movimiento del agua en medios pororos
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MOVIMIENTO DEL AGUA EN MEDIOS
POROSOS
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�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
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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
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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.
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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
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micelamicela
a b
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concentración de electrolitos
c
c1>c2cationes
c1
c2
distancia a la micela
aniones
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Repulsión
Fuerzas entre micelas
D istancia m icelar
Atracción
Fuerzas entre
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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
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Fuente: Furman et al. 2009
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Section 1: entre filas
Fuente: Furman et al. 2009
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Seccion 2: perpendicular a las filas
Fuente: Furman et al. 2009
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Variación en el tiempo
Fuente: Furman et al. 2009
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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
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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.
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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
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Potencial matricial φm
agua adsorbida
agua capilar
micela
Agua retenida en un suelo subsaturado
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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.
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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.
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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
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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
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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.
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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
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Ec. continuidad: t
u∂∂−=∇ θr
.
Ec. filtración: fKu φθ ∇−= ).(
rEc. filtración:
fKu φθ ∇−= ).(
Ec. general del movimiento de Richards:
[ ]t
K f ∂∂=∇∇ θφθ ).(.
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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.
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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.