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• Boris Galindo Contreras

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO-PUNO FACULTAD DE ingeniería agrícola ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA agrícola

INFORME DE INFILTRACION PRÁCTICA N° 01-FIA ASIGNATURA: DISEÑO DE SISTEMA DE RIEGO II DOCENTE:  ING. LORENZO GABRIEL CIEZA CORONEL PRESENTADO POR:  VILCA QUISPE MILTON JAFET SEMESTRE: IX GRUPO: UNICO FECHA: 17/05/2018 PUNO - PERU

I

INTRODUCCIÓN El presente informe se realizó para poder identificar y analizar los parámetros de infiltración, que posee una determinada muestra para poder demostrar el trabajo de campo que tuvimos en la sesión de práctica. Es necesario conocer los parámetros de infiltración ya que para cualquier proyecto de riego la cantidad de agua aplicada será un factor importante para el crecimiento vegetativo y la infiltración acumulada será un parámetro básico para verificar la evapotranspiración adecuada en el ciclo vegetativo de las plantas.

II OBJETIVO  Conocer el procedimiento que se sigue en la prueba de campo para determinar la infiltración por el Método de los Cilindros Infiltró metros.  Determinar cuál es la infiltración acumulada, infiltración instantánea, infiltración básica y la infiltración promedio de un suelo y así poder aplicar la lámina de agua para el suelo cuando se utiliza para un determinado cultivo (planta). III FUNDAMENTO TEORICO METODOLOGÍA El método que se utilizará en esta prueba será el de los cilindros infiltrometro doble. Aun cuando es uno de los experimentos más simples que se pueden realizar para medir tasa de infiltración, su precisión no deja de ser buena. Esta prueba es utilizada ampliamente y desde hace mucho tiempo en la ingeniería, sobre todo para: (i) Calcular sistemas de riego, (ii) determinar aportes al agua subterránea, (iii) regular infiltraciones en canales, lagunas artificiales y reservorios, (iv) medir la percolación en rellenos sanitarios, (v) probar la efectividad de capas impermeables en obras de retención de líquidos, entre otras aplicaciones. Básicamente, para el desarrollo de esta experiencia hay que enterrar el cilindro metálico unos pocos centímetros en el suelo. Luego, hay que rellenarlo de agua hasta una altura no mayor a 15 cms. Finalmente con la regla y el cronómetro, se medirá la variación de la altura del agua en el tiempo. Al principio, esta variación será mayor y luego tenderá a estabilizarse. El tiempo de INFILTRACION Infiltración se refiere a la entrada vertical del agua en el suelo: Factores que afectan la velocidad de infiltración son:    

Características físicas del suelo Carga hidráulica usada en la prueba. Contenido de materia orgánica y carbonatos Características de humedad del suelo



Métodos de riego y manejo del agua, etc.

FORMAS DE EXPRESAR LA INFILTRACION DEL SUELO a. Infiltración acumulada. Es la lámina acumulada a través del tiempo, aumenta con el tiempo; según Kostakof el modelo de infiltración acumulada en un punto es la siguiente:

𝐼𝑎𝑐𝑢𝑚 = 𝐶𝑇 𝑎 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 • • • •

Donde: Ia: Infiltración acumulada o lámina neta, se expresa en cm. C: Coeficiente de infiltración por unidad de tiempo en cm. T: tiempo acumulado en minutos a: pendiente de la gráfica o recta.

b. Infiltración instantánea. Llamada simplemente velocidad de infiltración, se define como la velocidad de entrada vertical del agua en el perfil del suelo, cuando la superficie del terreno se cubre con una lámina delgada de agua, la formula según Kostiakov resulta de derivar la infiltración acumulada. Derivando la infiltración acumulada:

𝐼𝑖𝑛𝑠𝑡. =

𝑑𝐼𝑎𝑐𝑢𝑚 . = 60𝑎𝐶𝑇 𝑎−1 (𝑐𝑚/ℎ) 𝑑𝑡 𝐾 = 60𝑎𝐶 𝑛 =𝑎−1

𝐼𝑖𝑛𝑠𝑡. = 𝐾𝑇 𝑛 (𝑐𝑚/ℎ) c. Infiltración básica. Es el valor de la infiltración instantánea cuando esta se hace aproximadamente constante, se expresa en cm/hora y generalmente se considera que se ha llegado a la infiltración básica cuando el decremento de la infiltración instantánea es del 10% en una hora.

(

cm 𝑐𝑚 ) 𝐼𝑏 = 𝐾(−10 ∗ 𝑛)𝑛 ( ) hora ℎ𝑜𝑟𝑎

d. Infiltración media. Es la relación entre la infiltración acumulada y el tiempo acumulado

𝐼𝑝𝑟𝑜𝑚. =

60𝐼𝑎 𝑐𝑚 ( ) 𝑇 ℎ𝑜𝑟𝑎

IV PARTE EXPERIMENTAL A. MATERIALES Los materiales que se usan en la respectiva práctica fueron:  1 juego de cilindros infiltro metros de acero / fierro galvanizado de 2mm., de espesor, de 30 a 40 cm., de diámetro interior y exterior respectivamente con una altura de 40 cm., aprox.  Tablón de madera  Escalímetro o regla graduada  Cinta adhesiva  Cronometro  Combo  Hoja de registro  Baldes  Lápices  Lamina de plástico B. PROCEDIMIENTO Instalación de los cilindros  Ubicar el lugar en el terreno agrícola en donde se colocara los cilindros para la práctica respectiva del cual se quiere conocer las características de infiltración. Un punto en cada hectárea del terreno.  Luego introducir el cilindro exterior en el lugar seleccionado mediante el uso de un combo, golpeando el tablón de madera que se halla colocado sobre los cilindros. El cilindro se debe introducir unos 15cm., aproximadamente, luego se introduce el cilindro interior.  Los cilindros deben efectuarse verticalmente a fin de que no se alteren significativamente las condicione de las superficies del suelo. Una vez instalados los cilindros se remueve con cuidado 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.

Figura 1: Instalación en campo de cilindros Infiltrometro doble.

Llenado de los cilindros con agua  Se procede el llenado con agua, hasta aproximadamente una lámina de 20cm.  El agua debe ser aplicada preferiblemente en simultáneo a los dos cilindros, lo cual requiere que dos personas operen juntas.  El agua entre los cilindros es para tratar de anular la infiltraron lateral que pueda presentarse en el cilindro interior y exterior, debe ser aproximadamente el mismo. Lectura del nivel del Agua:  Las mediciones normalmente con un intervalo de tiempo determinado siendo el inicio de estos intervalos de 1, 2, 5, 10, 15, 20 min., hasta finalmente completar la prueba.  Cuando los cilindros se ha infiltrado una lámina de 2.5 a 3.0 cm., se procede a llenar nuevamente, procurando alcanzar el nivel inicial esta operación debe ser hecha rápidamente, para lo cual se debe efectuar una lectura antes e inmediatamente del llenado a fin de que el tiempo transcurrido en esta operación sea considerado cero, la duración de la prueba no debe ser menor a 2hras, salvo suelo de textura muy gruesa. La prueba debe ser hasta que la tasa de infiltración sea sensiblemente constante.

Figura 2. Instalación en campo de cilindro infiltrometro simple y construcción de surco alrededor del cilindro. Evaluación de los Datos de Infiltración.  Efectuar un diagrama de papel logarítmico, lamina infiltrada acumulada & tiempo acumulado y trazar una recta de mayor ajuste.  Determinar la función matemática y su coeficiente de determinación (r²). Determinación de los Parámetros de la Función de la Velocidad de Infiltración y de la Lamina Infiltrada Acumulada.  La determinación de los parámetros de la función de la velocidad de infiltración puede hacerse mediante el Método Grafico y el Método Analítico para lo cual se utiliza la información de campo obtenida.

V CUADRO DE DATOS Y RESULTADOS 5.1. RECOLECCION DE DATOS ∆t (min)

nivel de agua en el anillo h(cm)

∆h (cm)

tasa de infiltración ∆t/∆h cm/min

0

0

28

0

0

1

1

27

1

1.00

2

1

26.2

0.8

0.80

3

1

25.5

0.7

0.70

4

1

24.9

0.6

0.60

5

1

24.1

0.8

0.80

8

3

22.5

1.6

0.53

11

3

21.3

1.2

0.40

14

3

20.2

1.1

0.37

19

5

25.3

2.7

0.54

24

5

22.8

2.5

0.50

29

5

20.5

2.3

0.46

39

10

22.3

5.7

0.57

49

10

16.7

5.6

0.56

59

10

12.6

4.1

0.41

74

15

21.5

6.5

0.43

89

15

16.4

5.1

0.34

104

15

13.3

3.1

0.21

tiempo T (min)

5.2.DETERMINACION DE LA INSTANTANEA Y PROMEDIO VELOCIDAD DE INFILTRACION TIEMPO T (min) HORA 9:45 9:46 9:47 9:48 9:49 9:50

Parcial acumulado (min) (min) 0 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5

lectura (cm) 28 27 26.2 25.5 24.9 24.1

INFILTRACION ACUMULADA, LAMINA INFILTRADA Y LA

Lamina infiltrada

Velocidad de infiltración

parcial acumulado (cm) (cm) 0 0 1 1 0.8 1.8 0.7 2.5 0.6 3.1 0.8 3.9

instantánea media (cm/hora) (cm/hora) 0 0 60 60.00 48 54.00 42 50.00 36 46.50 48 46.80

9:53 9:56 9:59 10:04 10:09 10:14 10:24 11:24 12:24 12:39 12:54 13:09 

3 3 3 5 5 5 10 10 10 15 15 15

8 11 14 19 24 29 39 49 59 74 89 104

22.5 21.3 20.2 25.3 22.8 20.5 22.3 16.7 12.6 21.5 16.4 13.3

1.6 1.2 1.1 2.7 2.5 2.3 5.7 5.6 4.1 6.5 5.1 3.1

5.5 6.7 7.8 10.5 13 15.3 21 26.6 30.7 37.2 42.3 45.4

32 24 22 32.4 30 27.6 34.2 33.6 24.6 26 20.4 12.4

41.25 36.55 33.43 33.16 32.50 31.66 32.31 32.57 31.22 30.16 28.52 26.19

CURVAS DE INFILTACION ACUMULADA, INSTANTANEA Y PROMEDIO

Velocidad de infiltración

INFILTRACION, ACUMULADA, INSTANTANEA Y PROMEDIO 70 60 50 40 30

20 10 0 0

20

40

60

80

100

120

Tiempo (min) Acumulada

Media

CURVA DE INFILTRACION ACUMULADA, INSTANTANEA Y MEDIA (Escala Logarítmica)

INFILTRACION, ACUMULADA, INSTANTANEA Y PROMEDIO

100

Velocidad de infiltración



Instantanea

10

1 1

10

100

1000

Tiempo (min) Acumulada

Instantanea

Media

5.2.1. CALCULO DE LA FUNCION DE LA LAMINA DE INFILTRADA ACUMULADA (Método de los Mínimos Cuadrados)

Método Analítico:

N° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Tiempo L.I. Acum T (min) (cm) X=LOG(T) 1 2 3 4 5 8 11 14 19 24 29 39 49 59 74 89 104 SUMATORIA

1 1.8 2.5 3.1 3.9 5.5 6.7 7.8 10.5 13 15.3 21 26.6 30.7 37.2 42.3 45.4

Y=LOG(I)

XY

X2

Y2

0.000 0.255 0.398 0.491 0.591 0.740 0.826 0.892 1.021 1.114 1.185 1.322 1.425 1.487 1.571 1.626 1.657 16.602

0.000 0.077 0.190 0.296 0.413 0.669 0.860 1.022 1.306 1.537 1.732 2.104 2.408 2.634 2.936 3.170 3.342 24.697

0.000 0.091 0.228 0.362 0.489 0.816 1.084 1.314 1.635 1.905 2.139 2.531 2.857 3.136 3.494 3.800 4.068 29.949

0.000 0.065 0.158 0.241 0.349 0.548 0.682 0.796 1.043 1.241 1.403 1.748 2.030 2.212 2.467 2.645 2.746 20.375

0.000 0.301 0.477 0.602 0.699 0.903 1.041 1.146 1.279 1.380 1.462 1.591 1.690 1.771 1.869 1.949 2.017 20.179

Calculo del método de mínimos cuadrados: DATOS N= 17 ∑X= 20.1789 ∑Y= 16.6022 ∑XY= 24.6968 ∑X2= 29.9485 (∑X)2= 407.188916

a=

0.83220805

N=

-0.01122873

C=

0.97447628

𝐼𝑎𝑐𝑢𝑚 = 𝐶𝑇 𝑎 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 𝐼𝑎𝑐𝑢𝑚. = 0.9745 𝑇 0.8322 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 5.2.2. CALCULO DE INSTANTANEA

𝐼𝑖𝑛𝑠𝑡. =

LA

FUNCION

DE

LA

INFILTRACION

𝑑𝐼𝑎𝑐𝑢𝑚 . = 60𝑎𝐶𝑇 𝑎−1 (𝑐𝑚/ℎ) 𝑑𝑡

𝐼𝑖𝑛𝑠𝑡. = 𝐾𝑇 𝑛 (𝑐𝑚/ℎ) 𝐼𝑖𝑛𝑠𝑡. = 48.6575 𝑇 −0.1678 𝑐𝑚/ℎ𝑜𝑟𝑎 5.2.3. CALCULO DE LA FUNCION DE LA INFILTRACION BASICA

𝑐𝑚 𝐼𝑏 = 𝐾(−10 ∗ 𝑛)𝑛 ( ) ℎ𝑜𝑟𝑎 𝐼𝑏 = 48.65754961(−10 ∗ −0.1678)−0.1678 (

𝑐𝑚 ) ℎ𝑜𝑟𝑎

𝐼𝑏 = 44.6098(𝑐𝑚/ℎ𝑜𝑟𝑎) 5.2.4. CALCULO DE LA FUNCION DE LA INFILTRACION PROMEDIO

𝐼𝑝𝑟𝑜𝑚. =

60𝐼𝑎 𝑐𝑚 ( ) 𝑇 ℎ𝑜𝑟𝑎

𝐼𝑝𝑟𝑜𝑚. = 60 ∗ 0.97447628 𝑇 0.8322 ∗ 𝑇 −1 𝑐𝑚/ℎ 𝐼𝑝𝑟𝑜𝑚. = 60 ∗ 0.97447628 𝑇 0.8322 ∗ 𝑇 −1 𝑐𝑚/ℎ 𝐼𝑝𝑟𝑜𝑚. = 58.469𝑇 −0.1678 𝑐𝑚/ℎ𝑜𝑟𝑎

5.3.DETERMINACION DE LA INFILTRACION ACUMULADA, INSTANTANEA Y PROMEDIO LAMINA INFILTRADA Y LA VELOCIDAD DE INFILTRACION UTILIZANDO LAS FUNCIONES DE INFILTRACION TIEMPO T (min) Parcial (min)

HORA 9:45 9:46 9:47 9:48 9:49 9:50 9:53 9:56 9:59 10:04 10:09 10:14 10:24 11:24 12:24 12:39 12:54 13:09

CURVAS DE INFILTRACION UTILIZANDO LAS FUNCIONES DE INFILTRACION

CURVAS DE INFILTRACION UTILIZANDO LAS FUNCIONES DE INFILTRACION CALCULADAS INFILTRACION (cm/hora)



0 1 1 1 1 1 3 3 3 5 5 5 10 10 10 15 15 15

lectura Infiltracion acumulado acumulada (min) (cm) (cm) 0 28 0 1 27 0.97 2 26.2 1.73 3 25.5 2.43 4 24.9 3.09 5 24.1 3.72 8 22.5 5.50 11 21.3 7.17 14 20.2 8.76 19 25.3 11.30 24 22.8 13.72 29 20.5 16.06 39 22.3 20.55 49 16.7 24.85 59 12.6 29.01 74 21.5 35.02 89 16.4 40.84 104 13.3 46.49

Velocidad de infiltracion instantanea media (cm/hora) (cm/hora) 0 0 54.61 58.47 47.13 52.05 43.24 48.63 40.68 46.33 38.79 44.63 35.11 41.25 32.81 39.10 31.17 37.55 29.21 35.67 27.80 34.30 26.70 33.23 25.07 31.62 23.88 30.43 22.96 29.50 21.88 28.40 21.04 27.53 20.36 26.82

80

60 40 20 0 0

20

40

60

80

100

TIEMPO (min) Acumulada

Instantanea

Promedio

120



CURVAS DE INFILTRACION UTILIZANDO LAS FUNCIONES DE INFILTRACION (ESCALA LOGARITMICA)

CURVAS DE INFILTRACION UTILIZANDO LAS FINCIONES DE INFILTRACION CALCULADAS INFILTRACION (cm/hora)

100

10

1 1

10

0.1

100

1000

TIEMPO (min) Acumulada

Instantanea

Promedio

VI CONCLUSIÓN Y RECOMENDACIÓN 6.1 CONCLUSIONES Los resultados obtenido en esta prueba estas en los parámetros lo más confiable lo cual significa que la prueba se hizo de manera más correcta. Se determinó la velocidad de infiltración del agua en el terreno donde se llevó acabo la práctica. Se llegó a entendedor la aplicación método del cilindro infiltrometro aplicando directamente en el campo lo cual nos da una idea para nuestros parámetros de diseño en sistema de riego en un futuro proyecto de riego. Se llegó a entender de una manera real practico la importancia de pruebas de infiltración en el campo. 6.2 RECOMENDACIONES Se recomienda seguir realizando trabajos como esto puesto que es de suma importancia para el estudiantado, su formación profesional. Se recomienda construir más cilindros infiltrometros para tener mayor precisión en los trabajos de investigación. El trabajo para esta prueba necesita mucha atención por parte del operador porque puede dar resultados falsos que perjudicaría los cálculos. Es necesario hacer mayor cantidad de repeticiones para hacer una buena calibración.

VII

ANEXO

Anexo 1: Instalación de los cilindros adecuadamente

Anexo 2 y 3: Se está colocando bolsas para comenzar a echar agua al cilindro para proceder a lecturas.

Anexo 4: S