MOVIMIENTO DEL AGUA EN MEDIOS

POROSOS

�LasLasLasLas prácticasprácticasprácticasprácticas deldeldeldel riegoriegoriegoriego yyyy avenamientoavenamientoavenamientoavenamiento tienentienentienentienencomocomocomocomo objetivoobjetivoobjetivoobjetivo mantenermantenermantenermantener unaunaunauna relaciónrelaciónrelaciónrelación aire/aguaaire/aguaaire/aguaaire/agua enenenenelelelel suelosuelosuelosuelo adecuadosadecuadosadecuadosadecuados paraparaparapara lalalala producciónproducciónproducciónproducción deldeldeldel cultivocultivocultivocultivo

�EstudioEstudioEstudioEstudio dededede lalalala filtraciónfiltraciónfiltraciónfiltración líquidalíquidalíquidalíquida producidaproducidaproducidaproducida porporporpor elelelelgradientegradientegradientegradiente dededede potencialpotencialpotencialpotencial hidráulicohidráulicohidráulicohidráulico

�ElElElEl movimientomovimientomovimientomovimiento deldeldeldel aguaaguaaguaagua enenenen elelelel suelosuelosuelosuelo estáestáestáestá afectadoafectadoafectadoafectadoporporporpor susususu estructuraestructuraestructuraestructura yyyy laslaslaslas fuerzasfuerzasfuerzasfuerzas conconconcon laslaslaslas quequequeque elelelel aguaaguaaguaaguaquedaquedaquedaqueda retenidaretenidaretenidaretenida

Caracterización físico -química Porosidad

s

p

V

VP =

SueloPorosidad (P)

(%)

Densidad

aparente (ρa)

(g/cm3)

Arenoso 36-56 1,16-1,70Arenoso 36-56 1,16-1,70

Franco 30-55 1,20-1,85

Arcilloso 35-70 0,88-1,72

Intervalo típico de valores de P y ρρρρa en distintos suelos

P, Va

dP/dθ = 0 0< dP/dθ <1 dP/dθ =10

dP/dθ = 0

θVariación de la porosidad P y volumen aparente Va con el

contenido de agua θθθθ en suelos con arcillas expandibles.

30405060708090

100

Par

tícul

as <

d (

%)

arcilla

franco arena uniforme

CARACTERIZACIÓN DEL SUELO

0102030

1 10 100 1000 10000

Diámetro de partícula d (µm)

Par

tícul

as <

d (

%)

arena no uniforme

micelamicela

a b

concentración de electrolitos

c

c1>c2cationes

c1

c2

distancia a la micela

aniones

Repulsión

Fuerzas entre micelas

D istancia m icelar

Atracción

Fuerzas entre

CARACTERIZACIÓN DEL SUELO

� Caracterización espacial de las propiedades del

suelo

� Coeficientes de variación. Funciones de

probabilidad

� Elección de escala

� Utilización de la Geoestadística

� Semivariogramas. Varianza

� Técnicas de interpolación: krigreado

Fuente: Furman et al. 2009

Section 1: entre filas

Fuente: Furman et al. 2009

Seccion 2: perpendicular a las filas

Fuente: Furman et al. 2009

Variación en el tiempo

Fuente: Furman et al. 2009

Equilibrio estático suelo-agua

Contenido de agua:

proporción volumétrica de solución

Estado de energía de agua del suelo:Estado de energía de agua del suelo:

fuerzas a que está sometida el agua en el suelo

Lámina de agua [L]:

ρθθθθ a

m

s

a

m

s

aD

m

m

V

V === ;;

∫=2

1

z

z

dzH θ

Equilibrio estático suelo-agua

Energía potencial es la energía asociada a una masa de agua

según la posición que ocupa dentro de un campo de fuerzas.

El agua del suelo está sometida a la acción de las fuerzas:El agua del suelo está sometida a la acción de las fuerzas:

•gravitatoria (movimiento en el sentido de la gravedad).

•adsorción (atracción de la superficie de las micelas por

las moléculas de agua).

• capilares (favorece la formación de meniscos en la interfaz

líquido-gas)

• atracción entre los electrolitos de la disolución del suelo

y las moléculas de agua.

Potencial asociado al agua del suelo

Potencial total del agua en el suelo φ :

gopmTφφφφφφ ++++=

φT : potencial térmico

φm: el potencial matricial; t = - γ h

φp: potencial de presión

φo: potencial osmótico

φg :potencial gravitatorioγ

φ ∏−=o

hp

pesoEnergíap

==γ

φ )/(

zg =φ

Potencial matricial φm

agua adsorbida

agua capilar

micela

Agua retenida en un suelo subsaturado

Potencial hidráulico del agua del suelogph

φφφ +=

vacuómetroh'

mercurio

suelosubsaturado

tensiómetropiezómetro

φg

φp

z

L

-(h + L)

φh

z

cerámicaporosa

suelosaturado

nivel freático

h > 0

h < 0

φ θs θ

Suelo, con nivel freático, donde el agua está en equilibrio hidrostático:

(a) Piezómetro y tensiómetro; (b) Distribución de φh y (c) Distribución θ.

Presión de vapor

Presión de vapor de saturación pv :

Equilibrio entre la intensidad de evaporación y condensación.

depende de:

• la presión

• la temperatura,

• los solutos disueltos en la solución

no depende de la cantidad de líquido o vapor en el sistema.

Presión de vapor

vvp

pLn

M

TR

Mn

W =∆=φvv

∆W/nv = pérdida de energía, por mol de vapor, al disminuir p

M = peso molecular del vapor

p/pv = humedad relativa (relación entre la presión de vapor

de agua con respecto a la que tendría a saturación)

R = constante universal de los gases

Retención del agua

plástico

t=-h

muestra

placa

porosa

30

3540

45

suelo con poros finos

Curvas características de retención hídrica

llave

0

510

1520

2530

0 50 100 150 200 250 300

-h (cm)

θθ θθ (%

)suelo con poros gruesos

Equipo de laboratorio

Curvas de retención hídrica

θ

desecaciónθ s R

r

h

h

(a) (b)

- h

humectación

h

Histéresis Efecto tintero:

a) fase de desecación

b) fase de humectación.

H1

Flujo en un permeámetro

Suelo saturado:(Ec. Darcy)

fF φ−∇=r

L

zKHKKu f

∆−=∇−=∇−= φ.

H1

L

H2

hf = -∆H

arenaSuelo subsaturado:(Ec. Buckingham)

( )L

zKu

∆−= θ

Ec. continuidad: t

u∂∂−=∇ θr

.

Ec. filtración: fKu φθ ∇−= ).(

rEc. filtración:

fKu φθ ∇−= ).(

Ec. general del movimiento de Richards:

[ ]t

K f ∂∂=∇∇ θφθ ).(.

Flujo en un permeámetro saturado

Supuestos:

•Matriz porosa rígida e inerte con los poros saturados.

•Medio poroso continuo y homogéneo con características medias

invariable en el espacio.

•Estudio macroscópico donde coinciden los límites del medio

poroso con las paredes que lo limitan y el área limitada por esos

contornos es su sección transversal.

•Régimen laminar.

Sistema suelo-planta-atmósfera:

sistema hidrodinámico que considera

el medio físico-químico del suelo el medio físico-químico del suelo

agrícola. Su estudio se fundamenta en

el concepto de potencial de energía.