A S = 75 / 446 = 0.17 m2 Vemos lo que nos ofrece el fabricante y elegimos un filtro con un diámetro de 4” por ejemplo, este tiene las especificaciones y dice que el cilindro filtrante tiene un diámetro de 0.15 m y una longitud de 0.50 m con una S = 0.24 m2 Cuando se ha instalado un filtro de arena y tenemos en el cabezal un filtro de malla o de anillos; los fertilizantes se inyectan entre estos filtros, para que se controle la formación de algas en el filtro de arena y retenga las impurezas de los fertilizantes y los precipitados que se puedan formar, con los filtros ya sean de malla o de anillos. La limpieza es manual, se saca el cilindro y se le lava con un cepillo y agua a presión; también se puede limpiarle sumergiéndole durante 12 horas en vinagre para luego lavarle con cepillo y agua a presión; aunque actualmente existen modelos de filtros que están dotados de electroválvulas y de presostatos diferenciales, que realizan la limpieza en forma automática Es importante tener presente la necesidad de que se tenga manómetros a la entrada y salida de los filtros para saber por diferencia de presión el momento que se deba hacer mantenimiento y también para tener en cuenta en el cálculo de la instalación Filtro de anillos.- Tiene la misma aplicación que el filtro de malla, utilizándose uno u otro indistintamente. Los anillos van montados sobre un soporte central hueco cilíndrico con orificios en la superficie. Los anillos se comprimen entre sí al enroscar al cilindro y el agua se filtra por los pequeños conductos formados entre dos anillos consecutivos y pasa a través de los orificios hasta el interior del soporte dejando las partículas en suspensión en estos anillos 2�2 Hablemos de riego Fig.No.92 Filtro de anillos El mantenimiento es igual al filtro de mallas; en todos ellos los fabricantes deben darnos los datos de pérdida de carga que producen los filtros en función del caudal; para saber que cuando haya una diferencia igual o superior a los 2 m.c.a. con respecto a la presión que tiene el filtro limpio es conveniente hacer el mantenimiento Tratamiento químico del agua • Algas en depósitos de agua.- Existen cuando el agua es almacenada en depósitos o embalses al aire libre; en este caso el tratamiento más efectivo es la aplicación de sulfato de cobre en la dosis de 2 a 3 gramos por m3 de agua a tratar, colocándole la solución en recipientes de plástico con agujeros en la superficie del depósito • Microorganismos en el interior de la instalación.- Se refiere a la proliferación de algas microscópicas y bacterias en el interior del sistema; para esto el tratamiento más eficaz es la cloración durante 30 a 60 minutos, por lo que este tratamiento se debe realizar al final del riego • Precipitados químicos.- Son más frecuentes los producidos por el carbonato de calcio y con menor frecuencia los producidos por compuestos de hierro, azufre o manganeso. El mejor tratamiento es el empleo de ácidos clorhídrico, sulfúrico, nítrico o fosfórico, teniendo la precaución de no mezclar los ácidos y de incorporar siempre el ácido al agua y no el agua al ácido • Precipitados provocados por la incorporación de fertilizantes.- Esto se da por la reacción entre los elementos de las distintas formulaciones o por las reacciones con los elementos que contenga el agua de riego; por eso es conveniente comprobar en primer lugar la solubilidad del fertilizante en el agua de riego que se va a utilizar; luego hay que comprobar su composición y la compatibilidad entre ellos 2�3 Víctor Hugo Cadena Navarro Tanque o equipo de inyección de fertilizantes Hace posible la fertirrigación, que es la aplicación de fertilizantes disueltos en el agua de riego, con lo que conseguimos las siguientes ventajas: Que los fertilizantes se localicen en la zona de las raíces Que los fertilizantes se suministren a la planta cuando esta los necesite Que se entregue a la planta solo la cantidad de elementos nutritivos que requiere Encontramos de diferente modelo y tamaño, pero básicamente consiste en un depósito donde se encuentra la solución fertilizante, conectada en paralelo con la tubería del agua de riego, mediante dos tomas, generalmente mangueras flexibles. La primera introduce el agua por su parte inferior y la segunda permite la salida del agua ya fertilizada. Entre ambas se instala una válvula que regula el caudal de agua que entra y pasa a través del tanque. La pérdida de carga mínima producida es de 3 mca. Este sistema es uno de los tantos que están en uso, aunque tiene el inconveniente de que la concentración de los nutrientes en el agua no es constante y conforme se va regando va disminuyendo esa concentración Se hace necesario también que haya circulado, a través del tanque, un volumen de agua igual o superior a 4 veces su capacidad, para tener la seguridad de que todo el fertilizante se ha incorporado a la red. Se puede utilizar el equipo de fertirrigación valiéndonos de una bomba de inyección, que puede ser eléctrica o hidráulica, con lo que se consigue un trabajo más preciso pero más costoso Actualmente se utiliza el tubo Vénturi para sacar el fertilizante del tanque; la ventaja con este accesorio es que se ocupa toda la preparación del tanque, la desventaja es que dependiendo de su tamaño y capacidad la pérdida de carga es mucho mayor El Venturi es un dispositivo que en su interior tiene una garganta de diámetro pequeño, de manera que el agua alcanza una velocidad tan elevada que la presión se hace negativa, creándose una diferencia de presión, entre la atmosférica y la establecida en la garganta, causante del traslado de la solución fertilizante del depósito a la garganta. Esta diferencia de presión mínimo es de 5 m.c.a. para que tenga lugar la succión. Fig.No.93 Equipo de fertirrigación . 2�� Hablemos de riego Esquema del efecto Venturi � � El efecto Venturi cuyo nombre recibe del físico italiano Giovanni Battista Venturi consiste en que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presión al aumentar la velocidad después de pasar por una zona de sección menor. Si en este punto del conducto se introduce el extremo de otro conducto, se produce una aspiración del fluido contenido en este segundo conducto. Esto se explica por el principio de Bernoulli y el principio de continuidad de masa; si el caudal de un fluido es constante pero la sección disminuye, necesariamente la velocidad aumenta. Por el teorema de la energía, que dice que si la energía cinética aumenta, la energía determinada por el valor de la presión disminuye forzosamente. Regulador de presión Sirve para convertir una presión de entrada variable en una presión de salida fija. Con la finalidad de obtener una mejor eficiencia de riego y lograr uniformidad en la profundidad del riego, en el tamaño de las gotas, en el alcance del chorro, etc. se deben incluir en el sistema, es imprescindible evitar las variaciones de presión ocasionadas por las condiciones de funcionamiento, sea por la fertirrigación, por la limpieza de los filtros o por las condiciones hidráulicas, por el bombeo, por los desniveles etc. Cuando se trata de una instalación grande éstas se deben también colocar en cabeza de los diferentes sectores de riego o sub unidades de riego Fig.No.94 Reguladores de presión La pérdida de carga que provoca el aparato, sin considerar el efecto de regulación, varía de 0,1 a 1 atmósfera. Cuando la presión de entrada es muy elevada se colocan dos o más reguladores en serie. Válvulas Son accesorios que se activan ante determinadas condiciones, su uso dependerá de la actividad que se quiera realizar, podemos necesitarlas para la distribución o corte del flujo con el fin de sectorizar si es el caso o hacer reparaciones según la necesidad. 2�� Víctor Hugo Cadena Navarro Fig.No.95 Válvulas utilizadas en el sistema Dispositivos de automatización.- Son generalmente utilizados en grandes extensiones y con ellos se busca un ahorro de agua, de energía, de mano de obra, una mayor uniformidad en el reparto del agua y una mayor flexibilidad Fertigal – Escema de Operacion Elementos tipicos en Control de Riego EC pH A B C Red de distribución Son las tuberías encargadas de conducir el agua desde el cabezal hasta las plantas. Del cabezal parte una red de tuberías que se les conocen como principal, secundarias, etc. según su orden y están instaladas en forma perpendicular a las hileras de los cultivos, suministrando agua a los laterales o tubería final de conducción Sobre la tubería de distribución se encuentran salidas, reguladores de presión y conectores para los laterales. Son tuberías de PVC (rígido) ó de mangueras de polietileno PE (flexibles) que en instalaciones pequeñas pueden ir sobre el terreno aunque se debe tener presente que su deterioro es rápido cuando está expuesto al sol Las tuberías laterales, son las tuberías de polietileno donde se ubican los goteros que están insertados a distancias fijas; instaladas paralelamente a los cultivos 2�6 Hablemos de riego La pérdida de carga que se tenga en una tubería, está relacionada con: • • • • La longitud .- a mayor longitud hay mayor pérdida de carga La descarga.- a mayor caudal habrá mayor pérdida de carga El diámetro.- a menor diámetro hay mayor pérdida de carga La calidad de la tubería.-que dependerá del número abstracto de Reynolds, que expresa al régimen de flujo del líquido, cuya fórmula es : Re = Dónde: Q = Caudal d = Diámetro de la tubería J = Viscosidad El valor del número de Reynolds es requerido para determinar el factor de rugosidad en la fórmula de D´Arcy - Weisbach Fig. No. 96 Red de distribución del agua en el sistema MECANISMOS EMISORES DE AGUA Los goteros junto a los filtros son las partes más importantes de todo este sistema de riego. Su adecuada selección garantiza el buen funcionamiento del método, para lo cual se debe considerar: • Que el gotero seleccionado aporte pequeños caudales, pero uniformes y constantes • Que las inevitables variaciones de presión les afecte lo menos posible, • Que su costo sea permisible y su fabricación garantizada • Que tenga el diámetro adecuado, capaz que se pueda evitar al máximo las obturaciones • Que sean poco sensibles a los cambios de temperatura Los emisores pueden ser goteros o cintas 2�7 Víctor Hugo Cadena Navarro FIG.No.97 Tipos de emisores El gotero es un aparato fijo en la lateral de riego, cuya misión es dejar salir el agua de una manera controlada, gota a gota o mediante un pequeño chorro El caudal depende de la presión de trabajo “H”, del exponente “x” que está en función del régimen de flujo dentro del emisor y de un coeficiente de descarga “K” que representa el caudal a una presión de 1 m.c.a. Entonces: Q = K x Hx Donde los valores de “K” y de “x” nos dan los fabricantes para cada modelo de gotero. Cuadro No. 87 Valores del exponente de acuerdo al régimen de flujo Tipo de emisor Rango en el valor del exponente de descarga Micro aspersor 0.45 – 0.60 Microjet 0.45 – 0.60 Microaspersores regulados 0.10 – 0.20 Goteros flujo laminar 0.80 – 1.00 Goteros de orificio 0.40 – 0.60 Goteros de laberinto 0.40 – 0.60 Goteros auto compensados 0.10 – 0.30 Los caudales varían entre 1 y 12 litros/hora para una presión de trabajo distinta, pero en general los caudales más empleados son los de 2, 4 y 8 l/h y aunque en teoría todos los goteros de una misma marca y modelo deberían dar el mismo caudal cuando trabajan a la misma presión y temperatura, debemos tener presente que en la práctica no ocurre así ya que el tipo de material, la temperatura, el desgaste de la maquinaria, etc. afectan a las dimensiones del gotero y por ende al caudal Para valorar la uniformidad de los goteros se ha establecido el coeficiente de variación por fabricación, según el cual se han determinado dos categorías de goteros: Categoría A, con coeficiente de variación inferior a 0.05 Categoría B, con coeficiente de variación comprendido entre 0.05 y 0.1 Se pueden clasificar y de hecho les clasifican de acuerdo a muchas características, pero diremos que las principales son: • Por su régimen de flujo, encontramos : - Laminar; cuando en la tubería las capas del líquido se deslizan independientemente la una sobre la otra, es decir el traslado del agua sigue en forma de lámina, influenciadas únicamente por la interacción entre las moléculas. Trabajan así los antiguos micro tubos y las cintas exudantes; su costo es bajo, pero no se puede controlar la descarga con exactitud ya que su 2�� Hablemos de riego funcionamiento depende también de la temperatura, a mayor temperatura se dilata el orificio; es también susceptible de obturación por lo que su uso se a tornado limitado. El valor de “x” está entre 0.8 y 1.0 y el número de Reynolds inferior a 2000 - Turbulento; al aumentar la velocidad del flujo dentro de la tubería, las láminas van en distintas direcciones, creando remolinos etc. y se mezclan entre sí, de igual manera como cuando tenemos una superficie rugosa. A este régimen pertenecen goteros como el vortex, y los de laberinto. El valor de “x” está entre 0.4 y 0.60 y Re superior a 3000 - Auto compensantes; son los que tienen un valor “x” muy cercano a cero (0.10.3) es decir aquellos que intentan tener un caudal constante independiente de la presión, para lo cual incluyen una membrana flexible que se deforma bajo la presión, disminuyendo la sección de paso. Cuando la presión varía significativamente, por ejemplo cuando cambia la pendiente del terreno, es recomendable su uso por que la variación de su caudal es mínima Fig. No. 98 Tipos de goteros por el régimen de flujo Fuente: NETAFIN 2�� Víctor Hugo Cadena Navarro • Por la fijación en la tubería.- pueden ser : - Sobre la línea; los emisores se fijan a la pared de la tubería mediante una perforación, sea directamente o a través de una tubería ciega, se les conoce también como goteros de botón (on- line) y entre ellos está el de tipo vortex - En línea; el emisor se introduce en la tubería, uniendo los segmentos cortados de la misma; puede venir de fábrica con distanciamientos ya fijados o pueden instalarse sobre el terreno, son de conducto largo (microtubo, helicoidal y laberinto), se les conoce también como goteros in-line - Integrados; el gotero queda introducido dentro de la tubería en el proceso mismo de fabricación, por tanto su separación es fija, son generalmente goteros de laberinto Fig.No.99 Tipos de gotero por la fijación en la tubería Las cintas de goteo Son las más difundidas en la producción de hortalizas y flores en el país; son fabricadas de polietileno y su durabilidad esta en relación directa con el grosor del material empleado (que fluctúa entre 0.1 mm y 0.6 mm) con las prácticas de mantenimiento que se tenga y con la calidad de agua que se emplee Estas compuestas por dos conductos paralelos, el principal que es el de transporte, de donde el agua pasa a un secundario que es el orificio de reparto y donde se tiene la primera pérdida de carga; luego el agua sale al exterior por medio de un segundo orificio. Entre los conductos, principal y secundario, hay un pequeño filtro, en tanto que el conducto secundario tiene un canal regulador de flujo turbulento que produce la segunda pérdida de carga 2�� Hablemos de riego Fig. No.100 Esquema de una cinta de goteo Estas tuberías que conducen y a la vez aplican agua, ya sea a través de unas perforaciones poco espaciadas o a través de la pared porosa, trabajan con un caudal inferior a 16 l/h por metro lineal de conducción. Hay dos tipos de estas tuberías: las mangueras o cintas de goteo con perforaciones espaciadas uniformemente y que trabajan a presiones inferiores a 10 mca y las cintas de exudación en las que el agua sale a través del material poroso del que están constituidas y trabajan a presiones comprendidas entre 1 y 3 mca con caudales de 1 a 2 l/h por metro lineal de cinta Las cintas más utilizadas actualmente tienen los goteros cada 20 cm y descargan un caudal de 5 l/h/m a una presión de trabajo de 7 mca al inicio de la cinta Dispositivos de control Se refiere a los accesorios que permiten el control de la correcta administración del sistema de riego, básicamente a los reguladores y a las válvulas de los que a lo largo de la exposición ya se habló y que resumiendo podemos decir que son aparatos que crean una pérdida de carga adicional al absorber el exceso de energía de la red, para entregar un valor constante de presión o de caudal, según su función e. Disposición de las laterales Hay muchas formas de disponer los emisores según los cultivos, lo importante es que la superficie mojada nos garantice un mayor rendimiento Las disposiciones más usuales son: 2�1 Víctor Hugo Cadena Navarro • Línea simple.- Consiste en una línea lateral portaemisores por fila de plantas, con goteros espaciados uniformemente dentro de ella Fig. No.101 Disposición en línea simple Doble línea.- Son dos líneas laterales por fila de plantas Fig. No.102 Disposición en doble línea Pero dependiendo del ancho de la cama, se puede regar con línea simple dos hileras de cultivos; o con una disposición de doble línea algunas hileras más del cultivo, como se indica a continuación. Aunque dependiendo del cultivo, podemos trabajar con tres líneas por cama 2�2 Hablemos de riego Fig. No.103 • • Disposición en línea de las laterales Con goteros multi salidas.- Se trata de goteros que dispersan el agua a través de varias salidas, provistas cada una de ellas de un microtubo que permite aplicar el agua a distancias del gotero de hasta 2 metros aproximadamente En zig-zag.- Los goteros no van instalados a distancias fijas a lo largo de toda la línea lateral, sino en las curvas formadas con la misma línea que rodea a la planta Fig.No.104 Disposición en zig-zag 2�3 Víctor Hugo Cadena Navarro • En anillos .- Los emisores van instalados en forma de aros desde una tubería de polietileno, que se insertan en la línea lateral Fig.No.105 Disposición “rabo de puerco” En cultivos poco espaciados o de marco estrecho (hortícolas) se necesita mayor número de goteros; es conveniente la línea simple o la doble línea En frutales en cambio es necesario conseguir una distribución de los puntos de goteo que se pueda ampliar a medida que crecen las plantas para obtener un desarrollo radicular acorde con la copa del árbol; en estos casos las disposiciones más recomendadas son en zigzag y en anillos, comúnmente llamado rabo de cerdo; utilizándose la distribución con goteros multi salidas para el riego en macetas f. Cálculo y diseño de una instalación Igual a lo dicho en el riego por aspersión; en el riego por goteo no se puede generalizar un diseño y en consecuencia sus cálculos; se debe trabajar para cada parcela, para cada usuario; por lo que se tratará de ver una secuencia de cálculos en base a un ejemplo específico, teniendo presente que es la decisión del técnico la que prevalecerá Necesidades netas de riego En los sistemas de riego estudiados la demanda neta (Dn) es igual a la evapotranspiración menos la precipitación efectiva ( Dn = ET – Pe ) en el sistema por goteo la precipitación efectiva no se considera dada la alta frecuencia de riego y entonces tenemos que Dn = ET Pero, en el riego por goteo el agua se aplica solo a una parte del suelo lo que hace que disminuya el valor de la evaporación. Al mojarse solo una parte del suelo, la parte que permanece seca, por radiación se calienta más y este calentamiento da lugar a una mayor emisión de calor que hace que el aire que está sobre él se caliente, dando lugar al movimiento de advección, mediante el cual el aire caliente se eleva y calienta la planta, produciendo una mayor transpiración. Todo esto conlleva a la necesidad de corregir el valor de la demanda neta en base a tres coeficientes correctores que están en relación con la localización, la variación climática y la advección y que se les conoce en su orden como K1, K2 y K3, con lo que la fórmula para el cálculo de la demanda neta quedaría de la siguiente manera: Dn = ET x K1 x K2 x K3 2�� Hablemos de riego Cálculo del coeficiente corrector por localización ( K1 ) Parte de considerar el área sombreada de la planta con relación a la superficie que ocupa la planta de acuerdo a su marco de plantación; mediante la siguiente igualdad: Área sombreada Fracción del área sombreada ( FAS ) = ------------------------------------Área que ocupa la planta O lo que es lo mismo FAS = 3.1416 x r2 / marco de plantación El valor de K1 se relaciona con el valor de FAS por las siguientes fórmulas Fórmula de Aljibury K1 = 1.34 FAS Fórmula de Decroix K1 = 0.1 + FAS Fórmula de Hoare K1 = FAS + 0.50 (1 – FAS) Fórmula de Keller K1 = FAS + 0.15 (1 – FAS) Una vez reemplazado el valor de FAS, de los resultados obtenidos de K1 se eliminan los dos valores extremos y K1 es la media de los valores intermedios Cálculo del coeficiente corrector por variación climática ( K2 ) El riego por goteo nos permite mejorar el valor de la evapotranspiración calculada, según el desarrollo de la planta o según la variación climática existente en un 15 a 20% con lo que el valor de K2 será de 1.15 o 1.20 según nuestra decisión dependiendo de la necesidad de agua que tenga la planta Cálculo del coeficiente por advección ( K3 ) El movimiento del aire caliente puede producir un microclima que afecta al cultivo. Este coeficiente corrector está en función de la naturaleza del cultivo y del área a ser regada; para lo cual nos valemos de la figura No.106 Necesidades totales de riego En los sistemas de riego antes vistos, recordemos que la demanda total es igual a la demanda neta sobre la eficiencia de aplicación ( Dt = Dn / Ea ). En el riego por goteo la eficiencia de aplicación se refiere al aporte adicional de agua que se debe dar por las pérdidas causadas por percolación profunda o por salinidad y por la falta de uniformidad del riego; transformándose en consecuencia la fórmula en: �� = Dónde: Dt = Demanda total Dn = Demanda neta Rp = Relación de percolación RL = Requerimiento de lavado CU = Coeficiente de uniformidad Los valores de percolación y lavado no se toman simultáneamente, se toma solo el de menor valor, en consecuencia: Si, Rp < (1 – RL) ���= 2�� Víctor Hugo Cadena Navarro Cuadro Nº 106: Variación del factor por advección 1.4 FACTOR DE CORRECCIÓN (KG) 1.3 Gramineas Maíz de 3 metros de alto 1.2 Arboles caducifolios con una cubierta vegetal 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.01 01 1 10 TAMAÑO DEL CAMPO: HECTAREAS Variación del factor de corrección por advención 2�6 100 1000 Hablemos de riego Valor de la relación de percolación Se asume que existe un valor por pérdida de percolación, el mismo que se ha fijado en 0.95 Valor del requerimiento de lavado Está dado por la siguiente fórmula: ���= Dónde: Rl = Requerimiento de lavado CEa = Conductividad eléctrica del agua en dS/m CEe = Conductividad eléctrica del estrato de saturación en dS/m El valor de la conductividad del estrato se refiere a la máxima disminución del rendimiento del cultivo, valores que se señalan a continuación Tolerancia de los cultivos a la salinidad en relación con la disminución de su rendimiento (FAO) Disminución del rendimiento Cultivos extensivos Algodón Arroz Cacahuete Caña de azúcar Cártamo Cebada Habas Maíz Remolacha azucarera Soja Sorgo Trigo 0% 10% 25% 50% 100% �onductividad eléctrica del e�tracto de saturación �d�/m� ��� ��� �� �� �� ��� ��� ��� ��� �� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� �0 �� ��� ��� ��� ��� ���� � �0 �� �� �� ��� ��� ��� ��� �� ��� ��� ��� ��� �0 � ��� �� �� �� ��� ��� ��� ��� �0 ��� ��� ��� ��� �� � ��� ��� �� �0 Cultivos hortícolas Apio Boniato Bróculi Calabaza Col Cebolla Espinaca Judía Lechuga Maíz dulce Melón ��� ��� ��� ��� ��� ��� � � ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� 2�7 ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� � ��� �0 � ��� ��� ��� ��� ��� ��� �� �0�� �� �� �� ��� �� ��� � �0 �� Víctor Hugo Cadena Navarro Nabo Patata Pepino Pimiento Rábano Remolacha Tomate Zanahoria 0�� ��� ��� ��� ��� � ��� � � ��� ��� ��� � ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� � ��� ��� ��� ��� ��� � ��� ��� ��� �� �0 �0 ��� ��� �� �� ��� Frutales Aguacate Albaricoquero Almendro Ciruelo Frambueso Fresa ��� ��� ��� ��� � � ��� � � ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� � ��� ��� ��� ��� � Disminución del rendimiento Granado Higuera Limonero Manzano Melocotonero Naranjo Nogal Olivo Palmera datilera Peral Pomelo Vod Zarzamora ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� � ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� � ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� �� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� �� ��� ��� ��� ��� �� �� � � ��� � � �� �� � � �� � Cultivos forrajeros Alfalfa Ballico Bersim Cebada forrajera Maíz forrajero Sorgo del Sudán Trifolium spp (trébol híbrido, ladino, rojo, fresa) � ��� ��� � ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� ��� �� �0 �� ��� �� ��� �� �� �� �0 �� �� ��� Trigo forrajero Veza ��� � � ��� �� ��� �� ��� �� �� 2�� Hablemos de riego Valor del coeficiente de uniformidad Como se indicó anteriormente, los goteros no aportan el mismo caudal, debido a factores constructivos producidos en la fabricación de los mismos, o también debido al sometimiento de distintas presiones, por lo que para saber el coeficiente de uniformidad con el que se va a trabajar nos basamos en el empleo de la siguiente fórmula: ��= Dónde; Cu = Coeficiente de uniformidad CV = Coeficiente de variación dado por la casa fabricante del gotero e = Número de goteros por planta q mi = Caudal mínimo de los goteros en una sub-unidad q me = Caudal medio de los goteros Cuando tenemos nuestras laterales en funcionamiento, lo que hacemos para determinar la uniformidad de riego es seleccionar cuatro laterales, en cada uno de estas se eligen cuatro plantas localizadas al inicio, a 1/3, a 2/3 y al final de la lateral. Si a las plantas le corresponden varios goteros se tomará una media del caudal de los mismos. Con el resultado de los 16 aforos se determina: • La media de los 4 aforos más bajos = Q mínimo • La media total = Q medio • La media de los 2 aforos más altos = Q máximo Al no contar a la mano con el dato del coeficiente de variación y para tener una idea del valor del coeficiente de uniformidad aplicamos los datos encontrados en el campo en la siguiente fórmula: CU. = ½ ( Qmi / Q me + Qme / Qma ) 100 Otra forma de conocer el coeficiente de uniformidad, es con la utilización de la siguiente tabla: Cuadro No.88 Valores de CU recomendables en riego localizado Emisor Goteros espaciados Más de 1 metro Emisores por planta Más de tres Pendiente ( i ) Uniforme ( i < 2% ) Uniforme ( i > 2% ) u ondulada CU 0.90 – 0.95 0.85 – 0.90 Uniforme ( i < 2% ) 0.85 – 0-90 Menos de tres Uniforme ( i > 2% ) u ondulada 0.80 – 0.90 Goteros espaciados Uniforme ( i < 2% ) 0.80 – 0.90 menos de 1 m, mangueras Uniforme ( i > 2%) y cintas de exudación u ondulada 0.70 – 0-85 Uniforme ( i < 2% ) 0.90 – 0.95 Difusores y Uniforme ( i > 2% ) Micro aspersores u ondulada 0.85 – 0.90 Los valores de CU se refieren a zonas áridas. Para zonas húmedas se rebaja un 10% 2�� Víctor Hugo Cadena Navarro Porcentaje del área a mojarse (A) Al no mojar toda la superficie, es necesario determinar un mínimo de superficie a mojarse para que las raíces del cultivo se desarrollen normalmente; pudiendo recomendarse los siguientes valores en porcentaje: En cultivos de marco amplio: En cultivos de marco medio: En cultivos hortícolas: 25 < 40 < 70 < A A A < 35 < 60 < 90 Los valores son tomados a 30 cm de profundidad, aunque en cultivos de raíces poco profundas la medición se hace a 15 cm. Debemos tener presente que mientras mayor sea el porcentaje de superficie mojada aunque se asegure el consumo de agua por parte de la planta, la instalación se encarecerá por el requerimiento de un mayor número de goteros Elección de los goteros Los fabricantes de goteros nos dan una gama de caudales a ser escogidos por el usuario; estos suelen estar entre 2, 4, 6, 8 y 12 l/h; sin embargo los más utilizados y los que se consiguen en nuestro mercado son los de 2, 4 y 8 lt/hora; el de 2 y 4 l/h se ocupa en horticultura mientras que si el cultivo a regar son frutales se utilizará el de 8 l/h. Los goteros pueden disponerse de dos formas: formando una línea húmeda continua o zonas húmedas alrededor de la planta; dependerá de la naturaleza del cultivo. En todo caso es conveniente tener zonas húmedas grandes, con el fin de que las raíces no tengan dificultad al atravesar la zona seca donde se sitúa el borde salino. El tamaño de la zona húmeda requerida se consigue con el solape de los bulbos húmedos El solape es el porcentaje de humedad que puede sobreponerse entre dos bulbos consecutivos con relación al radio del bulbo; es conveniente que este valor esté entre el 15 y el 30% para su cálculo se emplea la siguiente fórmula: S = (a / r) 100 S = Solape expresado en % a = Distancia recubierta por dos bulbos consecutivos r = Radio del bulbo La distancia “D” entre goteros consecutivos debe ser: D = r { 2 – (S/100)} Fig. No. 107 Bulbos con solape 26� Hablemos de riego Superficie mojada del gotero Una vez escogido el caudal del gotero con el que se va a trabajar Para saber la superficie que moja el gotero lo indicado es hacer pruebas de campo, en las que se determinará el tiempo en horas, el caudal en litros, el radio del bulbo en cm. y la profundidad del bulbo en cm. teniendo presente que la profundidad del bulbo debe estar comprendida entre el 90% y el 120% de la profundidad de la raíz. Al no poder realizar esta prueba de campo, podemos valernos de tablas establecidas que nos dan el diámetro mojado de acuerdo al espaciamiento del gotero y a la textura del suelo para los caudales más utilizados, esto es de 2, 4 y 8 lt/hora; o de cuadros como el elaborada por Karmelli y Kéller (cuadro No.89) en el que indica el porcentaje de suelo mojado en relación a la separación de los laterales, el caudal de los goteros, la textura del suelo, la separación entre goteros Existen fórmulas que nos dan un valor aproximado a la superficie mojada por los goteros en base a la textura del suelo. Son las que utilizaremos en nuestros cálculos y se refieren a que: En suelos de textura arcillosa: En suelos de textura media: En suelos de textura arenosa: d = 1.2 + 0.1 q d = 0.7 + 0.11 q d = 0.3 + 0.12 q Siendo: d = diámetro mojado por el gotero q = caudal del gotero escogido Cuadro No.89 Prof. de raíces y textura de suelo Diámetro mojado por un emisor de 4 l/h Grados de estratificación del suelo Homogéneo Estratificado en capas Diámetro mojado en metros Prof = 0,80m ligera 0,50 0,80 1,10 Media 1,00 1,25 1,70 Pesada 1,10 1,70 2,00 Ligera 0,80 1,50 2,00 Media 1,25 2,25 3 Pesada 1,70 2,00 2,50 Profundidad=1,70m Fuente: Karmelli y Kéller 261 Víctor Hugo Cadena Navarro Número de goteros por planta (n) Resulta de la siguiente expresión: n= Tiempo de duración del riego ( t ) Viene dado por la siguiente igualdad: t= Dónde: Dt = demanda total A = Superficie mojada por planta q = Caudal del gotero escogido n = Número de goteros por planta Lámina total La cantidad de agua aplicada en cada riego será igual a : Lt = q x n x t Intervalo entre riegos (I) En suelos de textura arenosa, en donde se producen bulbos angostos y profundos, debemos regar con mayor frecuencia es decir con intervalos cortos, de uno o dos riegos diarios, durante tiempos breves con un número alto de emisores. En suelos francos se suele regar una vez por día En suelos de textura arcillosa, el riego se realiza a intervalos más largos, tres o cuatro días a la semana, durante tiempos más amplios y con un número menor de emisores. Su valor se determina en base a: I= Dónde: I = Intervalo o frecuencia de riegos Lb = Lámina bruta o total Dt = Demanda total A = Área mojada de la planta Sub módulo o sub unidad de riego Para su cálculo, partimos del caudal disponible, que por lo general está en lt/seg por lo que le transformamos a lt/hora 262 Hablemos de riego Si el caudal de nuestro gotero está en la misma unidad; al dividir el caudal disponible para el caudal del gotero tendremos el número de goteros que pueden trabajar con el caudal que disponemos. Sabemos el número de goteros por planta, en consecuencia al dividir éste para el número de goteros por planta tendremos el número de plantas. Finalmente al multiplicar el número de plantas por el área que ocupa cada planta tendremos la superficie servida con este sistema de riegos, la misma que toma el nombre de Sub-unidad de riego Al conocer este dato; podemos establecer el número máximo de sub unidades que podemos regar en un día, teniendo presente que es aconsejado mantener el equipo funcionando continuamente por un tiempo menor a 22 horas Unidad de riego Se refiere a la superficie que podemos regar en un día. Tubería a utilizar La pérdida de carga máxima admisible en la sub-unidad viene dada por la fórmula hmax = Dónde: h máx. = Pérdida de carga máxima admisible, expresada en mca p = Presión media de los goteros, expresada en mca x = Exponente de descarga de los goteros Los valores de “P” y de “x” nos da el fabricante en las especificaciones sobre el gotero que se va a utilizar Esta pérdida de carga máxima admisible se reparte por igual entre los laterales y la tubería que los alimenta Para calcular el diámetro de las laterales o de la tubería de alimentación, se elige un diámetro cualquiera, se calcula la pérdida de carga y se comprueba si esa pérdida de carga es inferior a la máxima admisible, utilizando la siguiente fórmula h = 1.2 x J x F x L Dónde: h = Pérdida de carga del lateral, expresada en mca J = Pérdida de carga unitaria, expresada en m.c.a. (Cuadro No.90) F = Factor F que depende del número de goteros y de la distancia del primer gotero al origen. Puede ser que esa distancia sea igual ( x = s ) o la mitad (x = S/2) que la separación entre goteros (Cuadro No.90) L = Longitud del lateral, expresada en metros Cuando tenemos la tubería lateral escogida con un valor menor a la pérdida de carga máxima admisible; esa diferencia entre la pérdida encontrada y el valor máximo le sumamos al valor máximo admisible para encontrar la tubería de alimentación 263 Víctor Hugo Cadena Navarro (secundaria o terciaria) y procedemos de la misma manera para determinar la tubería indicada Algo adicional que debemos tener en cuenta es que la presión en el origen de la lateral, está relacionada con la topografía del terreno y para saber su valor nos valdremos de las siguientes igualdades: 1. Si la lateral es horizontal: Po = Pm + 0.73 h 2. Si la lateral es ascendente (con signo + ) : Po = Pm + 0.73h + ( Hg/2 ) 3. Si la lateral es descendente (con signo - ) : Po = Pm + 0.73h - (Hg/2 ) Dónde: Po = Presión en el origen de la lateral Pm = Presión de trabajo del gotero h = Pérdida de carga en el lateral Hg = Desnivel geométrico entre los extremos del lateral Cálculo de la bomba y el motor Procedemos de igual manera que para el riego por aspersión, teniendo en cuenta que las pérdidas de carga adicionales serán las que se tienen de los accesorios que encontremos en el cabezal, de acuerdo a los siguientes valores Pérdidas de carga en mca : Hidrociclón Filtro de grava Filtro de malla Tanque de fertilización Inyector hidráulico Inyector Vénturi Regulador de presión Válvula 2–6 2–4 1–3 1–4 4–5 5 – 20 4–6 1–3 26� Hablemos de riego Cuadro No. 90 PERDIDA DE CARGA POR ROZAMIENTO EN TUBERIA DE POLIETILENO DE BAJA DENSIDAD (en mca/1,000 m) (Prandil-Colebrook) CAUDAL litros/seg. DIAMETROS NOMINAL E INTERIOR (en mm) 12(10.3) 16(13,2) 20(16) 25(21) 0,02 14,30 4,47 5,81 0,04 46,40 14,40 11,58 1,63 0,06 93,29 28,76 19,00 3,22 0,08 153,99 47,29 27,89 5,25 2,36 0,10 227,68 69,65 38,29 7,69 1,98 0,68 0,12 313,98 95,78 50,08 10,53 2,71 0,92 0,14 412,67 125,44 63,28 13,74 3,52 1,20 0,16 158,77 77,77 17,33 4,43 1,51 0,53 0,18 195,43 93,57 21,26 5,43 1,84 0,65 0,20 235,46 110,76 25,55 6,52 2,21 0,77 0,22 278,92 129,16 30,18 7,69 2,60 0,91 0,24 325,55 148,75 35,15 8,94 3,02 1,06 0,26 375,51 169,65 40,47 10,28 3,47 1,21 0,41 0,28 428,74 191,84 46,08 11,69 3,95 1,37 0,47 0,30 485,10 215,14 52,06 13,19 4,45 1,55 0,52 0,32 239,73 58,31 14,77 4,98 1,73 0,58 0,34 265,53 64,90 16,42 5,53 1,92 0,65 0,36 292,42 71,80 18,15 6,11 2,12 0,72 0,38 320,52 79,02 19,96 6,71 2,33 0,79 0,40 349,81 86,54 21,84 7,34 2,55 0,86 0,42 380,31 94,37 23,80 7,99 2,77 0,93 0,44 412,00 102,53 25,83 8,67 3,00 1,01 0,46 444,70 110,96 27,93 9,37 3,25 1,09 0,48 478,69 119,66 30,11 10,10 3,49 1,17 0,50 128,69 32,36 10,85 3,75 1,26 0,54 147,68 37,08 12,42 4,29 1,44 0,60 178,26 44,69 14,95 5,16 1,73 0,64 200,15 50,11 16,75 5,78 1,93 0,70 235,07 58,77 19,62 6,76 2,26 0,74 259,77 64,88 21,65 7,46 2,49 0,80 298,95 74,56 24,86 8,55 2,85 0,84 326,47 81,35 27,10 9,32 3,11 0,90 369,85 92,03 30,63 10,53 3,51 0,94 400,14 99,47 33,10 11,37 3,79 1,00 447,63 11,14 36,95 12,68 4,22 1,10 131,89 43,79 15,01 4,99 1,20 154,24 51,15 17,52 5,82 1,30 178,19 59,02 20,20 6,71 1,40 203,71 67,41 23,05 7,64 1,50 230,80 76,29 26,06 8,64 1,60 259,43 85,67 29,25 9,69 1,70 289,62 95,55 32,59 10,79 1,80 321,32 105,92 36,10 11,94 1,90 116,77 39,77 13,15 2,00 128,10 43,60 14,40 26� 32(28) 40(35,2) 50(44) 63(55,4) Víctor Hugo Cadena Navarro Tabla de (continuación) CAUDAL litros/seg. DIAMETROS NOMINAL E INTERIOR (en mm) 12(10.3) 16(13,2) 20(16) 25(21) 32(28) 40(35,2) 50(44) 63(55,4) 2,20 152,22 51,75 17,07 2,30 164,99 56,05 18,49 2,40 178,23 60,51 19,95 2,50 131,94 65,13 21,46 2,60 206,13 69,91 23,02 2,70 220,77 74,83 24,61 2,80 235,89 79,91 26,29 2,90 85,15 28,00 3,00 90,53 29,76 3,50 119,71 39,27 4,00 152,61 49,97 4,50 189,18 61,83 5,00 74,84 5,50 88,99 6,00 104,27 6,50 120,76 7,00 138,15 Cálculo del Factor NUMERO F x=S x = S/2 1 1,000 1,000 2 0,639 3 NUMERO x=S x = S/2 17 0,380 0,362 0,518 18 0,379 0,361 0,535 0,441 19 0,377 0,361 4 0,486 0,412 20 0,376 0,360 5 0,457 0,397 22 0,374 0,359 6 0,435 0,387 24 0,372 0,359 7 0,425 0,381 26 0,370 0,358 8 0,415 0,377 28 0,369 0,357 9 0,409 0,374 30 0,368 0,357 10 0,402 0,371 35 0,365 0,356 11 0,397 0,369 40 0,364 0,355 12 0,394 0,367 50 0,361 0,354 13 0,391 0,366 60 0,359 0,353 14 0,387 0,365 80 0,357 0,352 15 0,384 0,364 100 0,356 0,352 16 0,382 0,363 >100 0,351 0,351 DE SALIDAS DE SALIDAS 266 Hablemos de riego Ejemplo: Diseñar un sistema de riego por goteo para una plantación de aguacate en floración, cuyo marco es de 6 x 4 mts y adicionalmente contamos con los siguientes datos: Área = 8 has Caudal disponible = 4 litros/segundo ET = 5.6 mm / día Radio de la copa del árbol = 1.6 m CEa = 4.8 dS/m CU = 0.93 Suelo de textura franca Desarrollo Demanda neta Dn = ET x K1 x K2 x K3 3.1416 x 1.602 FAS = -------------------6x4 K1 K1 K1 K1 = 0.33 = 1.34 x 0.33 = 0.44 = 0.1 + 0.33 = 0.43 = 0.33 + 0.50 ( 1 – 0.33 ) = 0.66 = 0.33 + 0.15 ( 1 – 0.33 ) = 0.43 Descartamos los valores 0.43 y 0.66 quedándonos el valor de K1 = 0.44 Como el cultivo está en floración, necesita más agua en consecuencia tomamos al valor de K2 = 1.20 En el gráfico correspondiente, con los datos área = 8 y la curva correspondiente a árboles frutales calculamos el valor de K3 = 0.95 En consecuencia: Dn = 5.6 x 0.44 x 1.20 x 0.95 Dn = 2.81 mm/día Demanda total Dn Dt =--------------------------Rp ( 1 – RL ) CU CEa RL = --------------------------2max CEe 4.8 = ----------------2x6 1 – 0.4 = 0.6 < 0.95 por lo que : 2.81 Dt =-----------------0.6 x 0.93 = 5.01 mm/día 267 = 0.4 Víctor Hugo Cadena Navarro Superficie mojada de la planta ( A ) Cultivo de marco amplio = 35 P = 0.35 x 6 x 4 = 8.4 m2 Tomamos el 35% Gotero escogido: 25 < A < caudal = 8 litros / hora; Presión = 25 mca Exponente x = 0.5201 Superficie mojada por el gotero Suelo franco d = 0.7 + (0.11 x 8) = 1.58 m Superficie = 3.1416 x 1.582 / 4 = 1.96 m2 Número de goteros por planta ( n ) Superficie mojada por planta n =-----------------------------------------Superficie mojada por gotero 8.4 = -------------- = 4 goteros 1.96 Tiempo de riego ( t ) Dt x A 5.01 x 8.4 T = ----------------- = --------------------- = 1.31 horas qxn 8 x 4 Lámina total LT = q x n x t = 8 x 4 x 1.31 = 41.92 mm/dia ( comprobando 5.01 x 8.4 = 42.0 mm/dia ) Sub- unidad de riego 4 lt/seg x 3600 = 14400 lt/hora 14400 / 8 = 1800 goteros 1800 / 4 = 450 plantas 450 x 24 = 10800 m2 = 1.08 has. 108 Si diseñamos nuestra sub-unidad de esta forma tendremos que en cada lateral tendremos 25 plantas y de cada tubería terciaria saldrán 18 laterales; con lo que se regarán las 450 plantas Unidad de riego Si decidimos trabajar 9 horas tendremos: 1.08 x 9 / 1.31 = 7.41 has Si tenemos 8 has y damos un riego diario, entonces sería: 1.31 x 8 / 1.08 = 9.70 horas 26� Hablemos de riego Cálculo de las mangueras a utilizar h = 0.1 x 25 / 0.5201 h = 4.80 m.c.a. Esta pérdida de carga se reparte entre las dos tuberías (terciaria y laterales) es decir comenzamos el cálculo de la tubería lateral sabiendo que la pérdida máxima permisible será de 2.40 m.c.a. a. Pérdida de carga en la lateral h = 1.2 JFL Longitud de la lateral = 98 m. Caudal en cada lateral = 0.22 l/s h = 1.2 x 0.030 x 0.351 x 98 h = 1.23 m.c.a. Corresponde a una tubería de 25(21) mm b. Pérdida de carga en la tubería terciaria h = 1.2 JFL Pérdida de carga máxima = 4.80 -1.23 hmax = 3.57 m.c.a. Longitud de la terciaria = 105 m Caudal a distribuir = 3.96 l/s ~ 4l/s h = 1.2 x 0.049 x 0.361 x 105 h = 2.22 m.c.a. Que corresponde a una tubería de 63(55.4) mm 26� Víctor Hugo Cadena Navarro 27� Hablemos de riego BIBLIOGRAFIA CONSULTADA • BARRERA, R. 1989 Riegos y drenajes. Ediciones Universidad Santo Tomás .Bogotá Colombia • BELTRAN, A. 1979 La técnica del riego. INERHI Quito Ecuador • BLACK C.A. 1985. Relaciones suelo planta. Editorial hemisferio sur Buenos Aires. 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Ediciones Mundi Prensa. 272 Hablemos de riego LISTA DE CUADROS RELACION SUELO-AGUA � 2 3 4 � 6 7 8 9 10 11 �� �� �� �� �lasificaci�n del tamaño de las part�culas del suelo Composición del aire Profundidad efectiva de las raíces de algunos cultivos Valores de tensión �lasificaci�n de las aguas, estados de humedad � tensi�n con �ue el agua es retenida en el suelo Valores promedios de las propiedades físicas de los suelos según la textura Contenido de humedad aprovechable según la textura de los suelos Rangos de tensión en el agua del suelo y su interpretación Lectura en los tensiómetros para decidir cuándo regar Contenido de humedad del suelo de acuerdo a la textura Estimación de la humedad �elocidad esta�ili�ada de infiltraci�n para di�ersos tipos de suelos �lasificaci�n de la infiltraci�n ��sica �o�a de datos� �elocidad de infiltraci�n �lasificaci�n de ni�eles relati�os de salinidad �� 24 28 35 44 45 46 50 50 51 52 �� �� �� �� RELACIÓN AGUA-PLANTA-CLIMA 16 17 18 19 20 21 �� �� �� �� �� �� �� �� �� �� �� 33 Factores que condicionan la Evapotranspiración Necesidades medias diarias de agua para una parcela estándar Necesidades de agua en el período punta para diferentes cultivos comparados con la de una parcela normalizada Duración del ciclo vegetativo de algunos cultivos Porcentaje diario medio de horas diurnas anuales a diferentes latitudes Duración aproximada de las fases de desarrollo �oeficiente del culti�o �c correspondiente a culti�os e�tensi�os y de hortalizas en diferentes fases de su crecimiento y según las condiciones climáticas predominantes �alores orientati�os de �c para di�erentes culti�os �alores de �c para al�al�a, pastos � tr��ol �alores de �c para �anano �alores de �c para arro� �alores de �c para caña de a��car, planta �alores de �c para la caña de a��car, soca �alores de �c para la u�a con un ��� de co�ertura del suelo �oeficiente �c de �r�oles �rutales de ho�a caduca �oeficiente de �ande�a de e�aporaci�n en �unci�n de la humedad y velocidad del viento �oeficiente de a�uste ��p� para estimular la �to en el tan�ue evaporímetro Valores aproximados de las necesidades del agua para algunos cultivos 273 63 64 65 65 75 77 79 �� �� �� �� �� �� �� �� 90 91 92 Víctor Hugo Cadena Navarro 34 35 �� �� �� �� �� 41 42 Precipitación efectiva mensual Factores de multiplicación para relacionar el valor mensual de la lluvia efectiva obtenida del cuadro No.34 con la lámina neta de riego, en mm �alores re�erenciales de las eficiencias de conducci�n � distri�uci�n �racci�n de agotamiento del agua disponi�le ��� �ficiencia de aplicaci�n del agua para di�erentes sistemas de riego �alores de eficiencia de aplicaci�n seg�n el m�todo de riego �ficiencia de aplicaci�n seg�n el m�todo de riego � grado de mane�o ��� Frecuencia de riegos en función de la lámina neta y la ET real o de culti�o�mm� Balance diario de humedad 96 97 ��� ��� 104 ��� ��� ��� 109 CALIDAD DEL AGUA DE RIEGO 43 44 45 46 47 �� �� �� 51 52 53 54 55 56 57 58 59 �� 61 Categorías de salinidad en el suelo Tolerancia de algunos cultivos a la salinidad Umbral de tolerancia a la salinidad Relación del suelo con el sodio absorbido Valores de sodio recomendados para riego �irectrices para e�aluar los pro�lemas de infiltraci�n �lasificaci�n del agua de regad�o, seg�n salinidad � sodicidad �lasificaci�n de las aguas seg�n ��� Límite de cloruros en el suelo Tolerancia de las plantas a la cantidad de sodio cambiable del suelo Sensibilidad al boro Restricciones de uso de agua de riego para problemas de toxicidad Tolerancia relativa de algunos cultivos a la concentraciones de sodio o cloruro en el agua Concentraciones permisibles de oligoelementos Tiempo de sobrevivencia de organismos patógenos y doliformes en productos agrícolas y forrajeros Valores normales en un análisis de agua Valores de a,b,c para el cálculo de A,B,C �lasificaci�n del agua de riego en �unci�n de la dure�a Los agroquímicos y el pH 117 122 122 127 128 ��� ��� ��� 133 134 134 134 135 135 136 137 139 ��� 142 MEDIDORES DE CAUDAL �� �� 64 65 66 �oeficiente de a�uste de �elocidad �alores de ��� para el �erdadero rectangular �ue �unciona Ahogado Caudal en lt/seg para varios diámetros de tubería Aforo de tuberías según la trayectoria Relación entre la longitud del aforador, la sumersión transitoria � los coeficientes � e�ponentes para el c�lculo de la descarga en condiciones de �u�o sumergido 27� ��� 165 161 162 ��� Hablemos de riego 67 68 69 Valores para la construcción de un medidor Parshall Valores de k y n Factor multiplicador para el cálculo de Qe 167 168 168 SISTEMA DE RIEGOS 70 71 �� 73 74 75 �� 77 �� �� �� 81 �� �� 84 �� �� �� 88 89 90 Elección de los métodos de riego, basada en la dotación neta de riego ��alores apro�imados� Distancia entre surcos, para algunos cultivos de la región andina �ecli�e del surco � �u�o m��imo Descarga de sifones Área de compartimentos cerrados para diferentes tipos de suelos y caudales de agua Recomendaciones del tamaño de boquillas con relación a la presión de trabajo �eparaci�n entre aspersores en condiciones espec�ficas del �iento Espaciamiento máximo entre aspersores �spaciamiento m��imo entre aspersores � laterales ��a � �l� según el porcentaje de diámetro húmedo �isminuci�n de la infiltraci�n de�ido a la pendiente del terreno �specificaciones t�cnicas de aspersores Pérdida de carga por rozamiento en tubería de aluminio �actor ��� ��ui�alencias entre mesh � mm para en tamaño del oficio Mallas de acero recomendadas �elocidad recomendada en filtros de malla �audales en el filtro de malla �alores del e�ponente de acuerdo al r�gimen de �u�o Valores de CU recomendables en riego localizado Diámetro mojado por un emisor de 4 l/h Pérdida de carga por rozamiento en tubería de polietileno de baja densidad 27� ��� 183 ��� 188 199 207 ��� 210 ��� 208 ��� ��� 224 ��� ��� 241 ��� ��� ��� 259 261 265 Víctor Hugo Cadena Navarro LISTA DE FIGURAS RELACION SUELO - AGUA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 �� �� 23 Textura de los suelos Capacidad de retención del agua en el suelo Triángulo de texturas Estructura del suelo El suelo y su estructura Composición del suelo Esquema de la distribución de las raíces Profundidad radicular Humedad gravimétrica Humedad volumétrica Curva característica de humedad Suelo saturado Suelo a capacidad de campo Punto de marchitez Clases de agua en el suelo Monograma para determinar la capacidad de campo en función de la textura del suelo Medición de la humedad con la sonda de neutrones Medición de la humedad con los bloques de yeso Medición de la humedad con tensiómetros Medición de humedad por el método del tacto �mpleo de los cilindros infiltr�metros �ur�as de infiltraci�n La salinidad de los suelos y el desarrollo de los cultivos 18 19 19 22 23 24 26 28 29 30 36 40 40 41 42 43 48 48 49 52 �� �� 59 RELACION AGUA-PLANTA-CLIMA 24 25 La evapotranspiración o necesidad de agua de los cultivos Factores climáticos que inciden en el valor de la 62 �� �� �� 29 30 evapotranspiración ��lculo del �c �redicci�n de la �to a partir del �actor ��� de �lane� � �riddle �c medio de la �ase inicial Eventos que intervienen en la evapotranspiración El agua útil 64 �� �� �� 94 101 CALIDAD DEL AGUA DE RIEGO 31 32 33 Concentración de sales en el suelo Normas de Riverside para evaluar la calidad de las aguas de Riego Diagrama para determinar el RAS de las aguas de riego y 276 117 121 Hablemos de riego �� �� estimar el valor correspondiente del PSI del suelo en el equilibrio con el agua �scala �ue identifica el p� �its para el an�lisis de las aguas 128 ��� ��� MEDIDORES DE CAUDAL 36 �� 38 39 �� 41 42 42 43 44 45 47 48 Medición directa del caudal �edici�n por el m�todo del �otador Forma de los vertederos Funcionamiento del vertedero �oeficiente ��� en relaci�n a las aristas del orificio Forma de construcción del medidor sin cuello Medidor Parshall Corrección para descargas sumergidas del medidor Parshall de �� Corrección para descargas sumergidas del medidor Parshall de �� Corrección para descargas sumergidas del medidor Parshall de �� Corrección para descargas sumergidas del medidor Parshall de �� Corrección para descargas sumergidas del medidor Parshall de �� Corrección para descargas sumergidas del medidor Parshall de ��� o mas 146 ��� 151 154 ��� 163 166 ��� ��� ��� ��� ��� ��� SISTEMAS DE RIEGO 49 50 51 �� 53 54 55 56 57 58 59 �� 61 62 63 64 65 66 67 68 69 Riego por inundación Riego por surcos Pendiente de los surcos �ra�ado de los surcos con el ni�el ��� Trazado de los surcos con la utilización de manguera Forma de la zona humedecida de acuerdo a la textura del suelo Separación de los surcos El humedecimiento del surco Empleo indebido del caudal en el surco Curvas de avance y saturación Esquema operacional del riego por melgas �s�uema �ue muestra el proceso de a�ance superficial del agua � la infiltraci�n Forma y dimensiones del lomo del dique Melgas en sentido de la pendiente Melgas en contorno Cultivo por inundación temporal Cultivo por inundación permanente Tipos de motobomba Esquema general de las tuberías empleadas en el riego Conexión y establecimiento de las tuberías laterales Aspersores con elevador y sobre la lateral 277 176 176 178 ��� 181 183 184 185 185 190 192 ��� 194 196 197 198 199 202 203 203 204 Víctor Hugo Cadena Navarro 70 71 �� �� 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 �� �� 100 101 102 103 104 ��� 106 107 Aspersores de martillo Aspersores y micro aspersores de balancín �dentificaci�n de una �o�uilla �specificaciones de un aspersor Disposición de los aspersores Diámetro de humedecimiento Efectos de la presión en la distribución del agua Algunos accesorios utilizados en el riego Esquema del riego Curva de operación de la bomba El bulbo húmedo según el tipo de suelo El bulbo húmedo Distribución típica de las sales en la zona humedecida Localización de las sales en el riego Desarrollo radicular en los sistemas localizados Ubicación de las raíces en el bulbo húmedo Componentes de una instalación Bomba centrífuga Motor eléctrico y a combustible Hidrociclón Filtro de arena Filtro de mallas Filtro de anillos Equipo de fertirrigación Reguladores de presión Válvulas utilizadas en el sistema Red de distribución del agua en el sistema Tipos de emisores �ipos de goteros por el r�gimen de �u�o �ipos de goteros por la fi�aci�n en la tu�er�a Esquema de una cinta de goteo Disposición en línea simple Disposición en doble línea Disposición en línea de las laterales Disposición en zigzag �isposici�n �ra�o de puerco� Variación del factor por advección Bulbos con solape 27� 205 205 ��� ��� 209 209 212 213 221 228 232 233 233 234 234 235 237 238 238 239 240 240 243 244 245 247 248 248 ��� ��� 251 252 253 253 253 ��� 256 258 Notas Notas Notas Notas Notas Notas Notas Notas Notas
