Determinacion de La Velocidad de Infiltracion

 

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA  FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE  AGRONOMÍA 

“DETERMINACION DE LA VELOCIDAD DE INFILTRACION” 

CURSO

: INGENIERIA DE RIEGOS

DOCENTE

: Ing.  RUBEN MENESES ROJAS.

INTEGRANTES

:

GRUPO DE PRÁCTICA

: Miercoles 4-6 pm

 AYACUCHO-PERÚ  AYACUCH O-PERÚ 2015

 

DETERMINACION DETERMINACIO N DE LA VELOCIDAD DE INFILTRACION INFILTRACION MÉTODO DEL CILINDRO INFILTRÓMETRO A NIVEL CONSTANTE I.

INTRODUCCION

 

Una de variable importante paracon el que diseño de los métodos de riego es la velocidad infiltración, velocidad ingresa el agua a la zona de raíces y poder ser utilizadas por las plantas y las que se pierden por percolación.

  Esta velocidad puede determinarse por diferentes métodos: como el caudal de ingreso y salida en un surco (método del surco), las pozas de infiltración y el método del cilindro infiltrómetro (de carga constante y variable). El método a emplear está en función del material, equipo, condiciones del campo para la prueba o el método de riego.   Los facto factores res que influ influyen yen en la velo velocidad cidad de infilt infiltració ración n son la textu textura, ra, estructura, condiciones de superficie del suelo, condiciones de masa interna, condiciones de la masa interna, contenido de humedad, cargas hidráulicas, temperatura del agua y del suelo, cultivos, etc.   La imp import ortanc ancia ia de obt obtene enerr el Mod Modelo elo Mat Matemá emátic tico o de la vel veloci ocidad dad de infiltración es para realizar el diseño de los métodos de riego por gravedad y presurizado, el cálculo del tiempo de riego, longitud del surco, etc. También se puede estimar la cantidad de agua que puede infiltrarse en la cuenca y así estimar la escorrentía superficial.

II. OBJETIVOS 1. Fam Famili iliari arizar zar al estu estudia diante nte en la reali realizac zación ión de la prue prueba ba de infil infiltra tració ción n como método directo para la medición de la infiltración a través del suelo. 2. Obten Obtener er los mode modelos los m matemá atemáticos ticos o ec ecuaci uaciones ones de la lámin lámina a infi infiltrada ltrada,, la velocidad de infiltración instantánea, velocidad de infiltración básica y el tiempo en que se alcanza, y la velocidad de infiltración promedio. 3. Re Real aliz izar ar la de dete term rmin inac ació ión n de la infi infilt ltra raci ción ón me medi dian ante te pr proc oced edim imie ient ntos os analíticos y métodos gráficos a escala normal y logarítmica; así como la interpretación de los resultados.

II III. I. FUND FUNDAM AMEN ENTO TOS S TEORIC TEORICOS OS   Incluir la revisión bibliográfica de los conceptos básicos relacionados a la infiltración del agua de riego.    

Velocidad de Infiltración Instantánea Infiltración Acumulada Velocidad Velocidad de de Infiltración Infiltración Básica Promedio

 

IV. MAT MATERI ERIALE ALES S Y METODO METODOS S IV.1 Selección Selección y De Descrip scripción ción del L Lugar  ugar    Las pruebas se realizan en lugares representativos del terreno del cual se quiere conocer las características de infiltración. Además se determinará las características físicas, textura, estructura, densidad aparente y contenido de humedad, anotando si el suelo ha sido cultivado, cosechado recientemente, tipo de cultivos, presencia de costras, etc.

Materiales y Equipos requeridos 

          

Juego de dos cilindros infiltrómetros de acero o fierro galvanizado de 2 mm de espesor, de 30 y 40 cm. de diámetro para los cilindros interior y exterior respectivamente y hasta 40 cm. de alto. Tablones de madera o plancha metálica Un escalímetro o regla graduada Cinta adhesiva o ganchos sujetadores de la l a regla graduada. Cronómetro Comba Nivel de carpintero Lámina de plástico Baldes o latas Lapiceros y tizas Gancho metálico, medidor del nivel de agua Hojas de registros

IV.22 Eje IV. Ejecu cució ción n de la Prue Prueba ba   Una vez ele elegid gido o e ell o los lug lugare ares s d don onde de se efe efectu ctuará arán n llas as pru prueba ebas, s, se procede a :

IV.2 IV.2.1 .1

Ins Insta tala lacció ión n de de los los Cili Cilin ndro ross

  Intro Introducir ducir el cilin cilindro dro exter exterior ior en el lugar sele seleccio ccionado nado,, m media ediante nte el uso de una comba sobre el tablón de madera que se coloca sobre el cilindro. El cilindro exterior se introduce unos 10 cm. aprox., luego se introduce el cilindro interior unos 15 cm.   La introducción de los cilindros debe efectuarse verticalmente a fin de evitar  que se alteren sustancialmente las condiciones de la superficie del suelo.   Una vez insta instalado lado los cilin cilindros, dros, se remue remueve ve con cuida cuidado do el suelo que se encuentra adyacente a las paredes de estos y se coloca la regla graduada, fijándola adecuadamente en la parte interna del cilindro interior (ver Fig. 01).   En la instalación observar que los cilindros queden verticalmente, la parte superior horizontal, un nivel de carpintero puede ser utilizado para hacer estas verificaciones.

 

Luego se extiende la lámina o manto de plástico sobre la superficie del suelo del cilindro interior.

IV.2 IV.2.2 .2

Lle Llenado ado de lo loss Ci Cili lin ndro ross

  Luego de colocado el plástico en el cilindro interior, se procede a su llenado con agua, hasta aprox. una lámina de 10 a 15 cm. El agua debe ser aplicado primero al cilindro exterior y luego inmediatamente al cilindro interior, siendo preferible que simultáneamente sean llenados ambos cilindros, lo cual requiere que dos personas operen juntas.   Llena Llenados dos los cilin cilindros, dros, se proc procede ede a retira retirarr e ell p plásti lástico co del cilin cilindro dro inter interior, ior, para iniciar inmediatamente la lectura de la carga de agua.   El agua entre los cilindros es para tratar de anular la infiltración lateral que pueda presentarse en el cilindro interior. El nivel de agua en el cilindro interior y exterior debe ser aprox. lo mismo.

Fig. 01: Disposición de los cilindros infiltrómetros para medir variación del nivel de agua

IV.2 IV.2.3 .3

Le Lect ctu ura del del Ni Nive vell d dee Agu Agua

  Retirada el plástico del cilindro, se procede a efectuar las lecturas del nivel de agua en el cilindro interior, dicho nivel se medirá con el escalímetro o regla graduada previamente instalada y el gancho metálico.   Las medi medicione ciones s norma normalment lmente e se cont continua inuarán rán con un interv intervalo alo de tiemp tiempo o determinado, siendo el inicio de estos intervalos de 1 a 2 min. aprox., luego se irán distanciando cada 5, 10, 15, 20, 30 min., hasta finalmente completar la prueba. Cuando en los cilindros se ha infiltrado una lámina de alrededor de 2.5 a 3 cm., se procede a llenar nuevamente, procurando alcanzar el mismo nivel inicial. Esta operación debe ser hecha rápidamente, para lo cual debe efectuarse una lectura antes e inmediatamente después del llenado a fin de que el tiempo

 

transcurr transc urrido ido en est esta a ope operac ración ión sea con consid sidera erado do “ce “cero” ro”.. La dur durac ación ión de la prueba no debe ser menor de dos horas.   En los suelos francos y arcillosos, la duración debe ser de 3 a 5 horas. En general se indica que la duración de la prueba debe ser hasta que la tasa de infiltración sea sensiblemente constante (alcanzar la infiltración i nfiltración básica).

IV.33 Cál IV. Cálcul culo o de Re Regis gistro tross y Dato Datoss   Los datos de campo se anotarán en las columnas (1) y (4) del Formato de registro. (Formato 01).   Con base a llos os d datos atos de campo tomados, se procede al llen llenado ado d del el re resto sto d de e las columnas del referido cuadro.  

Registrar los datos de tiempo parcial y lámina parcial. Calcular la velocidad de infiltración instantánea y lámina acumulada para cada periodo de tiempo transcurrido

IV.4 Evaluación Evaluación de los los Dat Datos os d dee Infiltrac Infiltración ión 









Efectuar un diagrama de Lámina infiltrada acumulada, versus tiempo acum ac umul ulad ado o y tr traz azar ar la cu curv rva a de ma mayo yorr aj ajus uste te.. (Esc (Escal ala a no norm rmal al y logarítmica) Dete De term rmin inar ar la func funció ión n ma mate temá máti tica ca re resp spec ecti tiva va y su co coef efic icie ient nte e 2 de determinación (r  ). Elaborar el diagrama de la velocidad de infiltración instantánea y trazar  la curva de mayor ajuste. (Escala normal y logarítmica). Determinar su función matemática y su coeficiente de determinación respectivo. Calcular las otras funciones de las velocidades de infiltración promedio y obtención de la velocidad de infiltración básica y el tiempo a la cual se produce.

IV.5 Determina Determinación ción de los Par Parámet ámetros ros de la Func Función ión matem matemátic áticaa   La det determ ermina inació ción n de los par paráme ámetro tros s de la funció función n de la veloc velocida idad d de infiltración y de la lámina de infiltración acumulada, puede realizarse mediante el Método gráfico y el Método analítico, para lo cual se utiliza la información de campo obtenida: velocidad de infiltración (cm./h) y tiempo.   El Método analítico, con la información de campo obtenida en la prueba de infiltración y previamente el cuadro (formato) procesado, se realiza el cálculo de los parámetros de la función de la velocidad de infiltración, mediante el Método de Los Mínimos Cuadrados.

 

RESULTADOS Y DISCUSION FORMATO Nº 01 PRUEBA DE INFILTRACION: METODO DE CILINDROS INFILTROMETROS: Prueba Nº 07

Observador

: Efner paredes H. 

Lugar

: Canaan

Textura

: Franco- Arcilloso

Fecha

: 13/07/09 

Contenido de Hº : 15-16 %

Observaciones: suelo cosechado sin cobertura TIEMPO (min)

 

Parcial

Acumulado (To)

LECTURA (cm)

(4)

LAMINA INFILTRADA (cm)

VELOC. (cm/h)

INFILTRACION

Instantanea (I)

Promedio (Ip)

Parcial

Acumulada (Iac)

(5)

(6)

(7)

(8)

0

0

0

0

(1) (2)

(3)

(4)

1

0

0

13.6

2

1

1

11.8 13.6 1.8

1.8

108.0

108.0

3

1

2

12.6

1.0

2.8

60.0

84.0

4

2

4

10.8 12.7 1.8

4.6

54.0

69.0

5

2

6

11.5 13.8 1.2

5.8

36.0

58.0

6

2

8

12.4

1.4

7.2

42.0

54.0

7

2

10

11.1 14.1 1.3

8.5

39.0

51.0

8

5

15

11.1 14.0 3.0

11.5

36.0

46.0

9

5

20

11.1 13.4 2.9

14.4

34.8

43.2

10 10

30

8.6

14.2 4.8

19.2

28.8

38.4

11 10 12 15

40 55

9.2 7.2

13.9 5.0 14.6 6.7

24.2 30.9

30.0 26.8

36.3 33.7

13 20

75

5.5

15.7 9.1

40.0

27.3

32.0

14 20

95

8.2

15.5 7.5

47.5

22.5

30.0

15 25

120

7.5

8.0

55.5

19.2

27.8

 

1. CALC CALCUL ULO O DE PARA PARAME METR TROS OS DE LA FU FUNC NCIO ION N DE LA LA LAMI MINA NA INFILTRADA ACUMULADA



Se realizará el cálculo de la función de la lámina infiltrada acumulada mediante la siguiente ecuación:

 I ac = A∗T O B

Cuadro N° 1 Tiempo acumulado (min) (To)

Lamina infiltrada acumulada

LogTo = X

LogIac =  Y

X.Y

X2

Y2

0

0

0

0

0

0

0

1

1.8

0

0

0

0.0651640 5

2

2.8

0.301029996

4

4.6

0.602059991

6

5.8

0.77815125

8

7.2

0.903089987

0.0906190 6 0.3624762 3 0.6055193 7 0.8155715 2

10

8.5

1

15

11.5

1.176091259

20

14.4

1.301029996

30

19.2

1.477121255

40

24.2

1.602059991

55

30.9

1.740362689

0.9294189 3 1.0606978 4 1.1583624 9 1.2833012 3 1.3838153 7 1.4899584

0.1346079 8 0.3990199 7 0.5940624 5 0.7742483 9 0.9294189 3 1.2474774 6 1.5070643 5 1.8955915 2 2.2169552 3 2.5930681

2.5665962 2 3.0288622

0.7350190 1 0.8638195 4 1.1250799 1 1.3418036 6 1.6468620 4 1.9149449 7 2.2199762

8 1.6020599 9 1.6766936 1 1.7442929 8 15.314549 8

5 3.0039606 3 3.3160365 3 3.6267012 6 22.238212 8

9 3.5158547 4 3.9113906 6 4.3229946 5 25.477641 6

7 2.5665962 2 2.8113014 6 3.0425580 1 19.555145 7

75

40

1.875061263

95

47.5

1.977723605

120

55.5

2.079181246

∑ SUMATORIA



16.81296253

Calculo del parámetro B: 

  B=n ¿ ¿

0.2552725 1 0.4471580 3 0.6627578 3 0.7634279 9 0.8573325

1 1.3831906 5 1.6926790 5 2.1818872

0.1999503 0.4392479 4 0.5828223

 





  B=¿ 0.727619259

Calculo del parámetro A :

 A =antiLog A O = 1.65989



∑ Y i

B ∑  X i

n

n

  −



  AO =



  AO =¿0.2200796

Calculo del coeficiente de determinación

[∑

2



  r=

( ∑ X  )





2

[

∑  X 

n

 ]

−

n

  r = ¿0.9986535

2

2

i

2

i

 X i Y i −

∑  X i Y i

(∑ Y  )

2

 ] [ ∗

∑ Y 

i

2

i

−

n

 ]

Reemplazando los datos en la ecuación:

 I ac = A∗T O

B

 I ac =1.65989∗T O

0.727619259

2. CALCUL CALCULO O DE PARAM PARAMET ETROS ROS DE LA FUNCIO FUNCION N DE LA VELOCI VELOCIDAD DAD DE INFILTRACION INSTANTANEA (I) 

Se realizará el cálculo de la función de la lámina infiltrada acumulada mediante la siguiente ecuación:

 I =a∗T O

b

Veloc. De Tiempo acumulado infiltración LogTo = X (min) (To) instantánea

LogIac = X.Y  Y 0 0 0.53527686 1.04300497 1.21103874 1.46594018

X2 0 0 0.09061906 0.36247623 0.60551937 0.81557152

 Y2

0 1 2 4 6 8

0 108 60 54 36 42

0 0 0.301029996 0.602059991 0.77815125 0.903089987

0 2.03342376 1.77815125 1.73239376 1.5563025 1.62324929

0 4.13481217 3.16182187 3.00118814 2.42207747 2.63493826

10 15

39 36

1 1.176091259

1.59106461 1. 1 .59106461 1 2.53148658 1.5563025 1.83035377 1.38319065 2.42207747

 

20 34.8 30 28.8 40 30 55 26.8 75 27.3 95 22.5 120 19.2 ∑ SUMATORIA 



1.301029996 1.477121255 1.602059991 1.740362689 1.875061263 1.977723605 2.079181246 16.81296253

1.54157924 1.45939249 1.47712125 1.42813479 1.43616265 1.35218252 1.28330123 21.8487618

2.00564084 2.15569966 2.36643686 2.48547251 2.69289295 2.67424328 2.66821585 367.342414

1.69267905 2.1818872 2.56659622 3.02886229 3.51585474 3.91139066 4.32299465 282.675709

Calculo del parámetro b: 

  b =n ¿ ¿



  b =¿-0.28628718

Calculo del parámetro a :

a =ant antiLo iLog g aO =80.2482 a O=

∑ Y i

b ∑  X i

n

n

  −

a O=¿1.90443553



Calculo del coeficiente de determinación

[∑

2







  r=

[

∑  X i − 2

 X i Y i −

 ] [

( ∑ X  ) i

n

 ]

∑  X i Y i n

2

2

∗

∑ Y i − 2

 ]

(∑ Y  )

2

i

n

2

  r = ¿0.90982012

Reemplazando los datos en la ecuación:

 I =a∗T O

b

− 0.28628718

 I ac =80.2482∗T O

3. CALCULO CALCULO DE DE VEL VELOCIDA OCIDAD D DE IINFIL NFILTRACI TRACION ON BA BASICA SICA (Ib)  I b=a∗T b

b

 Donde : 

  T b=−10 b …. Horas



  T b=−10∗−0.28628718

2.37646657 2.12982643 2.1818872 2.03956899 2.06256315 1.82839756 1.64686204 477.368394

 



  T b=2.8628718

 Reemplazando  Reemplazan do : − 0.28628718



  I b=80.2482 ∗2.8628718



  I b=59.3823923 cm / hora 

4. CALCULO CALCULO DE DE VELO VELOCIDAD CIDAD DE INF INFILTR ILTRACION ACION P PROME ROMEDIO DIO (Ip)  I  p= A∗T 0

b

 Donde : 

  T b=−10 b …. Horas



  T b=−10∗−0.28628718



  T b=2.8628718 horas

 Reemplazando : − 0.28628718



  I b=1.65989 ∗2.8628718



  I b=1.228295 cm / hora 

REPRESENTACION REPRESENTAC ION DE LA INFILTRACION EN ESCALA NORMAL VARIACION DE LA LAMINA VARIACION LAMIN A INFILTRADA ACUMULADA ACUMULADA Y LA VELOCIDAD VELOCIDAD DE INFILTRACION INSTANTANEA 120.0

100.0

80.0

60.0

Lamina infltrada acumulada

40.0

20.0

Velocidad de infltración instantánea

0.0 0

20

40

60

80

1 00

1 20

140

 

RESULTADOS 

El coeficiente de determinación de la lámina infiltrada acumulada confiabilidad es 0.9986535= 99%



  La coefic coeficien iente te de de deter termin minaci ación ón 0.90982012=

, la

de la ve veloc locida idad d de inf infilt iltrac ración ión

96% 59.3823923 cm / hora



Velocidad de infiltración básica es (Ib) =



Velocidad de infiltración promedio. (Ip) = 1.228295 cm / hora 

BIBLIOGRAFIA 



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Básic Básicos os del

es