Ecuación de Darcy y Sistemas de Drenaje
La ecuación de Darcy describe el flujo de fluidos a través de medios porosos. Considérese un tubo cilíndrico lleno de arena homogénea y saturada. A través de las superficies filtrantes de sus extremos, el sistema permeable conecta dos masas de agua con niveles de energía H1 y H2, que representan el potencial hidráulico.
La carga diferencial (H1-H2) causa filtración en la dirección donde H disminuye. H es constante en equilibrio estático, pero disminuye con el movimiento debido a la disipación de energía por la fricción viscosa del agua. La velocidad media y la velocidad efectiva de filtración (U) son constantes y proporcionales a la diferencia de niveles de energía e inversamente proporcionales a la longitud de la columna porosa. La Ley de Darcy se expresa introduciendo la conductividad hidráulica (K), que es un factor de proporcionalidad:
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Sistemas de Drenaje
El drenaje complementa al riego, manteniendo la humedad del suelo óptima para la productividad. El término «drenaje» se refiere a la filtración hacia redes de avenamiento, a diferencia del desagüe superficial.
Existen dos técnicas principales de drenaje:
- Drenaje superficial: Elimina el exceso de agua de la superficie del suelo, útil cuando la lluvia no puede fluir libremente hacia cauces naturales.
- Drenaje subsuperficial: Elimina el exceso de agua debido a una capa freática elevada, usando zanjas o tuberías. El perfil del suelo se divide en un horizonte superficial subsaturado y otro inferior saturado. Las estructuras de drenaje deben penetrar el nivel freático para ser eficaces.
Filtración hacia Drenes Paralelos
Las fórmulas de drenaje más comunes consideran los procesos hidrodinámicos bajo el nivel freático. Al asumir una conductividad constante, el medio poroso se considera un campo potencial de velocidades, permitiendo el uso de redes de corriente. Sin embargo, dado que muchos problemas de drenaje tienen un nivel freático casi horizontal, se usa la aproximación de Dupuit-Forchheimer: las líneas de corriente son horizontales y el potencial es constante en cada vertical.
Se consideran dos escenarios:
- Terreno anegado y saturación total, en régimen permanente.
- Horizonte superficial subsaturado, en régimen variable (situación instantánea).
Aforadores: Medición del Caudal en Sistemas de Riego
Los aforadores miden el caudal de agua en sistemas de riego. Existen varios métodos:
- Métodos volumétricos y gravimétricos: Miden el volumen o peso del agua en un tiempo determinado. Adecuados para caudales pequeños (surcos, aspersores, goteros). Ejemplos: medidores de cucharón, pistón, esfera oscilatoria, aleta rotativa, cangilón basculante.
- Métodos basados en la velocidad media: Usan flotadores, trazadores o molinetes.
- Aforadores de Parshall: Estructura convergente-divergente con una sección de control al final de la convergencia.
- Aforadores sin garantía de estrechamiento.
- Aforadores H.
Sistemas LEPA, LESA y MESA: Riego de Precisión de Baja Energía
LEPA (Low Energy Precision Application)
El sistema LEPA aplica agua directamente al suelo mediante mangas de arrastre («calcetines») o emisores de baja presión, con un laboreo que almacena el agua. Esto elimina pérdidas por evaporación y viento. Generalmente, se riegan surcos alternos, con emisores espaciados entre 1.5 y 2 metros. Se busca mínima compactación y máxima infiltración, con diques en los surcos para aumentar la capacidad de almacenamiento.
LEPA produce mayores rendimientos con un 20-30% menos de agua que los pivotes convencionales, siendo ideal cuando el agua es limitada. Funciona bien en terrenos llanos y suelos cohesivos, pero en pendientes fuertes puede haber escorrentía (hasta 40%).
LESA (Low-Elevation Spray Application) y MESA (Mid-Elevation Spray Application)
LESA y MESA son variantes de LEPA. La diferencia principal es la altura de los emisores:
- LESA: Emisores a 0.3 – 0.6 m del suelo. Permite la aplicación de productos químicos bajo el follaje.
- MESA: Emisores a 1.5 – 3 m del suelo.
Estos sistemas, que utilizan emisores tipo «spray», difieren en la extensión del suelo y cultivo humedecidos:
- LEPA: Moja solo la superficie del suelo de surcos alternos, sin mojar el cultivo.
- LESA y MESA: Mojan toda la superficie del suelo. MESA moja una mayor parte del cultivo que LESA.
Tanto LESA como MESA pueden ser aplicados en pivotes o en ramales de avance frontal.