Riego Intermitente

Anales Cientficos UNALM244

DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN DISPOSITIVO DE CONTROLPARA LA APLICACIN DEL RIEGO INTERMITENTE

Miguel Angel Snchez Delgado1 Klever Vladimir Cceres Cayllahua

SUMMARY

The intermittent irrigation is a new method of application of the water at parceling level forsystems by gravity ( band or ruts), that in given conditions permits to increase notably theefficiency in the use of the water, being observed better dampness profiles in soil. The indis-pensable intermittence in the application of the water must be produced through electronicdevices of automatic control, of those which already exist some in the market. However, in ourcountry many times the farmers do not have financial neither technical capacity to employthese devices. For these reasons, it is necessary to develop an alternative device for intermit-tent irrigation, of simple operation and under cost, that could be built and modified by thefarmers according to its needs. For that reason the present investigation work has as objectiveto design and to build a prototype of a device of control for the application of the intermittentirrigation and furthermore to evaluate his operation in field. The one which was materialized inthe demonstrative area of the Department of Water and Earth Resources (D.R.A.T), belongingto the Agricultural Engineering Faculty of the Agrarian National University The Molina. Theexperiment is I effected in an area of 120 m2.

The device of control called also diabeto was developed as an alternative system, inorder to replace the electronic devices of automatic control in the application of the intermit-tent irrigation. This is an inexpensive system and of simple operation because does notrequire external energy since operates with a hydraulic load minimum. The system consistsof a storage tank equipped with siphons battery. The storage was designed to maintain in thesystem a predetermined height assuring that the water exhaust during the process of siphon

1 Profesor Asociado de la Facultad de Ingeniera Agrcola de la Universidad Nacional Agraria.

La Molina Per2 Ingeniero Agrcola

ing will be greater to the entry wealth to the storage tank; with this is guaranteed the intermit-tence properties. Its design and dimension depend on the characteristics on the unit that goesto water; as well as the wealth, available hydraulic load and of the characteristic of the soil. Inour case for an area of 120 m2 was needed a diabeto of the following characteristic:

- Area of deposit: 0,45 m2.- Height of fed: 0,35 m.- Height of to unprime: 0,042 m.- Battery of 3 siphons of f1.- Wealth of revenue: 1,35 l/seg.- Exit wealth: 5,37 l/seg.- Intermittence cycles: 102 seg.

In the diabeto, the exhaust of the intermittent wealth is produced by the automationfluctuating of the fed and to unprime of the siphons during each irrigation cycle. The diabetoworks with constant time cycles; attend an alone irrigation unit, the hidrograma of wealth thatproduces is regulated by the law of exhaust of the siphons.

The validation and set in operation of the diabeto consisted of its construction of theexperimental field and of verifying its correct operation; the one which was satisfactory. Fur-thermore to determine the distribution of water plates infiltrated throughout the irrigation unit,for something which was applied the Profile Method of humidification to what is long of therut and with this was determined the efficiency of application. The found results show thatupon applying the water in form discontinues through pulses, were achieved high efficiencyvalues of application, nearby to the 85 % in average. This indicates a high utilization of theirrigation water product of a minimization of the losses by percolation deep and superficialrunoff. Furthermore this represents a meaningful improvement by above of the 30 % reportedusing the traditional irrigation technology. For that reason the diabeto to demonstrated be anadequate option, in technical and economic feasibility.

RESUMEN

El riego intermitente es un nuevo mtodo de aplicacin del agua a nivel parcelario parasistemas por gravedad (melgas o surcos), que en determinadas condiciones permite incre-mentar notablemente la eficiencia en el uso del agua, observndose mejores perfiles dehumedad en el suelo. La indispensable intermitencia en la aplicacin del agua debe serproducida mediante dispositivos electrnicos de control automtico, de los que ya existenalgunos en el mercado. Sin embargo, en nuestro pas muchas veces los agricultores nodisponen de capacidad financiera ni tcnica para emplear estos dispositivos. Por estas razo-nes, es necesario desarrollar un dispositivo alternativo para riego intermitente, de operacinsencilla y bajo costo, que pueda ser construido y modificado por los agricultores segn susnecesidades. Por tal motivo el presente trabajo de investigacin tiene como objetivo diseary construir un prototipo de un dispositivo de control para la aplicacin del riego intermitente y


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adems evaluar su funcionamiento en campo. El cual fue materializado en el rea demostrati-va del Departamento de Recursos de Agua y Tierra (D.R.A.T), perteneciente a la facultad deIngeniera Agrcola de la Universidad Nacional Agraria La Molina. El experimento se efecto enun rea de 120 m2.

El dispositivo de control llamado tambin diabeto fue desarrollado como un siste-ma alternativo, con el propsito de reemplazar los dispositivos electrnicos de controlautomtico en la aplicacin del riego intermitente. Este es un sistema barato y de opera-cin sencilla porque no requiere energa externa ya que funciona con un mnimo de cargahidrulica. El sistema consiste de un tanque almacenamiento equipado con batera desifones. El almacenamiento fue diseado para mantener en el sistema una altura predeter-minada asegurando que la descarga de agua durante el proceso de sifoneo sea mayor alcaudal de entrada al tanque de almacenamiento; con ello se garantiza las propiedades deintermitencia. Su diseo y dimensionamiento dependen de las caractersticas de la unidadque se va a regar; as como el caudal, carga hidrulica disponible y de la caracterstica delsuelo. En nuestro caso para un rea de 120 m2 se necesit un diabeto de las siguientescaractersticas:

- Area de depsito: 0,45 m2.- Altura de cebado: 0,35 m.- Altura de descebado: 0,042 m.- Batera de 3 sifones de f 1 .- Caudal de ingreso: 1,35 l/seg.- Caudal de salida: 5,37 l/seg.- Ciclos de intermitencia: 102 seg.

En el diabeto, la descarga del caudal intermitente se produce por la automatizacinfludica del cebado y descebado de los sifones durante cada ciclo de riego. El diabeto trabajacon ciclos de tiempo constante; atiende una sola unidad de riego, el hidrograma de caudalque produce est regulado por la ley de descarga de los sifones. La validacin y puesta enoperacin del diabeto consisti en su construccin en el campo experimental y en verificarsu correcto funcionamiento; la cual fue satisfactorio. Adems determinar la distribucin delminas de agua infiltradas a lo largo de la unidad de riego, para lo cual se aplic el Mtodode perfil de humedecimiento a lo largo del surco y con ello se determin la eficiencia deaplicacin. Los resultados encontrados muestran que al aplicar el agua en forma discontinuamediante pulsos, se lograron altos valores de eficiencia de aplicacin, cercanos al 85 % enpromedio. Esto indica un alto aprovechamiento del agua de riego producto de una minimizacinde las prdidas por percolacin profunda y escurrimiento superficial. Adems esto represen-ta una mejora significativa por encima del 30 % reportado usando la tecnologa de riegotradicional. Por tal motivo el diabeto a demostrado ser una opcin adecuada, en factibilidadtcnica y econmica.

I. INTRODUCCIN

Desde fines de la dcada de los 70, en zonas semiridas de los EEUU (Texas,California, etc.), se han realizado pruebas en riego intermitente que han puesto demanifiesto, tanto a nivel de parcelas experimentales como en el de las reas deproduccin, muchas ventajas, frente a los mtodos convencionales de descarga con-tinua en sistemas de riego por gravedad. En el presente trabajo de investigacinpretendemos plasmar el riego intermitente de una manera sencilla y a bajo costopara parcelas de pequea a mediana extensin.

1.1 ObjetivosEl objetivo del presente trabajo es:

Disear y construir el dispositivo de control para el riego intermitente.

Evaluar el funcionamiento del dispositivo de control diseado.

II. REVISIN DE LITERATURA

2.1 Descripcin del Riego Intermitente

El riego intermitente, es un mtodo de aplicacin del agua a nivel parcelariopara sistemas por gravedad. Su empleo se basa en el suministro del agua alos surcos o melgas mediante etapas sucesivas de flujo y suspensin deste, por lo que se requiere de dispositivos electrnicos automticos que per-mitan la descarga intermitente; que en determinadas condiciones permite in-crementar notablemente la eficiencia en el uso del agua. Por ello a demostra-do ser una opcin adecuada, en factibilidad tcnica y econmica. En la figuraNo 1 podemos apreciar grficamente las diferencias sustanciales del riegocontinuo y el riego intermitente en el que se puede destacar que el perfil dehumedecimiento en el riego intermitente es mas uniforme que el riego conti-nuo.



Figura No 1 Diferencia en la aplicacin del agua en el perfil de humedecimientode la zona radicular entre el riego continuo y riego intermitente.

2.2 Dispositivo de control para la aplicacin del riego intermitente

Como alternativa a los dispositivos electrnicos automticos existen los dispo-sitivos de control de riego intermitente tambin conocido como diabeto, bsica-mente esta compuesto de un tanque de almacenamiento provisto de sifones, queen conjunto producen las descargas de intermitencia y el sistema de alimenta-cin de agua al tanque. En la figura No 2 se puede apreciar al dispositivo decontrol hidrulico.

El dispositivo para su funcionamiento no requiere energa externa, porque funcio-na con un mnimo de carga hidrulica y la descarga del caudal intermitente seproduce por la automatizacin hidrulica del cebado y descebado de la batera desifones durante cada ciclo de riego.

Agua aplicada paraalcanzar el fin del surco

Z ona Radicular

Agua adicional para com pletar elperfil radicular

E l agua se p ierde por debajo de las ra c es ycom o esc orren ta

C on c ic los s e us a m enos agua y s econtro la la esc orrenta

Agua aplicada para alcanzarel fin de surco

Agua adicional para com pletar el perfilrad icular

R IE G O C O N T IN U O R IE G O IN T E R M IT E N T E

Cuando se sum inistra agua al surco deform a continua el avance se producelentam ente, con lo cual la oportunidadde in filtracin es grande en losprim eros tram os, reducindoseprogresivam ente a lo largo del surco.Al sum inistrar agua adicional paracom pletar el perfil radicu lar en lostram os finales, se producen prdidaspor perco lacin a lo largo del surco ypor escurrim iento al final del surco.

La aplicacin del agua por pulsosperm ite una infiltracin m enosprofunda, sin exceder el perfil de lazona radicular. Esto perm iteuniform izar el riego usando m enosagua que el em pleado en el riegocontinuo; controlar la escorrenta a lfina l de los surcos y lograr eficienciascom parables al riego por aspersin.

Z ona Radicular

Figura No 2 Dispositivo de control hidrulico

2.3 Ecuaciones generales de diseo del dispositivo de controlEl diseo esta en funcin del tiempo de vaciado, (tiempo de riego en cada intermi-tencia) y este a su vez es funcin de la prueba de avance en el rea a regar, elcaudal y la carga hidrulica disponible. Con esta informacin y con ayuda deformulas se calcula la carga de descebado, el nmero de sifones a utilizar y elrea en planta del dispositivo de control intermitente.

La carga de descebado, se calcula con la ecuacin:

cd hh 12.0=

Donde hc es carga disponible en (m)

El rea de los mo sifones por utilizar, se realizo con la ecuacin:

cghmQA2

6.3 0

=

Donde Qo es el caudal disponible, m es el coeficiente de descarga, g es la acele-

racin de la gravedad y hc es la carga disponible.

Qo : Caudal de ingreso. Qs : Caudal de salida. hc : Altura de cebado. Hd : Altura de descebado. e : espacio libre.

Qo

Depsito de agua Qs

Sifones



Finalmente el calculo del rea en planta del deposito se determina con la si-guiente expresin:

)(0

dc

v

d hhQt

A

=

Donde: Ad es el rea disponible del dispositivo, tv es el tiempo de vaciado, Qoes el caudal disponible, h

c es la carga disponible y hd es la carga de

descebado.

III. MATERIALES Y MTODOS

3.1 Materiales

Para la realizacin del estudio se utiliz los siguientes materiales: Plano topogrfico a escala 1/100. Unidad de sistema de bombeo. Herramientas de campo (pala, pico, etc.). Herramientas de construccin (batea, badilejo, plancha de batir, plancha

de empastar, wincha, nivel, cordel, etc.). Materiales de construccin (ladrillo kinkon, arena gruesa, arena fina, ce-

mento, yeso, etc.). Tubera PVC y tubera flexible de 1 . Semilla Certificada de Maz Chala PM-102. Registros meteorolgicos de la Estacin Alexander Von Humbolt de la

UNALM, por un perodo de 10 aos(1987-1997). Material de escritorio y una computadora pentium 200 MHz.

3.2 MetodologaLa metodologa del presente estudio s dividi en tres fases.

3.2.1 Fase 1

Ubicacin del campo experimental. Muestreo y anlisis de suelo. Prueba de infiltracin y avance. Determinacin de la lmina de agua del cultivo de maz para la prueba del

dispositivo diseado.

3.2.2 Fase 2

Diseo hidrulico del dispositivo de control. Construccin del dispositivo de control.

3.3.3 Fase 3

Evaluacin del funcionamiento del dispositivo de control. Determinacin del perfil de humedecimiento.

IV. RESULTADOS Y DISCUSIN

4.1 Ubicacin del campo experimental

El experimento se realiz en el rea demostrativa del Departamento de Recursosde Agua y Tierra (D.R.A.T), perteneciente a la facultad de Ingeniera Agrcola dela Universidad Nacional Agraria, ubicada en el distrito de la Molina, provincia deLima y departamento de Lima. El experimento se realizo en una superficie de120 m2.

4.2 Caractersticas fsicas del suelo

Textura: Suelo Franco Arenoso. Capacidad de Campo: 18.0 %. Punto de Marchitez Permanente: 8.92 %. Densidad Aparente: 1.47 gr/cm3.

4.3 Lminas de riego

En el cuadro No 1 se presenta los resultados de la demanda mensual de aguapara el cultivo de maz el cual se utilizo para evaluar el dispositivo de controlintermitente diseado.

Cuadro No 1 Demanda mensual de agua del cultivo de maz

Prof. Desuelo (cm)

cc

(%)I

(%)Dap.

(gr/cc)May Jun Jul Ago Set

0-3030-6060-90

18.5218.42 17.80

9.9310.0611.16

1.451.47

1.47

1.25 3.74 3.743.68

3.743.682.93

3.743.682.93

Lamina neta (cm) 1.25 3.74 7,42 10,35 10.35Frecuencia de riego (das) 8 15 15 15 20

Caudal por surco (l/s) 1 1 1 1 1Volumen a Aplicar por surco (l) 150.0 448.8 890.4 1242.0 1242.0

Tiempo de Riego (min.) 2.50 7.48 14.84 20.70 20.70



La evaluacin del dispositivo se efectu para las laminas correspondientes paralos meses de mayo y junio periodo en el cual el cultivo entra en mximo deexigencia en el consumo del agua por el desarrollo vegetativo del mismo.

4.4 Diseo del dispositivo de control intermitente

El dispositivo de control intermitente diseado presenta las siguientes caractersticas:

Caudal disponible: Qo = 1.35 l/s Carga disponible: hc = 0.35 m Carga de descebado: hd = 0.042 m Tiempo de vaciado: tv = 1.70 min. (102 seg.) Area de mo sifones : As = 0.00309 m2/m. Area del depsito: Ad = 0.45 m2 Nmero de sifones: 3 sifones de 1 pulgadas

Con ayuda del cuadro No 2 y el rea de mo sifones se determina el numero desifones a usar en el experimento, por disponibilidad comercial de dimetros,se seleccionaron tres opciones posibles: dos sifones de 1 , tres de 1 3/7 ocuatro de 1 pulgadas.

Cuadro No 2 Dimetros posibles de sifones

DimetrosSifonesM

Area/sifnAs D (m) D (cm) D (pulg) D (pulg)

12345678910

0.003090.001550.001030.000770.000620.000520.000440.000390.000340.00031

0.06280.04440.03620.03140.02810.02560.02370.02220.02090.0198

6.284.443.623.142.812.562.372.222.091.98

2 1 1 3/71 1 1/9

11

7/85/67/9

2.471.751.431.241.101.010.930.870.820.78

Figura No 3 Vista de planta

Figura No 4 Vista en elevacin



4.5 Evaluacin del funcionamiento del dispositivo de control

Su validacin y puesta en operacin consisti en verificar que funcionara correctamente y en medir los siguientes aspectos, previstos en el diseo:

Cebado de los sifones. Descebado de los sifones. Tiempo de vaciado hacia el canal de descarga. Tiempo de llenado a la cmara de carga o depsito.

4.5.1 Cebado y descebado de los sifones

Para probar el funcionamiento del diabeto, se ensayaron varias combina-ciones de dimetros y materiales de los sifones. Se concluy que lamejor combinacin es usar como sifones manguera flexible de 1 dedimetro. Las dimensiones de tubera escogidas hizo que el cebado seproduzca de manera sencilla. Adems, se obtuvo una batera de 3 sifo-nes que por su nmero, hizo muy verstil el funcionamiento del diabeto.

4.5.2 Comportamiento del flujo durante el riego

En los cuadros No 3 y 4 se aprecia los ciclos o pulsos de riego con eltiempo requerido para cubrir la lmina de agua de 3.74 cm y 7.42 cmpara una longitud de surco de 15 m. El tiempo total de llenado y devaciado del dispositivo de control en promedio de 17 minutos para elrequerimiento de 3.42 cm con 5 pulsos y de 31 minutos para el requeri-miento de 7.42 cm con 9 pulsos.

Cuadro No. 3. Numero de pulsos y el tiempo requerido para cubrir lalmina de agua de 3.74 cm.

NPulsos

Tiempo Vaciado(min)

Tiempo Llenado(min)

12345

1.711.701.691.701.71

1.701.691,701.701.70

Tiempo Prom. (min) 1.70 1.70Tiempo Total (min) 8.51 8.49

Cuadro No 4 Nmero de pulsos y el tiempo requerido para cubrir la lminade agua de 7.42 cm.

NPulsos

Tiempo Vaciado(min)

Tiempo Llenado(min)

123456789

1.711.691.701.701.701.701.711.701.70

1.701.701.701.701.711.701.691.701.70

Tiempo Prom. (min) 1.70 1.70Tiempo Total (min) 1.31 15.30

4.5.3 Tiempo de avance del riego por pulsosEn el cuadro No 5 y figura No 5 se presenta el tiempo de avance delriego por pulsos, en el se puede apreciar que en el primer pulso elavance del agua es de 6 m en 1.70 minutos, en el segundo pulso elavance del agua es de 8m en el mismo tiempo y en el tercer pulso elagua de riego cubre hasta los 14 m en 1.70 minutos notndose que amedida que el suelo esta humedecido el avance es favorecido porqueencuentra un suelo con procesos fsicos que facilitan el avance delagua y una infiltracin uniforme este proceso se puede visualizar mejor en la figura No 6.

Cuadro No 5 Tiempo de avance del riego por pulsosTiempo (min.) y N PulsosLong. Surco

(m) 1 2 302468

101214

1.501.561.651.70

1.501.551.621.681.70

1.501.521.551.581.601.631.651.70



Figura No 5 Tiempo de avance del riego por pulso

1.45

1.50

1.55

1.60

1.65

1.70

1.75

1.80

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Longitud de Surco (m)

Tiem

po (m

in)

1 2 3

Frente de hum edecim iento



Lm ina de riego


Lm ina de riego

Lm ina de riego

Lm ina de riego

Figura No 6 Comportamiento del flujo durante el riego intermitente

4.5.4 Perfil de humedecimiento a lo largo del surco

En la figura No 7 se presenta los perfiles de humedad obtenidos du-rante la evaluacin del sistema de control diseado para una lminade riego de 3.74 cm en 15 m de longitud de surco se necesita 5pulsos en 8.5 minutos y 9 pulsos para una lamina de riego de 7.42 cmen 15.30 minutos para la longitud del surco de 15 m.

Figura No 7 Perfil de humedecimiento para cubrir una lmina de 3.75 cm

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

00 2 4 6 8 10 12 14 16

Longitud del surco (m)

Hum

edad

(cm)

1er Pulso 2do Pulso 3er Pulso 4to pulso 5to pulso

Figura No 8 Perfil de humedecimiento para cubrir una lmina de 7.42 cm

-12

-10

-8

-6

-4

-2

00 2 4 6 8 10 12 14 16

Longitud del surco (m)

Hum

edad

(cm)

1er Pulso 2do Pulso 3er Pulso 4to pulso 5to pulso6to pulso 7mo pulso 8vo pulso 9no pulso



4.5.5 Eficiencia de aplicacin del agua de riego

La eficiencia de aplicacin obtenido durante la prueba del dispositivo paralas laminas de riego de 3.74 cm y 7.42 cm fue de 59.66 y 76.74 %respectivamente tal como se ilustra en el cuadro No 7, corroborando unavez mas la eficiente distribucin del agua en suelo para un sistema deriego por gravedad. Asimismo en el cuadro No 8 se presenta la eficienciade aplicacin del agua de riego para un periodo mas prolongado; esdecir aplicado al periodo vegetativo del cultivo de maz, en promedio laeficiencia de aplicacin del agua riego bordea el 80% siendo este elevadopara el tipo de sistema de riego.

Cuadro No 7 Resultados de la eficiencia de aplicacin calculada por el mtodo dela lamina de agua aplicada

N de Pulsaciones 5 9Lmina Neta (cm) 3.74 7.42Lmina Bruta Acum. (cm) 6.27 9.67Ef. de Aplicacin (%) 59.66 76.74

Cuadro No 8 Resultados de la eficiencia de aplicacin calculada por el mtodo del perfilde humedecimiento Cultivo Maz de 2 y 3 meses de edad

UNIDAD

SURCO Ao (m2) A1 (m2) Ea (%)

1 4.5 0.975 82.202 4.5 1.035 81.31

I2

MESES Promedio Ea (%) 81.76

1 4.5 1.10 80.392 4.5 1.02 81.48

II2

MESES Promedio Ea (%) 80.941 9 1.40 86.572 9 1.37 86.76

I3

MESES Promedio Ea (%) 86.671 9 1.60 84.892 9 1.64 84.59

II3

MESES Promedio Ea (%) 84.74

V. CONCLUSIONES

1. Para regar un rea de 120 m2 se requiere un diabeto de los siguientes caractersticas: Area de deposito: 0.45 m2. Altura de cebado: 0.35 m. Altura de descebado: 0.042 m. Batera de 3 sifones de f 1 . Caudal de ingreso: 1.35 l/seg. Caudal de salida: 5.37 l/seg. Ciclo de intermitencia: 102 seg.

2. Para una longitud de surco de 15 m se necesita 5 ciclos para cubrir una laminade riego 3.74 cm y 9 ciclos para una lamina de riego de 7.42 cm.

3. Los valores de la eficiencia de aplicacin en el riego del maz calculados por elmtodo del perfil de humedecimiento varan de 80.0 a 86.0 %. Lo que significaque las perdidas hdricas por percolacin profundas son mnimas. Adems estorepresenta una mejora significativa por encima del 30% reportado usando la tec-nologa de riego tradicional.

4. El diabeto es un dispositivo que no requiere energa externa durante su operacinen l las descargas de caudal intermitente se producen por la automatizacinfludica del cebado y descebado de la batera de sifones durante cada ciclo deriego.

5. El riego intermitente incrementa la uniformidad en el perfil de humedad en elsuelo, es decir, que la regin humedecida al final del surco tiene prcticamente lamisma profundidad que al inicio. Esta uniformidad es muy difcil de lograr con elriego continuo.

6. El diabeto es una alternativa que permite reemplazar a las vlvulas electrnicaspor ser un dispositivo econmico, sencillo y eficiente.

VI. BIBLIOGRAFA

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3. Martinez, A. P. (1991) Riego Intermitente. Instituto Mexicano de Tecnologa deAgua. Informacin directa al E-mail [email protected]


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