Por: Ing. Juan Leonardo Chow cel: 00 505 88244617 leochow72@hotmail.com
II. Sección 2 Cálculo de requerimientos de riego
A. Objetivo
Estimar junto con los agricultores(as) las necesidades hídricas del cultivo y el modo de aplicar agua para mantener los niveles hídricos adecuados en un suelo y cultivo.
B. Requerimientos de riego del cultivo
En esta sección se presenta el Fto2 que es el instrumento que organiza los datos requeridos y cálculos que deben realizase, a fin de conocer el caudal necesario, tiempo de riego, intervalo y laminas de riego. Estos datos servirán para el diseño hidráulico y futura operación del sistema.
Los datos a procesar en su mayoría provienen del Fto1, instrumento previamente completado, descrito en la sección 1. Ahora bien, en la primera columna del instrumento (Fto2 requerimientos de riego), se describe el nombre del cálculo y la fórmula a utilizar, en la segunda columna se ubican los resultados y en la tercera se describen el origen de cada dato a utilizar y los procedimientos del cálculo. Esta información le ayudará a aplicar los datos a las diversas fórmulas.
1. Evapotranspiración del cultivo (ETc), resultado No 1
Evapotranspiración del cultivo es el requerimiento hídrico del cultivo, el cual se basa en la evapotranspiración referencial y el coeficiente de cultivo y se obtiene mediante la fórmula:
ETc= Eto x Kc
Para nuestro ejemplo los datos provienen del instrumento Fto1, resultado No8, Eto = 6mm/día y resultado No9, Kc = 1. Con estos datos se procesa la fórmula resultando que:
Etc= 6x1= 6 mm/día
Obteniéndose que el requerimiento es de 6mm/día para el cultivo de chiltoma, el dato que se ubica en el resultado No1, del Fto2.
2. Evapotranspiración de gotero (ETg), resultado No 2
Debido a que se hará riego por goteo, ahora debemos ajustar el humedecimiento a riego localizado, llamado evapotranspiración de gotero (Etg), lo que se hace por medio de la formula:
Etg= Etc x PAR
Con este método de riego sólo se humedece un 50% de la superficie del cultivo, esto se conoce como porcentaje de área bajo riego (PAR). Para nuestro ejemplo, aplicando la formula se obtiene que:
Etg = 6 x 0.50 = 3mm/día; este dato se registra en el resultado No 2, del Fto 2.
3. Lámina de riego (Lr), resultado No 3
Como las plantas toman el agua del suelo, los requerimientos hídricos se aplicarán a través del riego, por lo que se hace necesario calcular la lámina de riego que se aplicará al suelo. Ahora calculamos la lámina de de riego (Lr) que depende del tipo de suelo y profundidad de las raíces del cultivo, cuyas relaciones se expresan mediante la siguiente formula:
Lr = (CC-PMP)/100 x Pr x Da.
Los valores de capacidad de campo (CC) y Punto de marchites permanente (PMP) provienen del Fto 1 y corresponden a los resultados No6 y No7 cuyos valores son, 10% y 4% respectivamente para nuestro caso. También los valores de profundidad de raíces (Pr) y densidad aparente (Da) provienen del Fto1, y se muestran en los resultados No3 y No5, con valores de Pr=50cm y Da=1.4gr/ml, respectivamente.
Al hacer los cálculos se obtiene:
Lr = (10-4)/100x50x1.4 = 4.2 cm ó 42mm.
Este dato se muestra en el resultado No3 del Fto2 y expresa la cantidad de agua necesaria para alcanzar la capacidad de campo (CC), necesaria para iniciar el primer riego de un cultivo. Posteriormente con riegos sucesivos en determinados intervalo de riego, restituiremos la humedad perdida, evitando que las reservas de humedad lleguen al agotamiento.
Lo anterior da lugar al concepto de lámina neta de riego (Ln), cuya lámina sirve para restituir la humedad suelo. Dicha humedad de restitución equivale a una fracción del la lámina de riego (Lr) y puede definirse como la humedad necesaria para la restitución del agua que un cultivo ha consumido en cierto período de tiempo. Por tanto sólo se permite un cierto porcentaje de agotamiento de la lámina de riego (Lr), y cuando se cultivan hortalizas debe ser entre 15% y 25%.
4. Lámina Neta de Riego (Ln), resultado No 4.
Ahora estimamos la lámina neta de riego mediante la expresión:
Ln = Etg x Ir.
En el resultado No2 del presente formato se presenta la evapotranspiración de gotero, Etg=3mm/día y en el Fto 2 resultado No13, encontramos el intervalo de riego, Ir=2 días. Con tales valores estimamos:
Ln = 3 mm/día x 2 días = 6mm.
Así la lámina de riego neta (Ln) será 6mm, que es la humedad suficiente para 2 días de consumo del cultivo. Note que 6mm es aproximadamente el 15% de la lámina de riego (Lr).
5. Lámina bruta de riego (Lb)
Debido a que cuando aplicamos el riego hay pérdidas, que se deben a la eficiencia del riego (Ef), para los sistemas de riego por goteo se a establecido este valor en Ef=0.90. Con este dato ajustamos la lámina de riego neta (Ln), mediante el cálculo de la lámina de riego bruta que considera las pérdidas del sistema mediante la expresión:
Lb=Ln/Ef.
El valor para la lámina neta de riego en nuestro caso es según la formula anterior:
Lb = 6mm/0.90 =6.6mm.
Este será el valor de la lámina de agua que aplicaremos al suelo mediante el riego, con el fin de restituir la capacidad de campo del mismo.
6. Intensidad de la aplicación (Ia), resultado No 6
En este momento conocemos la lámina bruta de riego (Lb), cuyo valor indica la humedad necesaria para restituir la humedad consumida por el cultivo y factores ambientales en un período de tiempo. No obstante dicha lámina se aplica a través del sistema de riego, por lo que necesitamos conocer la intensidad de la aplicación (Ia), dato que está dado en mm/hora).
La estimación de la intensidad de la aplicación (Ia) se hace mediante la expresión:
Ia = qe/(dlxde), donde qe es el caudal en L/h que se aplica en una superpie, la que está definida por la distancia entre laterales (dl) multiplicado por distancia entre emisores (de).
El dato del caudal del emisor (qe = 1 L/h) lo obtenemos de resultado No16 Fto1, además en él hayamos los resultados No14 y No15, de donde obtenemos la distancia entre laterales (dl= 1.5m) y distancia entre emisores (de=0.3m) respectivamente según nuestro ejemplo.
De este modo calculamos: Ia = 1/(1.5x0.3) = 2.2 mm/hora. Esto significa que nuestro sistema aplicará un lámina de 2.2 mm por cada hora de operación.
7. Tiempo de Riego (T), resultado No 7.
Ahora, para operar el sistema necesitamos conocer el tiempo necesario para aplicar la lámina bruta de riego (Lb) y se hace mediante la expresión:
T=Lb/Ia , de este manera se calcula;
T= 6.6/2.2 = 3; de donde se concluye que la lámina bruta de riego se aplicaría en 3 horas, puesto que el sistema dotará Ia=2.2 mm/hora. Como el intervalo de riego (Ir) es de 2 días, el riego se repetirá cada 2 días, para restituir el agua consumida por el cultivo y factores ambientales en dicho período.
8. Área del sector de riego (A), resultado No 8.
Ahora conocemos la lámina bruta de riego (Lb) que requiere el suelo para satisfacer al cultivo, también sabemos el tiempo (T) que necesitamos para aplicarla y cada cuanto tiempo (Ir) debemos practicar la operación de riego para restituir la humedad.
No obstante, desconocemos la superficie del sector de riego. A la porción de la superficie del lote que deseamos regar en un período dado se le llama sector de riego; y el número de sectores dependerá del tiempo que dispongamos para aplicar el riego y de la cantidad de agua disponible en cierto tiempo a lo que llamamos caudal (Q), valor que se expresa en L/hora, L/seg. o M3/hora.
9. Proyectos grandes con abundantes recursos hídricos
En proyectos grandes de riego con abundantes disponibilidades de agua, el número de sectores de riego, dependen únicamente del tiempo disponible (td) para hacer las operaciones de riego.
Así por ejemplo, si disponemos de 6 horas diarias para regar y regaremos cada 2 días, dispondremos de 12 horas en total para regar el todo el lote. Entonces calcular el número de sectores de riego se hace con la expresión:
Sectores = td x Ir / T, si completamos un riego en T= 3 horas como en nuestro caso, tendremos:
Sectores = 6x2/3 = 4 sectores; esto significa que, según nuestro tiempo disponible y el tiempo de riego debemos dividir el lote en 4 sectores de riego de igual tamaño.
En el caso de nuestro ejemplo, queremos regar un lote con una superficie de 1Mz, por tanto: Área del sector: 1 / 4 = 0.25 Mz, que multiplicado x 7000 = 1,750 m2, como se indica en el resultado No8 del Fto2.
Lo anterior significa que en el primer día se regarán 2 sectores de 1,750m2 cada uno, aplicado 3 horas de riego en cada sector y el segundo día se regarán los otros 2 sectores para completar el lote de riego (Diagrama No1). El diseño hidráulico se hará según el tamaño del sector de riego.
Diagrama No 1: Sectores de riego
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10.Pequeñas áreas de riego con recursos hídricos limitados.
En pequeños riegos, con recursos hídricos limitados, la cuestión es más bien: ¿cuanta superficie puedo regar con el agua que tengo?
Por tanto, necesitamos conocer cuantos litros de agua (volumen) obtendremos en el tiempo (T horas) estipulado para el riego, según un caudal conocido, que podría ser un pozo excavado o manantial. Para determinar el volumen empleamos la siguiente fórmula: vol= Q x 3600 x T, el volumen se expresa en Lts, Q en L/seg. y T en horas.
Para el caso de nuestro ejemplo el tiempo de riego es, T=3 horas, y si asumiremos un caudal hipotético de 0.5 L/s, tenemos que:
vol = 0.5 x 3600 x 3 = 5,400 Lts.
Esto significa que en un período de 3 horas obtenemos 5,400 Lts. de agua.
Ahora necesitamos conocer el área que se puede regar con el volumen anterior, para lo cual empleamos la formula: Área = vol/Lb;
Como ya conocemos volumen 5,400 Lts. y en el resultado No5 del Fto2, encontramos la lámina bruta de riego (Lb=6.6mm), tenemos que:
Área = 5,400/6.6 = 818 m2, que es la superficie del sector que se puede regar con dicho caudal en 3 horas de riego cada 2 días.
Conociendo este dato (área) los agricultores decidirán cuantos sectores quieren manejar en un día y de esta manera conocer el área total que se puede regar. En este caso si se decide regar 6 horas al día se podrá regar 2 sectores de 818 m2 cada uno. A día siguiente puede regar en el mismo tiempo otros 2 sectores de igual superficie, con lo que podría regar un máximo de 4 sectores de 818 m2 en 2 días que es el intervalo de riego (resultado 13, Fto1).
11.Volumen necesario en el sector de riego.
En pequeños sistemas de riego a menudo obtenemos primero el volumen disponible y luego estimamos la superficie del sector de riego, pero en sistemas más grandes donde primero estimamos el número de sectores y a partir de este valor calculamos la superficie del sector de riego, es necesario estimar el volumen de agua requerido para regar dicho sector.
En el caso anterior se emplea la expresión:
Vol = A x Lb: donde; Vol es volumen en Litros, A es el área (m2) y Lb es la lámina bruta de riego en mm.
Para nuestro ejemplo es A = 1,750m2 y Lb=6.6, luego calculamos:
Vol(L) = 1,750 x 6.6 = 11,550 Lts.
Esto es el volumen necesario para satisfacer 2 días de demanda hídrica del cultivo.
12.Caudal del proyecto.
Finalmente calculamos el caudal del proyecto, mediante la expresión:
Q = Vol /(Tx3600), donde Q es caudal en L/s, Vol es e volumen en Litros, T es tiempo en Horas.
Aplicando la fórmula a nuestro caso obtenemos:
Q= 11,550 / (3 x 3600) = 1.07 L/seg.
Este valor representa el caudal necesario para abastecer el sector de riego y a partir del cual se dimensionará la tubería.