Tabla 6.4. Estación de filtrado. Lista de partes Nº de Descripción Catalogo Cantidad Partes 01 Hidrociclon 8 4x4 VIC 51640 1 02 Deposito de 120 lts 590120 1 04 Tanque de Fertilizante de 200 lts 1199 1 16 Filtro de disco 4 VIC 2504V 1 17 Flujometro 4 Bermad KB 4 1 10 Soporte corto 905008004 2 12 Codo de metal 90º 4 VF 934040110VF 1 12/1 Codo de metal 90º 4 VV 934040110VV 1 12/2 Codo de metal 90º 4 VV 934040110VV 1 12/3 Codo de metal 90º 4 VF 934040050VF 1 12/4 Codo de metal 90º 4 VF 934040110VF 2 12/5 Codo de metal 90º 4 VF 934040110VF 1 13/1 Adaptador 4 F 9055200000 2 33 Abrazadera Victaulic 4 905110003 6 11 Válvula de aire plástica 2 N120003 1 52/M Válvula Alivio de Presión 2 N120004 1 53/M Válvula de bola 3 B8M PM3200102 1 51/M Válvula de bola ¾ 9M1075110 2 03 Válvula mariposa 4 B8M N514006 1 8 Válvula Check 4 N236003 1 Fuente: AGROTAL, Manual de Operación y Mantenimiento. 48
6.3. CARACTERÍSTICAS DE OPERACIÓN DEL SISTEMA DE RIEGO Como se mencionó anteriormente, la finca Carmen Aurelia Espinoza está destinada exclusivamente al cultivo de lechosa y su extensión total es 4,22 has, repartidas en 12 unidades. En la Tabla 6.5, se presenta el área de cada una de las unidades, así como el número de goteros presentes en cada unidad. Tabla 6.5. Características de cada unidad de riego Unidad Área (ha) Numero de Laterales Número total de Goteros 1 0,396 13 2169 2 0,3529 14 2016 3 0,3529 14 2016 4 0,3550 14 2028 5 0,3591 14 2052 6 0,3438 14 1964 7 0,3438 14 1964 8 0,3440 15 1965 9 0,4078 15 2330 10 0,3919 15 2239 11 0,3914 15 2236 12 0,1998 8 1141 Total 4,2220 152 24120 Fuente: AGROTAL, Manual de Operación y Mantenimiento. En riego en la finca se realiza los días martes, jueves y sábado. El tiempo de riego es de 6 horas al día. Todas las unidades son regadas simultáneamente. 49
CAPITULO VII EVALUACIÓN DEL SISTEMA DE RIEGO POR GOTEO El estudio de las instalaciones de riego tiene como objetivo fundamental, evaluar la operación y uso del agua en el sistema de riego, a fin de estimar la eficiencia con que la red conduce el agua a la zona de riego y la eficiencia con que el usuario aplica el agua a las plantas. A partir de la evaluación se pueden hacer recomendaciones para mejorar el sistema de riego y así lograr un uso racional del recurso. En un sistema de riego, es fundamental obtener elevados niveles de eficiencia de aplicación, lo cual depende principalmente de la calidad del diseño y del manejo del sistema. La evaluación realizada en la zona de estudio consistió principalmente en el análisis del sistema instalado en base al diseño y operación existente; por medio de esta se analizó la uniformidad de distribución del agua dentro de la zona de riego en función del coeficiente de uniformidad; y también se analizó el patrón de humedecimiento del perfil del suelo (bulbo de humedecimiento). 7.1. OPERACIÓN ACTUAL DEL SISTEMA DE RIEGO El sistema de riego en general abarca un área de 4,22 ha. Esta dividido en 12 sectores, los cuales poseen una superficie aproximada entre 0,1998 0,4078 ha. Cada sector esta controlado por un subcabezal de 2 de diámetro, mediante el cual se apertura o finaliza una operación de riego. El sistema esta diseñado para operar en todos los sectores, con laterales de 16 mm de diámetro y con goteros separados cada 50 cm. Las válvulas se encuentran enumeradas con el fin de facilitar su ubicación en el campo. Para la evaluación del coeficiente de uniformidad se tomaron 4 unidades con problemas, las cuales fueron seleccionadas por el agricultor. Los goteros son de tipo autocompensado, con un caudal nominal de 2 l/h. 50
7.2. UNIFORMIDAD DEL RIEGO A NIVEL DE UNIDAD En riego localizado, la unidad de riego es el conjunto conformado por la múltiple y los laterales de riego. Las pruebas de uniformidad se hacen individualmente en cada unidad de riego. Una buena uniformidad es un indicativo de que todos los emisores descargan sus caudales uniformemente a las plantas. La uniformidad en la aplicación del agua a la planta es uno de los factores más importantes que determinan si un sistema de riego es o no eficiente, este factor depende principalmente de las características del emisor elegido, de la perdida de carga en la unidad de riego y del coeficiente de variación de fabricación de los emisores. En el riego localizado se adopta como medida de la uniformidad de riego el coeficiente de uniformidad (CU), el cual se expresa en la Ecuación 7.1. donde: q CU 25 100 (7.1) q a q25 = caudal medio del 25% de los emisores del menor caudal en la unidad de riego (l/h) qa = caudal medio en todos los emisores en la unidad de riego (l/h) Según Hernández y Rodrigo (1980) citado por Pérez Rodríguez (1989) la calificación del coeficiente de uniformidad para una unidad de riego se muestra en la Tabla 7.1. Un bajo coeficiente de uniformidad puede ser debido a muchas causas, que para efectos e la evaluación se pueden dividir en dos clases: 51
Causas hidráulicas, aquellas que afectan la presión de funcionamiento de los emisores y pueden consistir en un diseño inadecuado, falta de reguladores de presión, desajustes de los mismos, entre otros. Tabla 7.1. Coeficiente de uniformidad CU Uniformidad 92% o mas Excelente 87% - 92% Bueno 80% - 87% Aceptable 70% - 80% Pobre Menos del 70% Inaceptable Fuente. Pérez (1989) Baja uniformidad de los emisores, debidas a obturaciones o inadecuado coeficiente de variación de fabricación. (CV). 7.2.1. Metodología utilizada para la determinación del coeficiente de uniformidad Para realizar la evaluación se utilizó la metodología de trabajo del Servicio de Conservación de Suelo de los Estados Unidos (1984), citada por Pérez (1989), la cual consiste en seleccionar un número determinado de emisores distribuidos uniformemente dentro de la subunidad de riego representativa del conjunto de la instalación. En general, se seleccionan 16 emisores para calcular este coeficiente. Para ello, se eligieron 4 laterales, ubicados al inicio de la múltiple (lateral mas cercano al subcabezal de entrada), al final de la misma y los dos intermedios (a 1/3 y 2/3 de la longitud total de la múltiple). En cada lateral se seleccionó cuatro emisores siguiendo el mismo criterio, es decir, el más cercano y el más lejano de la toma del lateral y los dos intermedios (a 1/3 y 2/3 52
de la longitud total del lateral). En la Figura 7.1 se presenta la ubicación de los goteros seleccionados en cada unidad de riego. En cada uno de los goteros seleccionados, se midió el caudal, midiendo el volumen de agua recogido en un recipiente pequeño (se utilizó un recipiente de análisis de orina), al finalizar un intervalo de tiempo determinado (alrededor de 2 minutos). Posteriormente se calculo el caudal como: Caudal = volumen / tiempo. Primero Lateral 1 2 3 3 Último Figura 7.1. Laterales y emisores que se seleccionaron para evaluar la subunidad En las Figuras 7.2 se puede observan un detalle de la ubicación del gotero en la línea lateral, y en la Figura 7.3 se presentan detalles de la prueba de uniformidad realizadas. 53
Figura. 7.2. Ubicación de goteros en la línea lateral Figura. 7.3 Realizando la prueba de uniformidad 7.2.2. Resultado de la evaluación. En las Tabla 7.2a a la 7.2d se presentan los resultados de las mediciones de descarga en los goteros para las diferentes unidades de riego seleccionadas en la evaluación del sistema (Ver plano en Apéndice C-1), para ubicación de las unidades seleccionadas). 54
Tabla 7.2a. - Resultados de la prueba de uniformidad - Unidad 1 LATERAL Q GOTEROS Inicio 1/3 2/3 Final Inicio 1,56 1,50 1,50 1,50 1/3 1,50 1,53 1,47 1,50 2/3 1,50 1,53 1,53 1,35 Final 1,47 1,44 1,47 1,50 Q = Descarga del gotero en l/h Tabla 7.2b. - Resultados de la prueba de uniformidad - Unidad 2 LATERAL Q - GOTEROS Inicio 1/3 2/3 Final Inicio 1,50 1,38 1,38 1,38 1/3 1,35 1,38 1,47 1,38 2/3 Final 1,38 1,53 1,41 1,47 1,38 1,50 1,41 1,50 Q = Descarga del gotero en l/h Tabla 7.2 c. - Resultados de la prueba de uniformidad - Unidad 3 LATERAL Q - GOTEROS Inicio 1/3 2/3 Final Inicio 1,56 1,47 1,47 1,47 1/3 1,61 1,53 1,56 1,53 2/3 1,53 1,50 1,38 1,50 Final 1,53 1,53 1,44 1,35 Q = Descarga del gotero en l/h 55
Tabla 7.2d. - Resultados de la prueba de uniformidad - Unidad 4 LATERAL Q - GOTEROS Inicio 1/3 2/3 Final Inicio 1,56 1,62 1,65 1,62 1/3 1,68 1,65 1,65 1,71 2/3 1,68 1,71 1,62 1,68 Final 1,68 1,68 1,68 1,62 Q = Descarga del gotero en l/h La Tabla 7.3 presenta los valores del coeficiente de uniformidad obtenidos en las cuatro unidades de riego seleccionadas. Se puede observar que las unidades experimentales no presentan problemas en la uniformidad del riego ya que los valores calculados del CU se encuentran en niveles muy satisfactorios (excelentes). Es bueno recalcar que el CU solamente da indicaciones sobre la distribución uniforme del agua a las plantas. Se deben hacer otros análisis para verificar si se le está dando la dosis adecuada de agua a las plantas. Tabla 7.3. Resultados del CU para las unidades experimentales UNIDAD q25 Qm CU Calificación 1 1,43 1,49 96% Excelente 2 1,38 1,43 97% Excelente 3 1,41 1,50 94% Excelente 4 1,62 1,66 98% Excelente 7.2.3. Caudal medio en cada una de las parcelas Como se mencionó anteriormente, los valores arrojados de CU indican que el sistema esta realizando una distribución equitativa del agua a las plantas. Esto era de 56
esperarse considerando que el sistema es autocompensado, y demostrando que no existe desuniformidad, debido a posibles obturaciones de los emisores. Sin embargo, cuando se observa los valores del caudal medio presentados en la Tabla 7.3, los mismos están en un rango entre 1,43 y 1,66 l/h. Si consideramos que el caudal nominal del emisor es de 2 l/h, se puede concluir que el caudal medio erogado es menor que el caudal de diseño, lo que podría traducirse en un riego deficiente y una falta de agua a los cultivos. Al ser el gotero autocompensado, se puede decir que este caudal inferior a 2 l/h es debido a una presión deficiente a la entrada de la unidad de riego. El gotero está recibiendo el agua a una presión inferior a la presión nominal del mismo. 7.3. EVALUACIÓN DEL PATRÓN DE HUMEDECIMIENTO El agua aplicada por goteo penetra en el suelo, distribuyéndose en el perfil y adoptando una forma que se denomina bulbo de humedecimiento. Se llama patrón de humedecimiento o bulbo húmedo al volumen de suelo humedecido por un emisor de riego localizado. El movimiento del agua en el suelo determina la forma y el tamaño del bulbo húmedo, que tiene una gran importancia, ya que en él se desarrolla el sistema radical de las plantas. El agua en el suelo se mueve en todas direcciones, pero en unos casos lo hace con mayor facilidad que en otros, dependiendo de la porosidad del suelo: en los poros grandes el agua circula por su propio peso, desde arriba hacia abajo, mientras que en los poros pequeños el agua circula por capilaridad en todas direcciones (Ver Figura 7.4). Figura 7.4. Bulbo húmedo en el suelo La forma y tamaño del bulbo húmedo depende de los siguientes factores: 57
La textura del suelo. En suelos arenosos, con gran cantidad de poros grandes, el agua circula con mayor facilidad hacia abajo, mientras que en suelos arcillosos el agua se extiende con más facilidad hacia los lados. En consecuencia, en suelos arenosos el bulbo tiene forma alargada y en suelos arcillosos tiene forma achatada, tal como se muestra en la Figura 7.5. El caudal de cada emisor. Cuando el agua empieza a salir por un emisor se forma un pequeño charco, a la vez que el suelo empieza a absorber agua en toda la superficie del mismo. El tamaño del charco depende del caudal que sale por el emisor: a mayor caudal corresponde una superficie mayor del charco y, por tanto, un bulbo más extendido en sentido horizontal. Figura. 7.5. Forma del bulbo húmedo en suelos de diferente textura. El tiempo de riego. A medida que aumenta el tiempo de riego (suponiendo un caudal constante en el emisor) el tamaño del bulbo aumenta en profundidad y aumenta su tamaño en sentido horizontal hasta cierto límite dependiendo del tipo de suelo. El bulbo debe medirse en el campo una hora después de cada riego, para asegurarse de estar regando un volumen adecuado para las raíces de las plantas. 7.3.1. Determinación del patrón de humedecimiento en la finca El patrón de humedecimiento se estudia a partir de una prueba de campo, que consiste en la aplicación del agua al suelo a través de un gotero, durante un tiempo 58
determinado. Finalizada la prueba se abre una calicata y se anotan las medidas de profundidad y ancho del bulbo. La profundidad de humedecimiento va ha restringir el tiempo de riego y volumen de agua aplicado, ya que al humedecer por debajo de la zona radicular se traducen perdidas de agua por pecolación profunda. Para determinar el patrón de mojado en el campo, se realizaron tres pruebas del bulbo de humedecimiento. En cada prueba se aplicó agua a través del gotero durante un tiempo igual al utilizado como tiempo de riego en la finca (2,30 horas). Una vez realizada la prueba, se abrió una pequeña calicata y se determinó la profundidad de humedecimiento y el diámetro de humedecimiento (a una profundidad de 15 cm de la superficie). En la Figuras 7.6 y 7.7 se presentan detalles de la prueba de bulbo de humedecimiento, así como la determinación del radio de humedecimiento. El objetivo de esta prueba es comprobar que el agua humedece la zona radicular del cultivo, permitiendo así el aporte necesario de agua a las plantas y el desarrollo de las raíces para el adecuado anclaje de las plantas. Figura 7.6. Realizando las pruebas del bulbo húmedo 59
Figura 7.7. Determinación del diámetro de humedecimiento En la Tabla 7.4 se presentan los resultados obtenidos en la prueba de bulbo de humedecimiento. Tabla. 7.4. Resultados de la pruebas del bulbo de humedecimiento Tiempo de Diámetro Profundidad de Unidad riego (h) húmedo (cm.) humedecimiento 3 2,30 60 36 3 2,30 65 41 3 2,30 68 50 Es importante destacar que en base a lo observado en campo a la experiencia de los agricultores, el patrón de distribución de las raíces en la parcela desarrolla buena profundidad radicular para el cultivo de lechosa. Los resultados obtenidos indican que la profundidad de mojado en las pruebas realizadas en campo se encuentran dentro del rango de patrón de distribución de la raíces, lo cual indica que las condiciones de humedad a la que han sido sometidas las partes experimentales son apropiados para el desarrollo vegetativo. 60
7.4. FALLAS DETECTADAS EN LAS TUBERÍAS Y OTROS COMPONENTES DEL SISTEMA DE RIEGO. Durante las visitas de campo se observaron diferentes problemas presentes en el sistema tales como: Ausencia de manómetros en los centros de control o cabezal de riego. Estos son de gran importancia, ya que permiten medir la diferencia de presión entre filtros y así saber si los mismos requieren de limpieza. Los manómetros permiten saber además si existen situaciones de sobrepresión en algunos componentes de la red de riego. Parte de los emisores se encuentran obturados, debido a no efectuar una limpieza de las mangueras o laterales de riego. Fugas en mangueras mal dobladas al final de los laterales (Figura 7.8). Mangueras en mal estado presentando roturas, originando fugas en las mismas (Figura 7.8). Fugas en los subcabezales, ocasionado pérdidas de agua durante su funcionamiento. También las boquillas para medir la presión en los subcabezales, se encuentran en mal estado, siendo imposible en nuestra evaluación, medir la presión a la entrada de las parcelas (Figura 7.9 y 7.10). Figura 7.8. Mangueras dobladas originando fuga. 61
Figura 7.9. Fugas presentes en los laterales de riego. Fuga Boquillas en mal estado Figura.7.10. Subcabezal con fuga 62
CAPITULO VIII DISEÑO AGRONÓMICO CON FINES DE EVALUACIÓN El diseño agronómico de un sistema de riego constituye una de las partes más importantes, ya que determina el régimen de riego del cultivo, en función de características edáficas, climáticas y de la operación del sistema de riego. En el diseño agronómico se determina la frecuencia, lámina y tiempo de riego. Cuando se evalúa un sistema de riego previamente instalado, el diseño agronómico permite corroborar si la operación del sistema es la adecuada para satisfacer las demandas de agua de los cultivos. En otras palabras, con el diseño agronómico se puede comprobar si la lámina, frecuencia y tiempo de riego permiten aplicar el agua necesaria para el desarrollo de las plantas. En tal sentido, el diseño agronómico facilita la toma de decisiones en lo concerniente a la planificación del riego en el área, y realizar los ajustes necesarios para evitar las deficiencias o excesos de agua de riego. A continuación se presentan los pasos necesarios para la determinación del régimen de riego en la parcela. 8.1 EVAPOTRANSPIRACIÓN REAL DEL CULTIVO BAJO RIEGO LOCALIZADO (Etrl) En riego localizado, a diferencia de los riegos convencionales el valor de evapotranspiración (ETc) se ve corregido por una serie de factores que toman en cuenta el porcentaje de sombreamiento y las condiciones climáticas. En la Figura 8.1 se presenta un diagrama que muestra los pasos a seguir para la determinación de las necesidades de agua en riego localizado. 63
Figura 8.1. Esquema del cálculo de las necesidades máxima de agua en Riego Localizado. Pizarro (1990) Para determinar el valor de ETrl se utiliza la siguiente Ecuación 8.1, tomada de Pizarro (1990): 64
ETrl = Etc Kl Ka Kcc (8.1) donde: ETrl = evapotranspiración real del cultivo sometido a riego localizado [mm/ día] ETc = evapotranspiración real del cultivo [mm/ día] Kl = factor de corrección por efecto de localización Ka = factor de corrección por efecto de advección Kcc = factor de corrección climática Para determinar la Etrl se considera la evapotranspiración del cultivo (ETc) correspondiente al periodo más critico, es decir el mes con mayor evapotranspiración, que en nuestro caso corresponde a los meses febrero y marzo, ambos con un valor de 3,12 mm/día. (Ver Capitulo V) 8.1.1. Factor de corrección por efecto de localización (Kl) El efecto de localización se basa en la fracción del área sombreada por el cultivo, la cual se puede estimar conociendo el ancho de sombra generado por la planta. Para estimar Kl se puede utilizar la ecuación propuesta por Keller (1974) citado por Pizarro (1990), según la Ecuación 8.2. (8.2) donde: Kl = Coeficiente de corrección por localización Ps = Área Sombreada (%). En nuestro caso, el porcentaje de área sombreada se determinó midiendo la sombra del árbol al mediodía y utilizando la Ecuación 8.3. 65
2 ( / 4) % Ps As hs 100 100 Sp Sh Sp Sh (8.3) donde: As = área de sombreado (m). hs = diámetro de sombreado (m). Sp = separación entre plantas (m). Sh = separación entre hileras (m). Considerando una separación entre plantas e hileras de 2m x 3,5 m y un ancho de sombra de 2m, se obtuvo un valor de Ps de 60% y de la aplicación de la Ecuación 8.2 se obtuvo un Kl de 0,66. 8.1.2. Corrección por efecto de condiciones locales son: La corrección por efecto de condiciones locales se divide en dos coeficientes que Corrección por variación climática (Kcc) Cuando el valor de ET c para el cultivo estudiado se ha determinado con valores medios de los parámetros climáticos, es necesario aumentar este valor multiplicándolo por un coeficiente, de no ser así las necesidades calculadas representarían un valor medio. En este estudio se asumió un valor de 1,20 respondiendo al criterio de Hernández, citado por Pizarro (1990), que establece que se debe tomar un coeficiente entre 1,15 1,20. Corrección por advección (Ka) Este coeficiente depende del tamaño de la zona de riego, para estimar su valor se utilizo una curva publicada por la FAO (1976), citada por Grassi (1998) (Figura 8.2), que relaciona el numero de hectáreas regadas con factor de corrección por advección. 66
En nuestro caso, como el número de hectáreas regadas serán 4.22 ha, entonces el valor en el eje de las ordenadas (Ka) es de 0,94. Sustituyendo los valores obtenidos en la Ecuación 8.1, se obtuvo que la evapotranspiracion real del cultivo bajo riego localizado tiene un valor de 2,4 mm/día: ETrl = 3,12 0,66 0,94 1,2 = 2,4mm/d Figura 8.2. Variación por advección. Grassi (1998) 8.2 NECESIDADES NETAS (Nn) Debido a que en riego localizado se riega con una alta frecuencia, es común no tomar en cuenta la precipitación, debido a que es muy probable que no se presenten lluvias entre dos riegos consecutivos. Señala Pizarro (1990) que en la mayoría de los casos se cumple que las necesidades netas son iguales a la evapotranspiracion real del 67
cultivo sometido a riego localizado, principalmente para los meses de verano o sequía, donde: Nn = Etrl => Nn = 2,4 mm/día. 8.3 NECESIDADES TOTALES O BRUTAS (Nt) El cálculo de las necesidades totales basado en las necesidades netas, requiere de tener en cuenta tres parámetros como son: Pérdidas de agua por percolación (Pp) En los sistemas localizados de alta frecuencia las pérdidas de agua son casi todas debido a la percolación, debido a que las pérdidas por escorrentía se limitan a sistemas de un manejo extremo muy diferente. Las perdidas por percolación se estiman usando la Ecuación 8.4. Pp = 1 Ea (8.4) donde: Pp = perdidas por precolación [mm] Ea = eficiencia de aplicación. La eficiencia de aplicación (Ea) se estima utilizando la Tabla 8.1, en función de la textura y la profundidad radicular. En nuestro caso, para una textura media y una profundidad < 0,75 m. El valor de Ea = 0,85. Por lo tanto, las pérdidas por percolación: Pp = 1 Ea = 1 0,85 = 0,15 (15 %) 68
Tabla 8.1. Valores de Ea en climas húmedos. Textura Profundidad de raíces (m) Muy porosa (grava) Arenosa Media Fina 0,75 0,65 0,75 0,85 0,90 0,75-1,50 0,75 0,80 0,90 0,95 1,50 0,80 0,90 0,95 1,00 Necesidades de lavado (LR) Las necesidades en los sistemas localizados son un extra que hay que añadir a las necesidades netas para mantener controlada la salinidad del suelo, en una concentración no perjudicial a la planta. Para cuantificar este valor se utiliza la siguiente relación, propuesta por Pizarro (1990), bastante sencilla, pero con cierto margen de error, la misma se expresa en la Ecuación 8.5. (8.5) donde: CEi = conductividad eléctrica del agua de riego. CEe = conductividad eléctrica del extracto de saturación del suelo. La conductividad eléctrica del estrato de saturación del suelo (CEe), se refiere al valor del peligro de producción debido a la salinidad; este valor depende del cultivo y el porcentaje de producción que se espera. 69
En nuestro caso, la conductividad eléctrica del agua para riego tiene un valor de 0,51 mmhos/cm. Con respecto al valor de CEe para el cultivo de lechosa, este valor no se encuentra en las tablas de la publicación FAO-56 (Allen et al, 1998); sin embargo, considerando que la lechosa es un cultivo moderadamente tolerante a la salinidad, Trezza (2009) estimó un valor de conductividad eléctrica del estrato de saturación de 4,0 mmhos/cm, para el cultivo de lechosa, con una producción a lograr de 100%. Por lo tanto las necesidades de lavado son las siguientes: LR 0,51 2(4) 0,06 (6%) Coeficiente de uniformidad (CU) El coeficiente de uniformidad se puede fijar a volumen, pero en su elección hay que tener en cuenta que cuanto mayor sea el coeficiente de uniformidad mas uniforme será el riego, menor serán las necesidades totales y el consumo de agua será menor. En riego por goteo se aconseja un coeficiente de uniformidad del 90%. Una vez conocidos todos los parámetros descritos (Pp, LR, CU), se calculo las necesidades totales con la Ecuación 8.6. (8.6) donde: Nt = necesidades Totales [mm/día] Nn = necesidades Netas [mm/día] CU = coeficiente de Uniformidad K = es el mayor valor entre LR y Pp En nuestro caso, las necesidades totales (brutas) de riego serán: 70
Nt (1 2,4 0,15)*0,90 3,14mm/d 8.4. NECESIDADES DIARIAS (BRUTA) POR PLANTA (Ndp) ecuación: Para estimar el volumen de agua a aplicar por planta, por día, se utiliza la Ndp = Sp * Sh * Nt (8.7) donde: Ndp = necesidades Diarias por Plantas [1/planta/día] Sp = separación entre Plantas [m] Sh = separación entre Hileras [m] Nt = necesidades Totales [mm/día] Utilizando un marco de plantación conocido de 2 m. entre plantas y 3,5 m. entre hileras, se obtiene: Ndp = 2 * 3,5 * 3,14= 22 litros /planta/día Por lo tanto las necesidades por planta diarias serán de 22 1/planta/día 8.5. PORCENTAJE DE SUELO HÚMEDO (Ph) El porcentaje de humedecimiento se obtiene a través de la Ecuación 8.8: Donde: e Ah Ph 100 (8.8) Sp Sh 71
Ph = porcentaje de suelo húmedo [%] Ah = área de humedecimiento [m²] e = numero de emisores por planta Rh = radio de humedecimiento [m] El área de humedecimiento se calcula considerando el diámetro de humedecimiento obtenido en la prueba del bulbo húmedo, a través de la Ecuación 8.9: 2 Dm Ah (8.9) 4 En nuestro caso, considerando un diámetro de mojado Dm = 0,68 m, el área de humedecimiento resulta: Ah π 0,68 4 2 0,363m 2 Finalmente, el porcentaje de humedecimiento, considerando que cada planta tiene 4 goteros, es: Ph 4 0,363 2 3,5 100 20,7% Este porcentaje de humedecimiento es apenas el mínimo necesario para garantizar el anclaje de la planta, considerando que la zona tiene alta humedad. De tener problemas con el anclaje debería considerarse la posibilidad de incrementar el número de goteros o utilizar microaspersión. 8.6. LAMINA ALMANENABLE (La) Este parámetro fue calculado en el Capitulo V, donde se obtuvo el valor de 47,27 mm. La lamina almacenable total es 47.23 + 47.30 = 94.53 mm 72
8.7. LAMINA ALMACENABLE PARA RIEGO LOCALIZADO (La rl ) En riego localizado se debe ajustar la lámina almacenable considerando el porcentaje de humedecimiento (Ph), a través de la Ecuación 8.11: Ph La rl La (8.11) 100 En nuestro caso: La rl 94,53 20,7 100 19,6 mm 8.8. LAMINA NETA (Ln) Es la cantidad de agua suministrada al cultivo cuando se deja agotar un porcentaje de la lamina almacenable que se denomina (UR). Sus valores se encuentran entre 30 y 75% dependiendo del cultivo. El valor de la lámina neta (Ln), se obtuvo mediante la Ecuación 8.12. Ln UR 100 La rl (8.12) donde: Ln = lamina neta [mm] UR = umbral de riego [%] La = lamina almacenable [mm] Teóricamente las plantas pueden extraer agua hasta el PMP, sin embargo a medida que el suelo se va secando a la planta le cuesta cada vez más extraer el agua y pierde energía que puede utilizar en su desarrollo vegetal. Es por ello que cuando se riega no se deja agotar toda el agua disponible sino una porción del total de la lámina 73
almacenable. Esta porción (%), la cual se denomina umbral de riego (UR). En la Tabla 8.2 se puede ver valores comunes utilizados para el umbral de riego. Tabla 8.2. Tabla de umbral de riego Cultivo Umbral de Riego (%) Pasto 50 60% Hortícolas 40 % Mayoría de cultivos 50 % tiene: En nuestro caso, seleccionando un UR = 50 % para el cultivo de lechosa, se Ln 50 100 19,6 9,8 mm 8.9. FRECUENCIA MÁXIMA DE RIEGO (Frmax) Ecuación 8.13. Es el turno o intervalo de riego entre una y otra aplicación, viene dada por la donde: Frmax = frecuencia de riego máxima [días] Ln = lamina neta [mm] Ln FR max (8.13) ETrl Etrl =evapotranspiración real del cultivo bajo riego localizado (2,4 mm/día.) En nuestro caso: FRmax 9,8 2,4 4 dias 74
8.10. VOLUMEN DE RIEGO (Vr) Es la cantidad de agua que entrega cada emisor, se determinó a través de la Ecuación 8.14. Vr = Ndp * Fr (8.14) donde: Vr = volumen de riego [1/planta] Ndp = necesidades diarias por Planta (valor 21,98 1/planta/día) Fr = frecuencia de riego asumida [días] 8.11. TIEMPO DE RIEGO (Tr) Es el tiempo necesario para aplicar la lámina bruta calculada; depende de las necesidades del cultivo, del caudal del emisor y la dosis de riego a aplicar, se determino a través de la Ecuación 8.15. (8.15) donde: Tr = tiempo de riego [horas] e = numero de emisores por plantas (4) qa = caudal de emisor (2 l/h) 8.12. NUMERO DE TURNOS DIARIOS (Ntd) Es el número de turnos de riego que se pueden considerar diariamente en la operación del riego en la finca. Se calcula por la Ecuación 8.16: 75
To Ntd (8.16) Tr donde: Tr = tiempo de operación [horas] 8.13. RÉGIMEN DE RIEGO Como puede verse en las Ecuaciones 8.14, 8.15 y 8.16, tanto el volumen de riego, como el tiempo de riego y el número de turnos posibles al día, van a depender de la frecuencia de riego asumida. En la Tabla 8.3 se puede ver las varias opciones, asumiendo frecuencias de riego de 1, 2, 3 y 4 días, considerando el caudal de diseño el gotero de 2 l/h y un tiempo de operación diario en la finca de To = 12 horas. Tabla 8.3. Régimen de riego para varias frecuencias de riego FR (días) Vr Tr Número de turnos (litros) (horas) al día (Ntd) 1 22 2.8 4 2 44 5.5 2 3 66 8.3 1 4 88 11.0 1 8.14. EVALUACIÓN DE LA OPERACIÓN ACTUAL DEL SISTEMA DE RIEGO En la actualidad el sistema de riego opera de la siguiente forma: a) Días de Riego: martes, jueves y sábado b) Tiempo de riego: 6 horas c) Número de unidades regadas en cada turno: todas las unidades se riegan simultáneamente, es decir hay un solo turno de riego y el tiempo de operación es de 6 horas. 76
d) Frecuencia de riego: la frecuencia de riego es variable. Si se parte que el primer riego es el martes y el segundo riego es el jueves, la frecuencia de riego entre estos dos riegos es de 2 días. Entre el riego del jueves y el riego del sábado existe asimismo una frecuencia de riego de 2 días. Sin embargo, entre el riego del sábado y el riego del martes existe una frecuencia de riego de 3 días. Tanto la frecuencia de riego de 2 días, como la de 3 días son adecuadas, ya que son menores a la frecuencia de riego máxima de 4 días (Ecuación 8.13). En la Tabla 8.4 se puede observar un resumen de la operación actual del sistema de riego. Observando que el tiempo de riego utilizado en la actualidad para el riego en el día martes es insuficiente, debido a que ese día han transcurrido 3 días después del último riego (día sábado). Como el volumen de agua consumido por día es de 22 litros/árbol/día, en 3 días se han consumido 66 litros, lo que resulta en un tiempo de riego de 8,3 horas; sin embargo, en la actualidad solo se riegan 6 horas. Los riegos de los días jueves y sábado tienen un tiempo de riego superior al requerido, pudiéndose disminuir el tiempo de riego en momentos de escases de agua. Tabla 8.4. Tiempo de riego recomendado, respetando la operación actual Día de riego Días transcurridos desde ultimo Volumen de agua consumido Tiempo necesario de riego (hr) Tiempo de riego actual (hr) riego por planta Martes 3 66 8,3 6 Jueves 2 44 5,5 6 Sábado 2 44 5,5 6 Se recomienda entonces aumentar el tiempo de riego para los días Martes hasta 8.3 horas, para el periodo de máxima demanda. 77
8.15. TIEMPO DE RIEGO AJUSTADO AL CAUDAL MEDIO DE CADA PARCELA Los tiempos de riego recomendados en la Tabla 8.5 son los necesarios para satisfacer la demanda de agua del cultivo, considerando que el caudal medio de la parcela es igual al caudal nominal del gotero de 2 litros/hora. Sin embargo, en la evaluación hidráulica presentada en el Capítulo VII se observó que, en la actualidad, los goteros están descargando caudales inferiores a los de diseño, debido a presiones insuficientes a la entrada de cada unidad. En los casos donde el caudal medio de los emisores de la unidad sea inferior a los 2 l/h, los tiempos de riego deberán ajustarse según la Ecuación 8.17: q Tr _ adj Tr (8.17) q m donde: Tr: tiempo de riego (h) recomendado en la Tabla 8.5, para q = 2 l/h. Tr_adj: tiempo de riego ajustado (h) Q: caudal nominal del gotero = 2 litros/hora Qm: caudal medio real de los goteros en la unidad. De la evaluación de las unidades de riego, seleccionadas en el Capitulo VII, se obtuvo según la Tabla 7.4 los siguientes caudales medios: qm = 1,49 l/h (Unidad 1); qm = 1,43 l/h (Unidad 2); qm = 1,50 l/h (Unidad 3) y qm = 1,66 l/h (Unidad 4). Como todos estos caudales son menores al caudal de diseño de 2 l/h, los tiempos de riego deberán ser aumentados para poder aplicar el volumen de agua necesario para las plantas. En la Tabla 8.5 se presentan los tiempos de riego necesarios, si se consideran los caudales medios medidos en cada una de las unidades mencionadas. Estos tiempos de riego fueron calculados utilizando la Ecuación 8.17. Por ejemplo si se considera el tiempo necesario para regar el día martes en la Unidad 1 (qm = 1,49 l/h): 78
Tr_adj 8,3 2 1,49 11,1 horas Tabla 8.5. Tiempo de riego para diferentes caudales medios de goteros Día de riego Tiempo de riego para q =2 //h Tr_adj Unidad 1 qm=1,49 l/h (hr) Tr_adj Unidad 2 qm=1,43 l/h (hr) Tr_adj Unidad 3 qm=1,50 l/h (hr) Tr_adj Unidad 4 qm=1,66 l/h (hr) Martes 8,3 11,1 11,6 11,1 10,0 Jueves 5,5 7,4 7,7 7,3 6,6 Sábado 5,5 7,4 7,7 7,3 6,6 Observando la Tabla 8.5 se puede concluir que los tiempos de riego se incrementan considerablemente si se mantienen los caudales de riego deficitarios que se midieron durante las pruebas de uniformidad en cada unidad. Se recomienda por lo tanto realizar los correctivos mencionados en el Capítulo VII para lograr que los goteros descarguen los caudales para los que fueron diseñados originalmente. 79
CAPITULO IX CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 9.1. CONCLUSIONES La realización del presente trabajo permitió llegar a las siguientes conclusiones: La finca Carmen Aurelia Espinoza ubicada en Zaragoza, municipio Sucre parroquia Sabana de Mendoza, posee una superficie total de 4,22 ha, destinadas en su totalidad al cultivo de lechosa. El sistema de riego utilizado en la finca es un sistema de riego por goteo, con goteros tipo autocompensado, con un caudal nominal de 2 litros/hora. El sistema fue originalmente diseñado para el riego de hortalizas y fue adaptado posteriormente para el riego del cultivo de lechosa. El estudio de suelos indica que los suelos de la zona presentan una textura F, Fa. Los resultados obtenidos de la evaluación de la calidad de agua que abastece el sistema de riego señala que es de buena calidad para cualquier tipo de cultivo. El estudio de las demandas hídricas de la zona mediante el balance hídrico, refleja la necesidad del riego complementario durante todo el año, para el cultivo de lechosa. La evaluación del coeficiente de uniformidad en la finca resultó en valores mayores al 90 % en todas las unidades evaluadas, lo que señala la alta uniformidad con que trabajan los goteros en la finca. A pesar de la alta uniformidad de riego, se observó que lo goteros trabajan con presiones y caudales muy por debajo a los correspondientes a los de diseño. Se 80
midieron caudales medios de los goteros entre 1,43 y 1,66 l/h, mientras que el caudal de operación del gotero es de 2 l/h. Esto señala que existe una deficiencia de presiones a la entrada de las unidades de riego, que no garantiza la presión mínima de trabajo del emisor. De la evaluación del sistema se observaron fallas tales como: ausencia de manómetros en los centros de control o cabezal de riego; obturación en los emisores; fugas en tuberías laterales y de conducción, fugas de agua en los subcabezales de entrada a las unidades de riego; falta de boquillas para monitorear presiones en puntos de importancia en la red. La bomba trabaja a un caudal de 18,86 l/s y una presión de 4,5 atm. Sin embargo, el sistema, considerando el número total de goteros y el caudal nominal del mismo, requiere de un caudal total de 13,4 l/s. Este exceso de caudal origina un incremento de las pérdidas de carga por fricción en la tubería principal y podría explicar en parte, la falta de presión a la entrada de las unidades de riego. Del diseño agronómico se obtuvo un requerimiento bruto de riego de 22 litros/árbol/día para el periodo de máxima demanda. Considerando que cada planta posee 4 emisores, se requiere de 2,8 horas de riego al día para satisfacer las necesidades diarias de agua del cultivo. El sistema de riego opera los días martes, jueves y sábado, con un tiempo de riego de 6 horas al día, y donde se riegan simultáneamente todas las 12 unidades de riego. Este tiempo de riego es suficiente para los riegos aplicados los días jueves y sábado donde solamente han transcurrido 2 días del riego anterior. Para el riego del martes han transcurrido 3 días sin riego, siendo insuficiente el tiempo de riego utilizado en la actualidad, debiéndose incrementar a 8,3 horas. 81
9.2. RECOMENDACIONES Es indispensable la implementación de una estación meteorológica que permita contar con la información necesaria para determinar las demandas reales de los cultivos del área y poder establecer un calendario de riego apropiado a nivel diario. Es indispensable reparar los componentes del sistema que originan fugas de agua y pérdidas de presión en la red. Se recomienda que, una vez reparadas las fugas de agua y otros defectos detectados en este trabajo, ajustar la presión y caudal de la bomba para suministrar el caudal requerido de 13,4 l/s. De no ser posible esto, se debe aumentar el diámetro de algunos tramos de la tubería principal; esto con el fin de garantizar que las presiones a la entrada de las unidades permitan que los goteros trabajen a las presiones de trabajo que garanticen el caudal nominal de 2 l/h. Una vez garantizada la presión requerida en los goteros de la parcela, se deben ajustar los tiempos de riego según los días transcurridos entre dos riegos consecutivos, pudiéndose mantener los días riego utilizados en la actualidad. Como resultado de la evaluación técnica, se sugiere al productor colocar manómetros en el cabezal, salida del filtro y subcabezales para mejorar la distribución de caudales. Con fines de disminuir las pérdidas en la conducción se debe realizar los mantenimientos estipulados en el manual de operación del sistema de riego. Adicionalmente a ello en el pozo de extracción deben realizarse mantenimientos de filtros o rejillas al menos cada 4 años para disminuir el paso de partículas de arena. La dificultad para encontrar valores de Kc de ciertos rubros agrícolas tropicales durante el presente trabajo sugiere la realización de estudios de investigación serios 82
que conduzcan a la determinación de los mismos para diferentes pisos altitudinales tropicales. 83
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APÉNDICES 86
APÉNDICE A Aspectos de suelo y agua 87
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APÉNDICE C Mapa de la Finca 93