Proyecto Raspa

8/18/2019 Proyecto Raspa

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1. INTRODUCCIÓN

La evaporación del agua hacia la atmósfera ocurre a partir de la superficie de cuerpos de

agua tales como: mares, lagos, agua almacenada en depresiones y vasos de

almacenamiento, a partir del suelo, y de la vegetación húmeda. La mayor parte del agua que

se evapora a partir de las superficies de las plantas es agua que ha sido absorbida por las

raíces y transportada hasta las hojas en donde escapa hacia la atmósfera a través de los

estomas y la cutícula.

l proceso de transporte del agua que ha pasado a través de la planta hacia la atmósfera es

llamado transpiración.

n un campo la evaporación directa a partir de la superficie del suelo y la transpiración de

las plantas constituye lo que se conoce como evapotranspiración.

La evaporación y la transpiración ocurren simult!neamente y no hay una manera sencilla de

distinguir entre estos dos procesos. "parte de la disponibilidad de agua en los hori#ontes

superficiales, la evaporación de un suelo cultivado es determinada principalmente por la

fracción de radiación solar que llega a la superficie del suelo.

sta fracción disminuye a lo largo del ciclo del cultivo a medida que el dosel del cultivo

proyecta m!s y m!s sombra sobre el suelo. La importancia de la evapotranspiración en

cualquier cultivo radica en que en las primeras etapas del cultivo se pierde principalmente

por evaporación directa del suelo, pero con el desarrollo del cultivo y finalmente cuando

este cubre totalmente el suelo, la transpiración se convierte en el proceso principal. n el

momento de la siembra, casi el $%%& de la ' ocurre en forma de evaporación, mientras

que cuando la cobertura vegetal es completa, m!s del de (%& de la ' ocurre como

transpiración.


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)"L*+"- + -/

La cantidad de agua requerida para compensar la pérdida por evapotranspiración del cultivo

se define como necesidades de agua del cultivo. " pesar de que los valores de la

evapotranspiración del cultivo y de las necesidades de agua del cultivo son idénticos, sus

definiciones conceptuales son diferentes. Las necesidades de agua del cultivo se refieren a

la cantidad de agua que necesita ser proporcionada al cultivo como riego o precipitación,

mientras que la evapotranspiración del cultivo se refiere a la cantidad de agua perdida a

través de la evapotranspiración. La necesidad de riego b!sicamente representa la diferencia

entre la necesidad de agua del cultivo y la precipitación efectiva. l requerimiento de agua

de riego también incluye agua adicional para el lavado de sales, y para compensar la falta

de uniformidad en la aplicación de agua.

"hora e0isten muchos factores los cuales alteran la evapotranspiración. l clima, las

características del cultivo, el manejo y el medio de desarrollo son factores que afectan la

evaporación y la transpiración.

l interés en el riego se ha incrementado durante las últimas décadas como consecuencia de

la presión por conservar las fuentes de agua. 1e han intentado hacer sistemas de riego

modernos, para poder hacer eficiente el uso consuntivo del agua, y efectivamente se ha

logrado, pero algunas veces no es tan redituable cambiar de sistema de riego para el

agricultor y m!s si el cultivo no tiene buena rentabilidad. Lo m!s conveniente y lo que se

puede hacer es un estudio agronómico para así obtener un uso consuntivo de agua m!s

eficiente, es lo que llamamos programa o calendario de riego.

La calendari#ación de la irrigación para grandes #onas de riego requiere modelos de f!cil

implantación en sistemas computacionales. 2na calendari#ación efectiva debe permitir el

ajuste de la frecuencia y cantidad del riego basada en factores del suelo, ambiente, planta y

manejo del riego.

+icho de esta manera se ha planteado anali#ar, como un trabajo previo, que tendremos quellevar a cabo en el campo laboral, la elaboración de un calendario de riego ya que ser! de

gran importancia para nuestra formación como futuros ingenieros en irrigación, para que de

esa manera tengamos un plusvalía en donde nos incorporemos.

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)"L*+"- + -/

l proyecto final consta de aplicar los métodos vistos en clase para determinar la 'p y

'% y con base al c!lculo de este proceso, hacer un calendario de riego en 'ecamachalco,

3uebla, para el cultivo del brócoli.

2. OBJETIVOS

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3. REVISIÓN LITERARIA

3.1. Evaporación

La evaporación es el agua perdida en forma de vapor por el terreno adyacente a la planta,

por la superficie del agua o por la superficie de las hojas de las plantas.

Los factores que afectan principalmente la evaporación, son:

• )lim!ticos 7principalmente la radiación solar8

• 1uperficie evaporante

La evaporación est! en función de la radiación solar, latitud, estación del a9o, hora del día y

nubosidad. 'ambién est! en función de la temperatura del aire, presión de vapor, viento y

presión atmosférica.

3.2. Transpiración

La pérdida de agua de las plantas en forma de vapor se le conoce como transpiración.

'ipos de transpiración:

• aíces 0ilema mesófilo de las hojas estomas 7transpiración estom!tica8

• aíces 0ilema corte#a del tallo epidermis 7transpiración cuticular8

La transpiración est! en función de factores clim!ticos: viento, humedad atmosférica,

temperatura y radiación solar.

3.3. Evapotranspiración

s la cantidad de agua utili#ada por las plantas para reali#ar funciones de transpiración m!s

el agua que se evapora de la superficie del suelo en el cu!l se desarrollan.

3!gina 4 ;


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3.3.1. Diferencia entre evapotranspiración y uso consuntivo.

t ≅2) < uso consuntivo < agua que se evapora del suelo = agua transpirada por las plantas = agua utili#ada para la construcción de los tejidos.

3.3.2. Factores que afectan la evapotranspiración.

• >ídricos.? +isponibilidad y calidad del agua de riego, método de riego, eficiencia de

riego, drenaje.

• d!ficos.? 3ropiedades físicas y químicas del suelo como: te0tura, estructura,

materia org!nica, salinidad, profundidad, fertilidad, estratificación.• @egetales.? @ariedad, especie, ciclo de cultivo, edad, características morfológicas de

las estomas.

• )lim!ticos.? 'emperatura, humedad relativa, precipitación, viento, radiación solar.

• Las características del clima que afectan la cantidad de agua que necesitan las

plantas son en forma m!s esquem!tica la radiación, la temperatura, el viento y las

precipitaciones.

3!gina 4 ABigura $. La radiación, el viento, la temperatura y las lluvias afectan la

cantidad de agua que necesitan las plantas 7)isneros, 5%%68.


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3.4. Métodos para estimar la evapotranspiración

3.4.1. Métodos directos

1on aquellos basados en el establecimientos de un balance hídrico 7medida de la entrada y

salida de agua en el sistema suelo8, obtenido a través de la medición de la humedad después

y antes de cada riego. "sí se conoce el consumo de agua de las plantas en los intervalos que

anteceden y siguen al riego, hasta obtener la sumatoria del consumo de agua en todo el

ciclo de cultivo. Los métodos directos de c!lculo de la evapotranspiración m!s conocida

son: los lisímetros, el evaporímetro de 'hornthCaite y el gravimétrico, que determina en

forma directa el uso consuntivo.

3.4.1.1. so del lis!metro

)onsiste en la estimación de la evapotranspiración por medio de la medición de la pérdida

de agua en un tanque lleno de tierra, sembrado con el cultivo en estudio. 1i se trata de

lisímetros de drenaje, el dise9o del tanque debe permitir la medición diaria del agua que se

agrega y la que drena por el perfil de suelo.

)on base en la diferencia se calcula la evapotranspiración del cultivo. 1i es un lisímetro de

pesada, entonces se pesa diariamente todo el conjunto 7suelo, planta, agua y aparato8 para

lo cual debe estar montado sobre una b!scula muy sensible, la estructura de este equipo se

presenta en la Bigura. 3or diferencia de peso también se determina este par!metro.

3!gina 4 D


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3.4.1.2. Método "ravimétrico

ste método es muy utili#ado porque es muy pr!ctico y solamente requiere de una estufa,

una balan#a y cajitas de metal. )onsiste en toma de muestras de suelo después y antes de

cada riego. 1e complementa con la toma de dos o tres muestra de suelo después y antes de

cada riego. Las muestras se pesan y se secan en una estufa a $%% ) durante 5; horas y luego

se vuelven a pesarE de esta forma se determina el consumo de humedad: por diferencia de

porcentaje entre las muestras.

La fórmula para el c!lculo del porcentaje de humedad es la siguiente:

Ps= PSH − PSS

PSS x 100(1)

+onde:

3s< porcentaje de humedad de la muestra de suelo 7&831>< peso de suelo húmedo, en gramos.

311< peso de suelo seco, en gramos.

3!gina 4 F

Bi ura 5. Lisímetro


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3.4.1.3. Evapotranspirómetro de T#ornt#$aite.

)on este aparato se determina en forma directa la evapotranspiración potencial de los

cultivos. l evapotranspirómetro consiste en un tanque de apro0imadamente %.(% m de

profundidad, por 6.% m de largo y $.6% m de ancho, conectado a otro tanque regulador que

permite mantener en el primero, un nivel de humedad constanteE éste último a su ve# es

alimentado por un tercer tanque en el que se mide el consumo de agua. l tanque grande se

llama evapotranspirador y es donde se coloca la tierra donde es sembrado el pasto como

cubierta vegetal. nseguida se presenta la figura:

3!gina 4 G

Bigura 6. vapotranspirómetro de 'hornthCaite.


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3.4.2. Métodos indirectos

Los métodos indirectos pueden ser teóricos o e0perimentales. Los métodos teóricos se

basan en la relación de diferentes elementos climatológicos con respecto a la

evapotranspiración, usando diferentes fórmulas empíricas, que se discuten m!s adelante.

3.4.2.1. Formula de %enman&Monteit#

1e ha comprobado que es la m!s precisa, pues en variedad de condiciones ha dado

estimaciones muy acertadas y presenta m!s coincidencia con los resultados obtenidos de la

medida de humedad con lisímetros. l uso de la fórmula de 3enman tiene el inconveniente

de que algunos de sus datos no se encuentran en todas las estaciones climatológicas y su

uso es complicado. La fórmula de 3enman es la siguiente:

ET 0=

0.408∆ ( Rn−G )+γ 900

T +273u2(es−ea)∆+γ (1+0.34u2)

(2)

+onde:

'o: evapotranspiración de referencia 7mm día?$8.

n: radiación neta en la superficie del cultivo 7HI m?5 día?$8.

a: radiación e0traterrestre 7mm día?$8.

/: flujo del calor de suelo 7HI m?5 día?$8.

': temperatura media del aire a 5 m de altura 7J)8.

u5: velocidad del viento a 5 m de altura 7m s?$

8.es :presión de vapor de saturación 7K3a8.

ea: presión real de vapor 7K3a8.es ea: déficit de presión de vapor 7K3a8.

M: pendiente de la curva de presión de vapor 7K3a J)?$8.

N: constante psicrométrica 7K3a J)?$8.

3!gina 4 (


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3.4.2.2. Método del tanque evapor!metro.

+ebido a que en la pr!ctica es complicado medir la evapotranspiración del cultivo, algunas

veces se usa una forma indirecta de medirla que es la bandeja de evaporación 7Bigura ;.8,

que relaciona la cantidad de agua que necesita el cultivo con la que se evapora de dicha

bandeja. +e acuerdo a investigaciones reali#adas se ha determinado que la mayoría de los

cultivos anuales y frutales, en el período que consumen m!s agua necesitan una cantidad de

agua similar a la cantidad que se evapora desde una Oandeja de vaporación )lase ",

e0cepto el arro# que necesita un 6%& m!s de agua.

La to se estima de la manera siguiente:

to


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)"L*+"- + -/

• to < vapotranspiración de referencia 7mmRdía8.

• Pt < )oeficiente de tanque.

• v < vaporación observada en el tanque 7mmRdía8.

3.4.3. Método de radiación

3.4.3.1. Método de 'ensen y (aise.+ichos personajes evaluaron 6%%% observaciones de la evapotranspiración obtenida a través

de los muestreos de suelos durante 6A a9os, principalmente en el parte este de 2",

encontraron una alta correlación entre la relación evapotranspiración potencial y radiación

solar neta recibida por el cultivo y la representación es de la siguiente manera:

'p< 7%.%5A5' = %.%FG8 s 7;8

+ónde:

tp< evapotranspiración potencial, mmRdía.'< temperatura, J)

s< radiación solar neta, mmRdía.

3.4.3.2. Método de T#ornt#$aite.

1irve para estimar la evapotranspiración potencial y dicha fórmula tiene los siguientes

requisitos para su aplicación:

• l albedo de la superficie evaporante debe ser est!ndard

• La evapotranspiración no debe estar influenciada por advección proveniente de

masas de aire m!s calientes o m!s húmedas.

• La radiación entre la energía utili#ada en el proceso de evaporación y la que se usa

para calentar el aire debe permanecer sensible constante.

3!gina 4 $$


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)"L*+"- + -/

1u e0presión general es:

Etp=1.6[ 10T I ]a

7A8

+ónde:

tp< evapotranspiración potencial no ajustad, cm 7para meses de 6% días de $5

horas8

'< 'emperatura media mensual. J)

-< índice de eficiencia anual de temperatura.

3.4.3.3. El método ori"inal de )laney&*riddle modificado por F+,.

1e basó en estudios de correlación entre la temperatura y el uso del agua en el oeste de

.22. )on el fin de definir mejor los efectos de clima sobre la evapotranspiración. La

modificación de B" del método de Olaney?)riddle es la siguiente:

ET o=ab+bb∗f 7D8

+ónde:

'o < vapotranspiración de referencia 7mmRdía8

f < factor de uso consuntivo

a b y b b < @alores de las ecuaciones.

f = P (0.46+8.13 )(7)

f < factor consuntivo 7mmRdía8

t < porcentaje de horas de sol diarias anuales durante el periodo considerado 7&8

3 < periodo considerado días

ab=0.043∗ HRmin−n

N −1.41(8)

3!gina 4 $5


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)"L*+"- + -/

bb=ab+a1∗ HRmin+a

2∗n

N +a

3∗U d+

a4∗ HRmin∗n

N +a

5∗ HRmin∗U d (9)

> min < humedad relativa mínima 7&8

nR* < fracción de insolación

2d < velocidad del viento tomada a 5 m de altura 7mRs8

Los coeficientes de regresión son:

a% < %.G$($F

a$ < ?%.%%;%(55

a5 < $.%F%A

a6 < %.%DAD;(

a; < ?%.%%A(DG;

aA < ?%.%%%A(DF

3.4.3.4. El método ori"inal de )laney&*riddle modificado por %#elan.

riginalmente los autores dise9aron el método para estimar la evapotranspiración real total

de los cultivos y la formula es:

'< PQB 7$%8

+ónde:

'< evapotranspiración real toral del cultivo e0presada como la l!mina 7cm8.

P< coeficiente total de ajuste que depende del cultivo y de la ubicación de la #ona

de estudio

2na modificación de Olanney? )riddle la reali#ó 3helan que introdujo al procedimiento el

uso de un coeficiente por temperatura:

Pt< %.%6$$;;Q' = %.56(D 7$$8

+ónde:

3!gina 4 $6


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)"L*+"- + -/

'< temperatura media mensual 7J)8.

3.4.3.-. El método de (ar"reaves

2na ecuación alternativa para el c!lculo de 'o cuando no se tiene disponibilidad de datosmeteorológicos de radiación solar, humedad relativa o velocidad del viento, estos deberían

ser estimados usando los procedimientos presentados en esta sección. 1in embargo, como

una opción alternativa, la 'o se puede estimar usando la ecuación de >argreaves para

estimar 'o donde:

ET o=0.0023 (T media+17.8 ) (T max−T min )0.5 Ra

+onde todos los par!metros han sido previamente definidos. Las unidades de to y a en la

cuación 5 son mm día?$.

*uadro / Datos meteoroló"icos empleados para el c0lculo de ET mediante distintos métodos

%arametro nidad Ene Fe Mar +r May 'un 'ul +"o

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Tale 1*uadro / *0lculo de la ET por el método del Tanque Evapor!metro

rametro

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*uadro / ET calculada por el método de T#ornt#$aite

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*uadro / ET calculada por el método de )laney&*riddle modificado por %#elan

*uadro / ET calculada por el método de )laney&*riddle modificado por la F+,

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18/23

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*uadro / ET calculada por el método de la 5adiación

MEE

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3!gina 4 $G


19/23

)"L*+"- + -/

*uadro / Evapotranspiración de referencia calculada por el método de %enman&Monteit#

MEE%ar0metros nidades Ene Fe Mar +r May 'un 'ul +"o

n hrsRdia A.GF A.A; D.$% G.5% F.G; F.6F F.DG F.$(

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5noc 7calRcm5Rdía8 5;6.A% 6%D.(6 6%5.(( 6(6.DF 6DD.6% 6F$.;D 6D%.5A 66G.F(

5n 7calRcm5Rdía8 56;.F% 5(G.%6 5(;.%; 6G6.%$ 6AF.$( 6D;.$$ 6A5.FA 66$.;%

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G HbarR) %.FA %.FD %.G5 %.F( %.FF %.FF %.F5 %.DG

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+Huste G %.6% %.5( %.5D %.5A %.5; %.5; %.5D %.5D

Eto mmRdía 6.$D 6.(% ;.6A A.5D A.%% ;.GD ;.A% ;.5$

*uadro / *omparación entre los diferentes métodos para estimar ET

ET 9mmBd!a;

Método Ene Fe Mar +r May 'un 'ul +"o ep ,ct 8ov Dic

Tanque E. 6.5% ;.%F ;.GF A.%( ;.G( ;.$$ 6.(5 ;.%D 6.;F 6.;F 6.5A 6.%%

T#ornt#$aite 5.$6 5.%; 6.55 ;.($ A.6( ;.FG ;.F$ ;.6( ;.$D 6.;G 6.$5 5.;;

)&*&%#elan 5.6F 5.D; 6.5F 6.G5 ;.5F ;.5F 6.(F 6.G6 6.D$ 6.5; 5.F( 5.;G

)&*&F+, $.6G $.A% $.G( 5.5A 5.6; 5.5( 5.$5 $.(6 $.GF $.D5 $.A5 $.6A

%enman&Monteit# 6.$D 6.(% ;.6A A.5D A.%% ;.GD ;.A% ;.5$ ;.;$ 6.DG 6.F$ 5.(A

3!gina 4 $(


20/23

)"L*+"- + -/

5adiación 6.FA ;.56 ;.DG D.;% D.6( D.;F D.5% D.$G D.$A A.5% ;.F% ;.5;

'ensen&(aise ;.5A 5.(6 6.F% A.65 A.6F A.$6 ;.(6 ;.D( ;.D5 6.F% 6.65 5.AA

(ar"reaves 6.D% ;.$G A.%A A.AF A.DA A.$A A.%; ;.(F ;.A6 ;.56 6.FD 6.;(

0 2 4 6 8 10 12 14

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1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

Evapotranspiracin por !i"#r#nt#s $%to!os

Evapo.

Thornthwaite

B-C-PB-C-FAO

Penan

!a"ia#i$n

%en&en

'ear(reave&

s#s !#' a(o

Eto #n $$)!*a

Fi"ura 1. Ir0ficas correspondientes a los diferentes métodos para la determinación de la ET

+n0lisis de la "r0fica

3odemos ver que los métodos varían entre ellosE algunas variaciones son mucho m!s

marcadas que otras. stas variaciones se deben a diversas ra#ones:

•)ada modelo o método fue desarrollado en sitios diferentes, clim!tica y

edafológicamente, con cultivos diferentes, en latitudes diferentes, etc., de ahí que

algunos subestimen los valores de la '%, mientras que otros los sobreestimen.

• Los modelos empleados para calcular la '% usan variables climatológicas

diferentes, y en mayor y menor cantidad, es decir, no tienen los mismos criterios. Lo

anterior desemboca en las variaciones.

3!gina 4 5%


21/23

)"L*+"- + -/

l método de 3enman?Honteith, modificado por la B", se encuentra en un punto

intermedio entre todos los métodos, este método es considerado como el m!s e0acto debido

al gran número de variables que involucra. l método que arroja los valores m!s altos de

'% es el de la adicación, mientras que los valores m!s peque9os son los del método de

Olaney?)riddle modificado por la B".

3odemos mencionar que algunos de los datos empleados para los diferentes c!lculos, tales

como la adicación global fueron calculados, mientras que otros datos como el número de

horas de insolación y la velocidad del viento fueron obtenidos del bservatorio 1inóptico

de la )iudad de 3uebla, por ser el m!s cercano al sitio de estudio.

*alendario de rie"o

Datos de Eto %enman&

Monteit#

Mes to

Enero ;.6(($6GGA

Ferero A.$(G5F;56

MarJo D.$FA6F;%G

+ril D.G5$DF;D5

Mayo D.F5FFGD$(

'unio A.FG(6A(FF

3!gina 4 5$

*aracter!sticas del suelo

TeturaK Branco?arenoso

DapK $.AA

**K 56

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22/23

)"L*+"- + -/

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+"osto ;.(;$65G5D

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,cture ;.D%D%(A$F

8oviemre A.%;%5G%AF

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0 20 40 60 80 100 120 140 1600

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0.8

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3!gina 4 55


23/23

)"L*+"- + -/

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Mes Eto 6c

Proyecto Raspa

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