Principios a la ingeniera de riego

Principios a la ingeniera de riegoMtodos para determinar la evapotranspiracin potencial

``AO DE LA DIVERSIFICACIN PRODUCTIVA DEL FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACIN

Universidad nacional de PiuraAgronoma-agrcola. 2015-1 TRABAJO ENCARGADO Mtodos para determinar la evapotranspiracin potencial (E.T.P) de un cultivo Nombre y Apellidos : Deyvi Garca Crdenas CURSO : Principios a la ingenieros de riegos.

PROFESOR : Dr. Mario Montero torres

FECHA DE ENTREGA: 9 junio del 2015

CICLO : VII

INTRODUCCINEn este informe se tratara acerca de los mtodos para determinar la evapotranspiracin en los diferentes cultivos, entre estos mtodos est el lismetro que es usado en pequeas hectreas ya que da resultados representativos y las formulas empricas que da resultados ms precisos ya que est basado en variables meteorolgicas universales.Tambin debemos saber sobre la evapotranspiracin potencial que es la cantidad de agua que en una unidad de tiempo evapotranspiracin un cultivo verde, bajo, de altura uniforme, que sombrea por completo el suelo al que en ningn momento le falta agua. Su utilidad de la evapotranspiracin se da en el uso de un mtodo meteorolgico para programar irrigacin. La desventaja principal de este mtodo es que cada combinacin de cultivo, suelo y clima requiere riego a distintos dficits de agua en el suelo. En su lugar se pueden usar tensimetros y bloques de yeso. Otra utilidad est en los datos sobre la transpiracin para planear y disear sistemas de caera y de riego. Se recomienda estimar las necesidades de agua, anuales y mensuales, a fin de disear sistemas de almacenamiento y distribucin adecuados para manejar la cantidad de agua que necesita un determinado proyecto. Las estimaciones de evapotranspiracin son tiles para predecir la frecuencia y severidad de las sequias agrcolas en reas hmedas y subhmedas.

OBJETIVOS: Determinar el uso del lismetro y los mtodos para hallar la evapotranspiracin. Conocer acerca de los mtodos mediante frmulas empricas-Mtodo de Penman-Mtodo de Bladey-Criddle

LISIMETROUn lismetro es un gran recipiente que encierra una determinada porcin de suelo con superficie desnuda o con cubierta vegetal, ubicado en campo para representar condiciones naturales y que se utiliza para determinar la evapotranspiracin de un cultivo en crecimiento, de una cubierta vegetal de referencia, o la evaporacin de un suelo desnudo. Los lismetros pueden ser divididos en dos grandes grupos:

-Los lismetros de pesada-Los de drenajeDentro de los lismetros de drenaje se pueden encontrar con o sin succin, la diferencia entre estos es que los de drenaje sin succin recolectan el agua del suelo que se filtra naturalmente hacia abajo por los suelos, es decir, el agua que se mueve por efecto de la gravedad y en los lismetros de drenaje con succin se aplica una succin para extraer el agua del suelo despacio a travs de un material poroso.

Los dos principales tipos de lismetros, a la izquierda un lismetro de drenaje, a la derecha un lismetro de pesadaESQUEMA DE UN LISIMETROLa medida de la evapotranspiracin es determinada por elbalance hdricode los dispositivos. Normalmente hay unabalanza en el fondo del lismetro donde se puede determinar la cantidad de agua que se va evapotranspirando en el sistema. Otro tipo de lismetro utiliza en lugar de una balanza un sistema de drenaje del agua donde la cantidad drenada de la misma equivale exactamente a la cantidad de agua evapotranpirada que es igual a lacapacidad de campo.

Modelo esquemtico de un lismetro de balanzaLeyenda:A) Terreno en estudioB) BalanzaC) Recoleccin del agua de drenajeD) Recoleccin del agua de escorrenta

TIPOS DE LISIMETROSLismetros de pesada

LosLismetros de Pesadaestn equipados con sistemas precisos de pesada para medir flujo de agua en el suelo. Estn capacitados para medir columnas de suelo de hasta 6000 quilogramos. Pueden medir estas columnas de agua con una precisin de 100 gramos que corresponde a una precipitacin de 0,1 mm de columna de agua.LosLismetros de Pesadason adecuados para medir cualquier tipo de precipitacin, sea agua, rosada y nieve.

En funcin del tipo de estudio que se quiera realizar, hay disponibles distintos tipos de Lismetro de Pesada:

Hidrolismetro;para cuantificar el drenaje del agua del suelo Agrolismetro;para realizar estudios de optimizacin del rendimiento de los cultivos y proteccin de aguas subterrneas. Contiene tensimetros y cpsulas de succin para tomar muestras de agua de suelo Meteolismetro;para generar balances de agua y calcular el potencial de evapotranspiracin. Contiene una estacin meteorolgica para registrar la pluviometra.

Lismetros volumtricosLos lismetros volumtricos basan su funcionamiento en la determinacin de la evapotranspiracin como termino residual del balance hdrico durante un periodo de tiempo restndole a la cantidad de agua total aportada por lluvia y/o riegos el exceso de agua recogida en el fondo mediante recipientes aforados. Son econmicos, de fcil instalacin y manejo y requieren de poco mantenimiento. Se pueden clasificar a su vez en lismetros de drenaje y lismetros de nivel fretico constante.

Los lismetros de drenaje basan su funcionamiento en la medida de percolacin mediante un mecanismo simple de drenaje o succin. Se han utilizado para medir la evapotranspiracin en diversos cultivos durante periodos largos entre 7, 15 a 39 das.

Los lismetros de compensacin con nivel fretico constante estn muy extendidos entre los pases de influencia cultural francesa. El suministro de agua al cultivo en este tipo de lismetros se realiza por ascenso capilar hacia la zona radicular.

Mtodos ClimatolgicosMtodo de Blaney- CriddleEste es el mtodo ms simple para evaluar la evapotranspiracin de una zona en particular, ya que su modelo solo depende de la temperatura promedio de la zona y del porcentaje de horas diurnas anuales, de acuerdo a la siguiente ecuacin: Donde ETo, representa la evapotranspiracin potencial [mm/da]; T, es el promedio de temperatura diaria para el periodo definido [C] y p, representa el porcentaje de horas diarias de luz o insolacin en la zona [%].Para la determinacin de esta ecuacin se recomienda que el perodo de medicin no sea menor a un mes, para asegurar representatividad en los datos, ya que estos sufren grandes variaciones a lo largo del ao, sobre todo el valor de p. En la Tabla 1, se presentan los valores ms comunes de p.

Ejemplo 1. Calcular ETo, para una zona ubicada en latitud Norte a 6, con una temperatura promedio de 20 C. Lo primero que hacemos es hallar el valor de p, como no se encuentra en la Tabla 1 el valor de p para 6 latitud Norte, interpolamos entre los valores de 0 y 10 que si aparecen. En la Tabla 2, se presentan los resultados de los clculos del valor de ETo para un ao. De los resultados del ejercicio se observa que el valor de ETo no es constante a lo largo del ao y que vara segn lo hacen las condiciones climatolgicas de la zona. Tabla 1. Porcentaje de horas mensuales.Latitud ()

Mes

Norte En Feb Mar Abr May Jun Jul Ag Sep Oct Nov Dic

60 50 40 35 30 25 20 15 10 0 4.67 5.98 6.76 7.05 7.30 7.53 7.74 7.94 8.13 8.50 5.65 6.30 6.72 6.88 7.03 7.14 7.25 7.36 7.47 7.66 8.08 8.24 8.33 8.35 8.38 8.39 8.41 8.43 8.45 8.49 9.65 9.24 8.95 8.83 8.72 8.61 8.52 8.44 8.37 8.21 11.74 10.68 10.02 9.76 9.53 9.33 9.15 8.98 8.81 8.50 12.39 10.91 10.08 9.77 9.49 9.23 9.00 8.80 8.60 8.22 12.31 10.99 10.22 9.93 9.67 9.45 9.25 9.05 8.86 8.50 10.70 10.00 9.54 9.37 9.22 9.09 8.96 8.83 8.71 8.49 8.57 8.46 8.39 8.36 8.33 8.32 8.30 8.28 8.25 8.21 6.98 7.45 7.75 7.87 7.99 8.09 8.18 8.26 8.34 8.50 5.04 6.10 6.72 6.97 7.19 7.40 7.58 7.75 7.91 8.22 4.22 5.65 6.52 6.86 7.15 7.42 7.66 7.88 8.10 8.50

Sur En Feb Mar Abr May Jun Jul Ag Sep Oct Nov Dic

40 35 30 25 20 15 10 0 10.22 9.93 9.67 9.45 9.25 9.05 8.86 8.50 9.54 9.37 9.22 9.09 8.96 8.83 8.71 8.49 8.39 8.36 8.33 8.32 8.30 8.28 8.25 8.21 7.75 7.87 7.99 8.09 8.18 8.26 8.34 8.50 6.72 6.97 7.19 7.40 7.58 7.75 7.91 8.22 6.52 6.86 7.15 7.42 7.66 7.88 8.10 8.50 6.76 7.05 7.30 7.53 7.74 7.94 8.13 8.50 6.72 6.88 7.03 7.14 7.25 7.36 7.47 7.66 8.33 8.35 8.38 8.39 8.41 8.43 8.45 8.49 8.95 8.83 8.72 8.61 8.52 8.44 8.37 8.21 10.02 9.76 9.53 9.33 9.15 8.98 8.81 8.50 10.08 9.77 9.49 9.23 9.00 8.80 8.60 8.22

Tabla 2. Calculo de ETo con el mtodo de Blaney-Criddle.Mes C p ETo [mm/mes] ETo [mm/da]

En 20,3 8,28 144,69 4,67

Feb 20,6 7,55 132,93 4,75

Mar 20,7 8,47 149,53 4,82

Abr 20,3 8,31 145,06 4,84

May 20,0 8,69 150,71 4,86

Jun 20,2 8,45 147,24 4,91

Jul 20,7 8,72 153,67 4,96

Ag 20,5 8,62 151,30 4,88

Sep 19,8 8,23 142,02 4,73

Oct 19,2 8,40 142,66 4,60

Nov 19,3 8,03 136,74 4,56

Dic 19,7 8,26 142,12 4,58

Promedio 20,1 8,30 144,90 4,8

Total 1738,67 mm/ao

Cuando se trata de cultivos comerciales, se busca el valor del uso consuntivo, o sea la cantidad de agua que el cultivo necesita para convertir en biomasa y transpirar. La siguiente ecuacin expresa el valor del uso consuntivo.

Donde UC, es el uso consuntivo, cuyo valor es igual a la evapotranspiracin real [mm/da] y kc es el factor de uso consuntivo (adimensional) y tiene que ver con el desarrollo del cultivo. En la Tabla 3 se presentan valores de kc para varios cultivos. Al calcular las necesidades hdricas de un cultivo se calcula primero ETo, tal como se hizo en el ejemplo 1, luego de lo cual estos valores se afectan por el valor de kc dependiendo del cultivo. El valor de kc se contrasta contra un cultivo de referencia, que en la mayora de los casos es un pasto (gramnea), sembrado lo ms densamente posible y con una altura de corte de entre 8 y 15 cm. Los cultivos que presentan un valor de kc con intervalo, quiere decir que este valor sufre variaciones significativas a medida que el cultivo se desarrolla y por las variaciones climticas que sufre. En la Tabla 4, se presenta el clculo de ETo para un cultivo de frjol. Se escoge kc = 0.65. Los valores de ETR, se utilizan para realizar el balance hdrico del cultivo mes a mes y as determinar las necesidades de riego en cada momento, para obtener un desarrollo ptimo del mismo. Es importante anotar que un cultivo no necesita el mismo aporte de agua a lo largo de su desarrollo, por esto es importantemonitorear el balance hdrico para asegurar las mejores condiciones posibles. El proceso se desarrolla tal y como se mostr en el Ejemplo 1.Tabla 3. Valores de kc

Tabla 4. Clculo de ETR.

Mtodos basados en la radiacin solarMtodos de PenmanEl mtodo de Penman puede considerarse como el mtodo estandar de todos los mtodos combinados para estimar la evapotranspiracin (ET) del cultivo de referencia. La mayora de los mtodos combinados presentan ligeras dependiendo del tipo de cultivo y de la localizacin de los instrumentos meteorolgicos. Por esta razn, el mtodo de Penman utiliza trminos como la resistencia aerodinmica del follaje para relacionar la altura de los instrumentos meteorolgicos con la altura del cultivo y la resistencia estomtica a la transpiracin mnima que depender del tipo de cultivo y de su altura.

La ecuacin de Penman Monteith se define:ET = ET radiacin + ET aerodinmicaLa ecuacin final es:

ETo = evapotranspiracin del cultivo de referencia (mm/da)* = constante psicomtrica modificada utilizada en el mtodo de Penman-Monteith (mbar/C)es ea = dficit de presin de vapor (mb)es = presin de vapor a saturacin a la temperatura promedio del aire (mb)ea = presin de vapor tomada a la temperatura a punto de roco (mb)L = calor latente de vaporizacin (cal/gr) = pendiente de la curva de presin de la saturacin de vapor a una temperatura especfica (mbar/C) = constante psicomtricaRn = energa de radiacin neta (cal/(cm2 da)T = temperatura promedio (C)G = flujo termal del suelo (cal/cm2)

EjemploCalcular la evapotranspiracin para el mes de mayo por el mtodo de Penman Monteith, para la ciudad de Torren, utilizando el cuadro con informacin climatolgica ya visto.

Informacin requerida:

Horas luz (mes mayo) = 9 horasLatitud y mes = 25 33 LN mes de mayoAlbedo () = 0.25 (constante)Temperatura promedio = 27.3 CTemperatura a punto de roco = informacin no disponible

Humedad relativa promedio = 52.4 %Elevacin sobre el nivel del mar = 1130 msnmvelocidad del viento (da) = 6.6 m/svelocidad del viento (noche) = informacin no disponiblealtura de las mediciones = 2 m

Clculos:

Primer paso: Se calcula la radiacin solar neta (Rn)La radiacin solar neta puede estimarse directamente usando un radimetro neto hemisfrico o estimarse a partir de los componentes de las radiacions netas de onda corta y de onda larga que son absorbidas por la superficie del suelo.

Rn = radiacin solar neta (cal/cm2/da)RnOC = radiacin de onda corta (cal/cm2/da)RnOL = radiacin de onda larga (cal/cm2/da)

= albedo (0.25)

La radiacin de onda larga (RnOL) se estima con la siguiente ecuacin:

a1 y b1 = coeficientes experimentales que dependen de la regin climtica (cuadro 3)Rbo = la radiacin neta de onda larga en un da sin nubes (cal/cm2)

= emisividad

= constante de Stefan Boltzman ( = 11.71x10-8 cal/(cm2/K4 da)Tk = temperatura promedio ( T4 max + T4 min )/2, donde las temperaturas deben expresarse en grados kelvin (Tk = C + 273)Rs = radiacin de onda corta que alcanza la superficie de la tierra en un plano horizontal (cal/cm2/da) se calcula con la siguiente ecuacin:

Rso = radiacin solar total recibida en la superficie del suelo en un da sin nubes (cal/cm2) Cuadro 2.n = horas reales de luz diaria (pueden medirse con el heligrafo de Campbell)N = fotoperodo u horas mximas de insolacin diaria. Son las horas si no hubiera nubosidad (Cuadro 1)Del Cuadro 1 se obtiene que para el mes de mayo N = 9.35 (interpolacin latitud y mes)

CUADRO No. 1 FOTOPERIODO O PROMEDIO MENSUALES DE LAS MAXIMAS HORAS DIARIAS DE LUZ POSIBLES PARA CADA MES Y LATITUD

LAT NORTE ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

08.50 7.66 8.49 8.21 8.50 8.22 8.50 8.49 8.21 8.50 8.22 8.50

58.32 7.57 8.47 8.29 8.65 8.41 8.67 8.60 8.23 8.42 8.07 8.30

108.13 7.47 8.45 8.37 8.81 8.60 8.86 8.71 8.25 8.34 7.91 8.10

147.98 7.39 8.43 8.43 8.94 8.77 9.00 8.80 8.27 8.27 7.79 7.93

167.91 7.35 8.42 8.47 9.01 8.85 9.08 8.85 8.28 8.23 7.72 7.83

187.83 7.31 8.41 8.50 9.08 8.93 9.16 8.90 8.29 8.20 7.65 7.74

207.74 7.25 8.41 8.52 9.15 9.00 9.25 8.96 8.30 8.18 7.58 7.66

227.67 7.21 8.40 8.56 9.22 9.11 9.32 9.01 8.30 8.13 7.51 7.56

247.58 7.16 8.39 8.60 9.30 9.19 9.40 9.06 8.31 8.10 7.44 7.47

267.49 7.12 8.38 8.64 9.37 9.29 9.49 9.11 8.32 8.06 7.36 7.37

287.40 7.07 8.37 8.67 9.46 9.39 9.58 9.17 8.32 8.02 7.28 7.27

307.30 7.03 8.38 8.72 9.53 9.49 9.67 9.22 8.33 7.99 7.19 7.15

327.20 6.97 8.37 8.76 9.62 9.59 9.77 9.27 8.34 7.95 7.11 7.05

347.10 6.91 8.36 8.80 9.72 9.70 9.88 9.33 8.36 7.90 7.02 6.92

406.76 6.72 8.33 8.95 10.02 10.08 10.22 9.54 8.39 7.75 6.72 6.52

466.34 6.50 8.29 9.12 10.39 10.54 10.64 9.79 8.42 7.57 6.36 6.04

505.98 6.30 8.24 9.24 10.68 10.91 10.99 10.11 8.46 7.45 6.10 6.65

565.30 5.95 8.15 9.45 11.22 11.67 11.69 10.40 8.53 7.21 5.54 4.89

604.67 5.65 8.08 9.65 11.74 12.39 12.31 10.70 8.57 6.98 5.04 4.22

Dado que no existe el valor exacto de 25 33 se hace una interpolacin para conocer el valor de N para el mes de mayo. Se toman los valores de 24 y 26 para realizar la interpolacin.

LAT NORTE ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

247.58 7.16 8.39 8.60 9.30 9.19 9.40 9.06 8.31 8.10 7.44 7.47

267.49 7.12 8.38 8.64 9.37 9.29 9.49 9.11 8.32 8.06 7.36 7.37

20.09 0.04 0.01 -0.04 -0.07 -0.10 -0.09 -0.05 -0.01 0.04 0.08 0.10

1.550.070.0310.008-0.031-0.054-0.077-0.07-0.039-0.0080.0310.0620.077

25 33'7.51 7.13 8.38 8.63 9.35 9.27 9.47 9.10 8.32 8.07 7.38 7.39

El mismo procedimiento se realiza para calcular el valor de Rso con la ayuda del Cuadro No. 2

CUADRO No. 2.- RADIACION SOLAR PROMEDIO PARA CIELO SIN NUBES (RSO) CALCULADOS DE BUDYKO (1963) EXPRESADOS EN CAL/CM2/DIA

LatEneFebMarAbrMayJunJulAgoSepOctNovDic

60581523195336717636905393771978735

5510021937755869078070657743025213374

50155290429617716790729616480313193126

45216365477650729797748648527371260190

40284432529677742800755674567426323248

35345496568700742800761697603474380313

30403549600713742793755703637519437371

25455595629720742780745703660561486423

20500634652720726760729697680597537474

15545673671713706733706684697623580519

10584701681707684700681665707648617565

5623722690700652663645645710665650606

0652740694680623627616623707684680619

5648758690663590587577590693690727677

10710772681640571543526558680690727710

15729779665610516497497519657687747739

20748779645573474447445481630677753761

25761779626533419400406439600665767777

30771772600497384353358390567648767793

35774754568453335300310342530629767806

40774729529407281243261290477603760813

45774704490357229187203235477571747813

50761669445307174127148177400535727806

557486303972501237797123343497707794

6072958834818777335274283455700787

Dado que no existe el valor exacto de 25 33 se hace una interpolacin para conocer el valor de Rso para el mes de mayo. Se toman los valores de 25 y 30 para realizar la interpolacin.

LatEneFebMarAbrMayJunJulAgoSepOctNovDic

30403549600713742793755703637519437371

25455595629720742780745703660561486423

552462970-13-10023424952

0.555.725.063.190.770-1.43-1.102.534.625.395.72

25 33'449.28589.94625.81719.23742781.43746.1703657.47556.38480.61417.28

Rso = 742 cal/cm2/da (Cuadro 2, con latitud y mes)

cal/cm2

Del Cuadro No. 3 se toman los valores de a1 y b1 considerando que la zona de Torren corresponde a una regin rida. Los valores de a1 = 1.2 y b1 = -0.2

CUADRO No. 3.- COEFICIENTES EXPERIMENTALES PARA LA ECUACION DE RnOL (a1 y b1) JENSEN, 1974

REGIONa1b1

DAVIS, CALIFORNIA1.35-0.30

SUR DE IDAHO1.22-0.18

REGIONES ARIDAS1.20-0.20

REGIONES HUMEDAS1.000.00

REGIONES SEMIHUMEDAS1.10-0.10

cal/cm2

cal/cm2

cal/cm2

Segundo Paso .- Se calcula el dficit de presin de vapor (es ea)

es = 6.328+0.424*(Tprom)+0.01085*(Tprom)2+0.000519*(Tprom)3

es = 6.328+0.424*(27.3)+0.01085*(27.3)2+0.000519*(27.3)3 = 36.5 mb

mbTercer paso.- Se calculan los factores de ajuste por temperatura y humedad

Pendiente de la curva de presin de saturacin de vapor ()

= 2.0 (0.00738*Tprom+0.8072)7 0.00116

= 2.0 (0.00738*27.3+0.8072)7 0.00116 = 2.12 mb/CConstante psicomtrica ()

Pb = presin baromtrica promedio (mb)

Pb = 1013 - 0.1055*E

E = elevacin de la zona (msnm)

Pb = 1013 0.1055*1130 = 893.8 mb

L = calor latente de vaporizacin (cal/gr)

L = 595 0.51 Tprom

L = 595 0.51 (27.3) = 581.1 cal/gr

mbar/C

La constante psicomtrica modificada (*)

* = (1+0.33 u2)

u2 = velocidad del viento de da (m/s)

* = 0.5937 (1+0.33* 6.6) = 1.8868

Factor de ajuste por temperatura considerando la constante psicomtrica modificada

Factor de ajuste por humedad considerando la constante psicomtrica modificada

Asumiendo que G = 0

mm/da

ETo = ET radiacin + ET aerodinmicaETo = 2.96 + 5.07 = 8.03 mm/daConclusiones Se pude decir que el mtodo de penman es ms preciso pero que utiliza muchas variables y ecuaciones para llegar a determinar la evapotranspiracin. El mtodo es mucho menos trabajoso pero utiliza pocas variable que nos llevan a una respuesta referencial ms rpida. En la actualidad los lismetros ms utilizados son los de drenaje pero que son aplicables a pequeas reas de cultivo lo que hace su uso ms limitado que los otros mtodos.BIBLIOGRAFA www.agromatica.es/lisimetros-balance-hidrico-del-suelo es.wikipedia.org/wiki/Lismetro es.slideshare.net/isabelcorrao/lismetro libro agua y agronoma de Francisco Jos Martn de Santa Olalla Maas

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