Influence of the Effective Wet Bulb on the Design of Drip Irrigation Systems

INTRODUCTION

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In drip irrigation, the water supply is used to maintain moisture in the root zone under low tension conditions. Keller & Bliesner (1990)KELLER, J.; BLIESNER, R.D.: Sprinkle and trickle irrigation, Ed. Springer, vol. 3, vols. Issue: 5, New York: USA, 1990., considers that the wet bulb obtained normally reaches its maximum diameter at a depth of approximately Hernández (1990)HERNÁNDEZ, A.: Riego Localizado, Inst. Curso Internacional de Riego Localizado en Tenerife, España, Tenerife, España, 1990. proposes that it should be based on the dense branching zone of the crop, specifically at a depth of between 90 and 120% of this.

For design purposes, the important thing is to guarantee a volume of moistened roots that favours the extraction of water and nutrients by the plants, as well as their anchorage in the soil, but in practice, the use of the surface area moistened by the emitter has become generalised, which is an easier parameter to obtain and allows an approximate estimate of the number of emitters that moisten the same plant. In this sense, Dorta (2017)DORTA, A.: Determinación del bulbo húmedo en Riego por Succión, Universidad de Oriente, Tesis (en opción al título de Ingeniero Hidráulico), Santiago de Cuba, Publisher: Tesis (en opción al título de Ingeniero Hidráulico), Universidad de Oriente, 2017. have developed research that addresses the optimum humidity of the wetted area in the systems, which is still inconclusive.

Arapa (2002)ARAPA, J.: Manual de usuario. Aplicación y uso del software RIEGOLOC., 2002. corroborates Hernández (1990)HERNÁNDEZ, A.: Riego Localizado, Inst. Curso Internacional de Riego Localizado en Tenerife, España, Tenerife, España, 1990. and states that the depth of the bulb should be between 0.9 and 1.2 of the depth of the roots, the shallower the bulb, the greater the number of emitters and the greater the efficiency from an agronomic point of view, but the installation is more expensive. The greater bulb depth may be more suitable to act as a flushing fraction for salinity control, unless the water quality requires a higher flushing fraction, in which case the bulb depth restriction expressed above is not considered. It is also possible to find a linear correlation with pairs of field volume and depth data obtained in the field.

According to Arapa (2002)ARAPA, J.: Manual de usuario. Aplicación y uso del software RIEGOLOC., 2002., both depth and wetted diameter can be determined by the following methods: a) field tests, b) formulae and c) tables. Given the great heterogeneity of soils, formulae and tables should only be used very cautiously in the design, with direct field measurement being much more reliable. This situation has led to the application of alternative design procedures that do not consider field tests, with the result that the rational and efficient use of irrigation water is not guaranteed, either by over- or under-application.

Authors such as Amin & Ekhmaj (2006)AMIN, M.; EKHMAJ, A.I.: “DIPAC-drip Irrigation Water Distribution Pattern Calculator”, En: 7th International micro irrigation congress, 10-16 Sept. Pwtc, Kuala Lumpur, Malaysia., Kuala Lumpur, Malaysia, pp. 10-16, 2006.; Elmaloglou & Diamantopoulos (2009)ELMALOGLOU, S.; DIAMANTOPOULOS, E.: “Simulation of soil water dynamics under subsurface drip irrigation from line sources”, Agricultural Water Management, 96(11): 1587-1595, 2009, ISSN: 0378-3774. and Cruz-Bautista et al. (2015)CRUZ-BAUTISTA, F.; ZERMEÑO-GONZÁLEZ, A.; AROSTEGUI SANCHEZ, V.; CANO-RÍOS, P.; RIVERA-GONZÁLEZ, M.; ADRIANA, M.M.: “Modelo para estimar la extensión del bulbo de humedecimiento del suelo en riego por goteo”, Tecnología y ciencias del agua, 6(4): 131-140, 2015, ISSN: 2007-2422., claim that if the distribution of water within the wetted soil volume is known, the emitter(s) can be located and managed in such a way as to ensure accurate placement of water and nutrients in the root zone of the plants (Allen et al., 2006ALLEN, R.G.; PEREIRA, L.S.; RAES, D.; SMITH, M.: Evapotranspiración del cultivo: guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos, Ed. Estudio FAO Riego y Drenaje 56, vol. 298, Roma. Italia, 2006, ISBN: 92-5-304219-2.). Design procedures that take into account the characteristics of this distribution lead to a more rational use of irrigation water in the installations (Pizarro, 1996PIZARRO, C.F.: Riegos localizados de alta frecuencia (RLAF). Goteo, micro aspersión, exudación, Ed. Mundi-Prensa, 3ra ed., Madrid, España, 1996.; ASABE, 2007ASABE: “Soil and Water Terminology”, American Society of Agricultural and Biological Engineers, 2007.; Cruz-Bautista et al., 2016CRUZ-BAUTISTA, F.; ZERMEÑO-GONZÁLEZ, A.; ÁLVAREZ-REYNA, V.; CANO-RÍOS, P.; RIVERA-GONZÁLEZ, M.; SILLER-GONZÁLEZ, M.: “Validación de un modelo para estimar la extensión del bulbo de humedecimiento del suelo con riego por goteo”, Tecnología y ciencias del agua, 7(1): 45-55, 2016, ISSN: 2007-2422.).

In this sense, the purpose of the research is to establish technical criteria that demonstrate the validity of considering the effective diameter produced under the drip irrigation emitters from the design of the installations and the importance of using computer tools to estimate the transfer of humidity under the emitters, given the practical impossibility of carrying out field tests.

MATERIALS AND METHODS

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Identification of the Technical Task

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The Technical Task was prepared by the Agricultural Research Institute (IAgric), at the request of the Agroforestry Group (GAF) and under the supervision of the Technical Evaluation Committee (CTE) of Irrigation and Drainage, the information contained in it was used in the agronomic design of the three variants: one, using the proposal of Arapa (2002)ARAPA, J.: Manual de usuario. Aplicación y uso del software RIEGOLOC., 2002., the second variant applying the experiences obtained by Cruz-Bautista et al. (2015)CRUZ-BAUTISTA, F.; ZERMEÑO-GONZÁLEZ, A.; AROSTEGUI SANCHEZ, V.; CANO-RÍOS, P.; RIVERA-GONZÁLEZ, M.; ADRIANA, M.M.: “Modelo para estimar la extensión del bulbo de humedecimiento del suelo en riego por goteo”, Tecnología y ciencias del agua, 6(4): 131-140, 2015, ISSN: 2007-2422. and the third variant, using the alternative procedure widely used in practice.

Characterisation of the Water - Soil - Plant - Climate complex

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Source of supply

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The source of supply is the Contramaestre river, belonging to the homonymous municipality in Santiago de Cuba province. The irrigation water is pumped from the left bank of the river at a point located 200m from the confluence with the Cauto river. As a measure of the salinity, the electrical conductivity (Pizarro, 1996PIZARRO, C.F.: Riegos localizados de alta frecuencia (RLAF). Goteo, micro aspersión, exudación, Ed. Mundi-Prensa, 3ra ed., Madrid, España, 1996.).

Due to its influence on the results of the agronomic design and on the a posteriori management of the irrigation water of the installation, this parameter must be verified and its behaviour controlled during the useful life of the irrigation system, due to the fact that the salinity of the water contributes to clog the small outlet diameters of the drippers, especially when the nature of the salts is more dangerous, the supply source is considered suitable for irrigation of the proposed crop (Pizarro, 1985PIZARRO, F.: Drenaje agrícola y recuperación de suelos salinos, Ed. Editorial Agrícola Española, S.A. Madrid, 2da Edición ed., Madrid, España, publisher: Madrid (Spain) Edit. Agricola Espanola, 1985.; 1990PIZARRO, C.: Riego localizado de alta frecuencia (RLAF) goteo, microaspersión, exudación. 2da, Ed. Ediciones Mundi-Prensa. Madrid, 2da Edición ed., Madrid, España, 1990, ISBN: 84-7114-171-X.).

Soil data

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Sandy soils have low water storage capacity and high infiltration value. Therefore, they require frequent application of small irrigations, especially when the soil is not only sandy but also shallow. Under these circumstances, low pressure sprinkler irrigation and localised irrigation are more suitable.

The soil of the case study is characteristic of the mountainous area, with uniformly undulating relief, with slightly gentle slopes in the irrigation plots, the value of the stabilised infiltration rate of the soil is not known. It was planned not to locate the lateral pipes on the slope to avoid the possible risk of surface runoff, and the low application intensity of the drippers was also taken into account. The electrical conductivity data in the soil saturation stratum were not provided. For the design of variants 2 and 3, an EC value of 2.3 dS/m was assumed for similar crops and for a 10% effect on production (Pizarro, 1985PIZARRO, F.: Drenaje agrícola y recuperación de suelos salinos, Ed. Editorial Agrícola Española, S.A. Madrid, 2da Edición ed., Madrid, España, publisher: Madrid (Spain) Edit. Agricola Espanola, 1985.).

TABLE 1. Hydrophysical properties of the soil. Source: Technical Task

Texture	Cc (% V)	PMP (% V)	LSAD (mm)	LIAD (mm)	ADP (mm)	RFU (mm)
Sandy	26	13	104	52	26	10

Cc- moisture at field capacity expressed in % volume.

PMP- moisture at permanent wilting point expressed in % volume.

LSAD and LIAD- water tables corresponding to the maximum (Cc) and minimum (PMP) values of water available in the soil, expressed in mm.

ADP- total water available in the soil for plants, expressed in mm.

RFU- plant water useable reserve equivalent to the partial net irrigation standard, expressed in mm. The wetting depth considered for these calculations is 0.4 m and the criterion for defining the time of irrigation during operation is 90% of the moisture value at field capacity.

Characteristics of the crop to be processed

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The beneficiated crop is Robusta coffee plant, with a planting frame of 3 m between rows and 3 m between plants, with a depth to wet of 0.40m and a crop coefficient in the middle phase of the vegetative cycle = 1.04. According to Vigoa-Hernández (2000)VIGOA-HERNÁNDEZ, R.R.: Drenaje agrícola, no. 9592580847, 2000. the crop tolerance to flooding ranges between 2 and 3 days.

Climatic data

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The values of the direction and speed of the prevailing winds are not known, nor are the altitude of the area, temperature, Relative Humidity and the speed and direction of the prevailing winds. Only the data referring to the evapotranspiration of the reference crop were provided, according to the Technical Task, ETo = 3.95 mm/d was used in correspondence with the eastern region of Cuba.

Irrigation aggregates

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For the design of drippers integrated in the pipe, self-compensating, self-cleaning, anti-root, anti-suction, with the lateral pipes buried. According to the information of the Technical Task, the dripper flow rate = 4 L/h separated at 0.60 m along the lateral, so that the number of emitters per plant guarantees to wet 50% of the vital area of the crop and to form a continuous wetting band. For the design of variant 1, a location coefficient (KL = 0.67) and a uniformity coefficient (CU ≥ 90%) were used.

For the three design procedures, category "A" emitters were considered, endorsed by laboratory tests according to NC ISO 8026: 2014 (2014) and UNE 68-075-86, 68-076-89 standards mentioned for Reyes-Requena et al. (2023)REYES-REQUENA, R.; BAEZA-CANO, R.J.; ALFONSO-MARTÍNEZ, J.; CÁNOVAS-FERNÁNDEZ, G.; MORENO-PÉREZ, M.F.: “Evaluación hidráulica en laboratorio de goteros de bajo caudal usados en cultivos intensivos bajo plástico”, Ingeniería del agua, 27(1): 1-12, 2023, ISSN: 1134-2196.. It is recommended that the flow-pressure ratio of the emitter and the manufacturing coefficient of variation (CVF) be less than 5%. The laterals must be easily removable and with threaded nipple - thread connection.

Agronomic design procedures for drip irrigation systems

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According to Pizarro (1996)PIZARRO, C.F.: Riegos localizados de alta frecuencia (RLAF). Goteo, micro aspersión, exudación, Ed. Mundi-Prensa, 3ra ed., Madrid, España, 1996., the agronomic calculation is the part of the design where errors have the most serious consequences, besides, it is guaranteed to estimate with optimum efficiency the water needs of the crop during the period of maximum demand, avoiding at the same time the salinisation of the soil due to lack of washing or the insufficiency in the volume of soil wetted by installing the wrong number of emitters (Vargas, 2004VARGAS, P.: Algunas consideraciones para la asignatura métodos y técnicas de riego, Inst. Universidad de Oriente, Facultad de Construcciones, Departamento de Ingeniería Hidráulica, Santiago de Cuba, 2004.).

The same author states that in order to achieve an appropriate design, a suitable number of emitters and their flow rate must be foreseen in each case, determined according to the physical properties of the soil and the irrigation dose to be applied, and assures that the shape of the wetted areas provides elements of judgement to choose the most correct arrangement of emitters and laterals.

Crop response to irrigation application, as well as other economic criteria such as water cost, crop value, etc., are the basis for deciding the application efficiency. Keller & Bliesner (1990)KELLER, J.; BLIESNER, R.D.: Sprinkle and trickle irrigation, Ed. Springer, vol. 3, vols. Issue: 5, New York: USA, 1990. stresses that the estimation of application efficiency (Eap) must take into account the climate of the area, and the possibilities of considering or not the effective precipitation for the calculation of the net requirements (Nn) (Schwartzman & Zur, 1986SCHWARTZMAN, M.; ZUR, B.: “Emitter spacing and geometry of wetted soil volume”, Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 112(3): 242-253, 1986, ISSN: 0733-9437.; Ramírez & Sainz, 1997RAMIREZ, B.; SAINZ, S.: “Modelo de distribución de agua en suelo regado por goteo”, Ingeniería del Agua, 4(1): 57-70, 1997.).

On the other hand, the crop's tolerance to salinity and the quality of the irrigation water can increase the net irrigation needs with some fraction of flushing, this quantity must be increased with the application efficiency to ensure that the plants that receive less water have enough to satisfy the total irrigation needs.

To supply these needs, various combinations of doses and frequencies can be chosen and these should be tested in conjunction with the flow rate of the emitters to determine what number of emitters would be required to achieve the appropriate soil volume (Camp, 1998CAMP, C.: “Subsurface Drip Irrigation: A review”, Transactions of the ASAE, 41(5): 1353-1367, 1998.; Kandelous & Šimůnek, 2010KANDELOUS, M.M.; ŠIMŮNEK, J.: “Comparison of numerical, analytical, and empirical models to estimate wetting patterns for surface and subsurface drip irrigation”, Irrigation Science, 28: 435-444, 2010, ISSN: 0342-7188.). Once all these values have been determined, the irrigation time can be calculated, which is a defining parameter in the design of the operational unit (Bainbridge, 2001BAINBRIDGE, D.: “Buried clay pot irrigation: a little known but very efficient traditional method of irrigation”, Agricultural Water Management, 48(2), 2001.). The agronomic design also provides the basic data for the hydraulic design (Vargas, 2004VARGAS, P.: Algunas consideraciones para la asignatura métodos y técnicas de riego, Inst. Universidad de Oriente, Facultad de Construcciones, Departamento de Ingeniería Hidráulica, Santiago de Cuba, 2004.).

Variant 1: Agronomic Design according to (Arapa 2002ARAPA, J.: Manual de usuario. Aplicación y uso del software RIEGOLOC., 2002.)

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Pizarro (1996)PIZARRO, C.F.: Riegos localizados de alta frecuencia (RLAF). Goteo, micro aspersión, exudación, Ed. Mundi-Prensa, 3ra ed., Madrid, España, 1996. asserts that, in order to guarantee a soil moisture content corresponding to the water requirements of the crop, it is important to delimit the value of the number of emitters (e) that guarantees the minimum percentage of wetting (PHmín) around the root system; and to define the volume delivered by the emitter (Ve) and made available to the plant very close to this zone (90%Prad ≤ Pb ≤ 120%Prad). To determine the bulb diameter, the equation expressed by Arapa (2002ARAPA, J.: Manual de usuario. Aplicación y uso del software RIEGOLOC., 2002.) for coarse soils (sand) was used as a function of the emitter flow rate.

Calculation of wetted diameter [ϕmoj (m)].

ϕ_{m o j} = 0.3 + 0,12 \times q

(1)

where:

q- flow delivered by the emitter in (L/h), once the wetted diameter was obtained, it was divided by 2 to obtain the wet bulb radius.

Calculation of the surface area wetted by the emitter [Ae (m²)].

A_{e} = π \times {Re}^{2}

(2)

where:

Re: radius that wets the dripper (m), obtained in the previous step.

Minimum number of emitters per plant [e (u)].

e \geq \frac{A_{m p} \times (P H_{m i n})}{(A_{e} \times 100)}

(3)

this value ensures that the percentage of wetted area of each plant is higher than the minimum set.

where:

Amp: area of the planting frame (m²).

PHmín: Minimum wetting percentage.

Irrigation time [TR (h)] . T_{R} = \frac{N_{T}}{e \times Qe}

(4)

where:

Qe: Flow delivered by an emitter.

N_T- Total requirements (mm/d), this value was determined by:

N_{T} = \frac{N_{N}}{cu* (1 - k)}

(4.1)

where:

CU: Coefficient of uniformity (%).

N_N: Net requirements (mm/d), this value was determined by:

N_{N} = E T o \times K c \times K_{L} \times K_{V C} \times K_{a}

(4.2)

where:

ETo: Evapotranspiration of the reference crop (mm/day).

Kc: Crop coefficient (adm).

Ka: Coefficient of advection (adm), assumed=1, until its value for Cuban conditions is specified.

K_L: Coefficient due to irrigation location (adm).

Kvc: coefficient of climatic variability (adm), Hernández (1990)HERNÁNDEZ, A.: Riego Localizado, Inst. Curso Internacional de Riego Localizado en Tenerife, España, Tenerife, España, 1990. quoted by Pizarro (1996)PIZARRO, C.F.: Riegos localizados de alta frecuencia (RLAF). Goteo, micro aspersión, exudación, Ed. Mundi-Prensa, 3ra ed., Madrid, España, 1996., proposes a value between (1.15-1.2).

K: Leaching requirements or possible percolation losses, determined by:

K = 1 - {Ef}_{ap}

(4.3)

K = \frac{{EC}_{iw}}{2 {*EC}_{se}}

(4.4)

where:

EC_iw: Electrical conductivity of irrigation water (dS/m).

EC_se: Electrical conductivity of the soil saturation layer (dS/m).

Of the two calculated values of (K), the higher value was chosen. If the percolation losses are higher than the flushing requirements, these losses would lead to a higher flushing than necessary, thus keeping the salinity level below the minimum. If, on the other hand, the losses are lower than the flushing requirements, a higher percolation would have to be provoked voluntarily to avoid salinisation of the soil (Pizarro, 1996PIZARRO, C.F.: Riegos localizados de alta frecuencia (RLAF). Goteo, micro aspersión, exudación, Ed. Mundi-Prensa, 3ra ed., Madrid, España, 1996.)

Calculation of the total dose [D_T (L)].

D_{T} = T r_{a j u s t a d o} \times e \times Q e

(5)

The following comparison was used as a design constraint:

D t \geq N t

(6)

**Variant 2: Agronomic design according to Cruz-Bautista et al. (2015)**

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The same procedure as in variant 1 was used, but using the criteria established by these authors for the calculation of the wet bulb radius, based on the experimental model developed. Cruz-Bautista et al. (2015)CRUZ-BAUTISTA, F.; ZERMEÑO-GONZÁLEZ, A.; AROSTEGUI SANCHEZ, V.; CANO-RÍOS, P.; RIVERA-GONZÁLEZ, M.; ADRIANA, M.M.: “Modelo para estimar la extensión del bulbo de humedecimiento del suelo en riego por goteo”, Tecnología y ciencias del agua, 6(4): 131-140, 2015, ISSN: 2007-2422. state that knowing the distribution of water under the emitters in drip irrigation systems is a requirement for their design and operation, since one of the most important parameters in the design is the shape and volume of the bulb that forms under the emitters.

The volume of wetted soil represents the amount of water stored in the soil; while its extent, depth and diameter must take into account the depth of the plant's root system and the spacing between emitters. According to these authors, the volume of soil wetted and its extent is a function of soil texture and structure, saturated hydraulic conductivity and initial moisture content, as well as the flow rate applied by the emitter (USDA, 2013USDA: Manual Nacional de Ingeniería de Riego. Capítulo 7., Ed. USDA, Departamento de Agricultura de Estados Unidos ed., USA, 2013.)..

Variables, such as the relative position of the emitter, amount and frequency of irrigation, temporal and spatial changes in soil moisture content, affect soil moisture transfer. Cruz-Bautista et al. (2015)CRUZ-BAUTISTA, F.; ZERMEÑO-GONZÁLEZ, A.; AROSTEGUI SANCHEZ, V.; CANO-RÍOS, P.; RIVERA-GONZÁLEZ, M.; ADRIANA, M.M.: “Modelo para estimar la extensión del bulbo de humedecimiento del suelo en riego por goteo”, Tecnología y ciencias del agua, 6(4): 131-140, 2015, ISSN: 2007-2422. experimentally determined the bulb radius, for a flow rate of (4 L/h) in sandy soil and obtained an experimental model part of these results are shown in Figure (1).

FIGURE 1. Advance of the wetting front ().

Variant 3 of Agronomic Design according to the alternative procedure

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It is used due to the impossibility of carrying out field tests, in spite of being the most used procedure for the design of drip irrigation systems in Cuba, it does not take into account parameters such as; the radius that wets the emitter, the depth at which the wet bulb develops and the volume of water delivered by the emitter which is estimated in function of satisfying the evapotranspiration demand without taking into account the washing needs, being the time of application the corresponding one so that the previously mentioned condition is fulfilled.

The agronomic parameters that were not considered in this procedure are necessary for the analysis of the water-soil-plant complex, therefore, not taking them into account during the design of the systems will surely lead to the application of irrigation water not being carried out in an adequate manner for the crop, either due to excess or lack of liquid, Vargas-Rodríguez et al. (2021)VARGAS-RODRÍGUEZ, P.; DORTA-ARMAIGNAC, A.; FERNÁNDEZ-HUNG, K.; MÉNDEZ-JOCIK, A.: “Considerations for the Rational Design of Drip Irrigation Systems”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 30(4): 32-45, 2021, ISSN: ISSN -1010-2760, e-ISSN: 2071-0054..

The number of emitters required to meet the total water needs of the plant is estimated proportionally to the volume required to meet the water needs along the row of plants, based on the nominal flow rate of the emitter and the number of plants in the row. The "volume of water needed for each plant" is provided, based on assuming the irrigation duration suitable for this purpose; contrary to the two previous variants, where the irrigation duration is obtained based on the total water needs, the soil - plant ratio and consequently the installed flow rate per plant.

In this variant, the duration and frequency of irrigation were assumed at the convenience of the farm, providing that (6) $D t \geq N t$ is met, the water needs of the plant are maintained: the N_N and N_T parameters were obtained in the same way as in variants 1 and 2, with the particularity that the leaching needs (K) were calculated only with the expression (4.3) $K = 1 - {Ef}_{ap}$ , without considering the salt content.

As the final dose and irrigation duration were obtained from the number of plants along the row and the total water requirements of each plant, the length of the lateral and the spacing between drippers along the lateral are important parameters to consider in the design, from which it is possible to know the flow rate delivered to the entire row of plants.

This variant has been generalised in the design practice in Cuba, due to the practical difficulties of carrying out field tests. In order to make the comparison between the variants more valid, the initial data were maintained and a total of 20 plants per row and the separation between emitters = 0.6 m was assumed; this meant that a volume corresponding to the total needs of all the plants in the row was applied to the lateral, for which 101 emitters were used.

RESULTS AND ANALYSIS

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Agronomic design of the irrigation system

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The results obtained in the design of each variant are compared (Table 2 y Figure 2), taking into account data corresponding to real field tests, those referred to in the Technical Task and other parameters that have been conveniently assumed by the author. This leads to evaluate the advantages and disadvantages between them, mainly focused on the integrated and sustainable management of irrigation water and energy in times of climate change.

The first variant, developed from the procedure proposed by Arapa (2002)ARAPA, J.: Manual de usuario. Aplicación y uso del software RIEGOLOC., 2002., is based on the textural classification of the soil, based on which an equation is used to estimate the diameter wetted by the dripper from the flow rate it discharges. The second variant uses the previous procedure, but the diameter wetted by the dripper is obtained from the experimental model developed by these authors, specifically represented for clay-textured soils in Figure 1, where the vertical and horizontal displacement of the wet bulb is estimated when using drip emitters under specific conditions.

A third variant was also considered, corresponding to the alternative design, which does not present many coincidences with that documented by Pizarro (1996)PIZARRO, C.F.: Riegos localizados de alta frecuencia (RLAF). Goteo, micro aspersión, exudación, Ed. Mundi-Prensa, 3ra ed., Madrid, España, 1996., justified by the impossibility of carrying out field tests, as well as the lack of professional software designed to simulate the behaviour of the humidity under the emitters, In addition to the difficulties in obtaining data on the hydrophysical properties of the soil, necessary for running the model, technical difficulties prevail in defining important parameters necessary to carry out the appropriate agronomic dimensioning of the irrigation system.

TABLE 2. Results of the agronomic design in each variant

Parameters	1st Variant	2nd Variant	3rd Variant
Wetting radius. [Re (m)]	0.39	0.35	-
Wetted surface area. [Ae (m²)]	0.478	0.384	-
Number of drippers per plant. [e (u)]	6	7	≈ 5
Net requirement.[N_N ( mm/d)]	3.30	3.30	3.30
Total requirements. N_T ( L/d/p)	44.68	44.68	36.69
Timming Irrigation. T_R ( h)	1.87	1.6	5.45
Irrigation deep. D_R ( L)	44.88	44.88	36,91

Analysis of the results

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With regard to the wetting radius of dripper (Re), according to Arapa (2002)ARAPA, J.: Manual de usuario. Aplicación y uso del software RIEGOLOC., 2002. the value obtained is 0.39 m, higher than that obtained in variant 2. The first is less reliable than the second, since the calculation of this parameter was made from 1, which takes into account the soil texture for a flow rate in this case = 4 L/h, it should be clarified that the soil texture is hardly a constant parameter throughout the plot, in the best case it could be assured that it should be occupies a greater proportion within the same, therefore, that within a plot the soil texture can vary, as well as the discharge of the emitter.

In the second variant, the value of the wetting radius is obtained from an experimental model carried out through several field tests in certain periods of time where the behaviour of the vertical and horizontal movement of water in the wet bulb is evaluated in certain soil textures and certain flow rates, which allows obtaining a much more reliable value, and offers the possibility of making the design foreseeing a separation between emitters, different between the different irrigation plots.

The third procedure does not take into account the wetting radius of the emitter, which introduces an inaccuracy in the results, making the pre-established emitter spacing (Se) unreliable. By not taking into account (Re), the volume or surface area wetted under the emitter remains an unknown during the design, taking the risk of the wetted strip being misplaced in relation to the root of the plants, because it is too deep (causing losses) or too shallow (failing to wet a certain number of roots which may be the most active in the crop), weakening the anchorage of the plants.

Therefore, not taking into account the radius of the emitter leads to obtaining an unreliable value of the total or definitive dose. Another element, which corroborates the above, is the fact that the distance between emitters is set at 60 cm without taking into account all the parameters involved in the shape and dimensions of the wet bulb generated under the emitters.

To determine the wetted surface area per emitter, the volume of wetted soil beneath the emitter must be taken into account, a parameter that is very difficult to obtain unless it is estimated experimentally, which has already been found to be impractical for design purposes; to overcome this difficulty, the term wetted area by the emitter was introduced, which is less accurate but easier to obtain Pizarro (1996)PIZARRO, C.F.: Riegos localizados de alta frecuencia (RLAF). Goteo, micro aspersión, exudación, Ed. Mundi-Prensa, 3ra ed., Madrid, España, 1996..

However, the values obtained by taking into account the wetted surface area are more valid the more rigorous the field tests are. The field test procedure documented by Pizarro (1996)PIZARRO, C.F.: Riegos localizados de alta frecuencia (RLAF). Goteo, micro aspersión, exudación, Ed. Mundi-Prensa, 3ra ed., Madrid, España, 1996. and other authors such as (Rodrigo,1997) and followed by Arapa (2002)ARAPA, J.: Manual de usuario. Aplicación y uso del software RIEGOLOC., 2002. takes into account the wetted surface area as a function of two conditions, the flow rate of the emitter and the soil texture, and through this a diameter is defined. In contrast, Cruz-Bautista et al. (2015)CRUZ-BAUTISTA, F.; ZERMEÑO-GONZÁLEZ, A.; AROSTEGUI SANCHEZ, V.; CANO-RÍOS, P.; RIVERA-GONZÁLEZ, M.; ADRIANA, M.M.: “Modelo para estimar la extensión del bulbo de humedecimiento del suelo en riego por goteo”, Tecnología y ciencias del agua, 6(4): 131-140, 2015, ISSN: 2007-2422. states that the wetted surface under an emitter depends on parameters such as: the amount of silt, the hydraulic conductivity of the soil, the irrigation time, the duration of the field tests and the flow rate of the emitter; therefore, the value obtained by Cruz-Bautista et al. (2015)CRUZ-BAUTISTA, F.; ZERMEÑO-GONZÁLEZ, A.; AROSTEGUI SANCHEZ, V.; CANO-RÍOS, P.; RIVERA-GONZÁLEZ, M.; ADRIANA, M.M.: “Modelo para estimar la extensión del bulbo de humedecimiento del suelo en riego por goteo”, Tecnología y ciencias del agua, 6(4): 131-140, 2015, ISSN: 2007-2422. despite referring to the wetted surface and not the volume, is more accurate because it takes into account more parameters that consider the horizontal and vertical displacement of the wet bulb under the emitters.

In the alternative procedure, no field test results are taken into account and no experimental or other model is available, making it impossible to obtain the radius of the emitter and thus to obtain the surface area wetted by the dripper. In the technical task that provides information on the case study, it is imposed that the emitters are separated at a distance (Se = 0.6m) along the lateral with an unknown criterion; if it is assumed that under this condition the overlap between the bulbs is greater than 30%, it does not necessarily imply that more water is applied to the crop, this could cause losses due to deep percolation, especially when the irrigation time is obtained from an arithmetic analysis, as is the case.

FIGURE 2. Results of the agronomic design of the three variants.

The number of emitters per plant depends on the depth of the bulb, the planting frame and the area wetted by the emitter, which must guarantee an overlap of 15-30% of the wetting radius, and also depends on the minimum wetting percentage (PHMIN). This last parameter is key to satisfy the water needs of the plant for its correct growth and development, which shows that the alternative procedure is not very convincing.

This procedure does not take this aspect into account; the number of emitters used in this procedure is obtained by dividing the total flow rate necessary to apply to the row of plants by the flow rate of the emitter, while taking into account the time necessary to apply this volume of water; this number of emitters is subject to a separation between emitters, which in this case is provided by the Technical Task. Therefore, the results obtained will not be as reliable as those proposed by Arapa (2002)ARAPA, J.: Manual de usuario. Aplicación y uso del software RIEGOLOC., 2002. and to a greater extent by Cruz-Bautista et al. (2015)CRUZ-BAUTISTA, F.; ZERMEÑO-GONZÁLEZ, A.; AROSTEGUI SANCHEZ, V.; CANO-RÍOS, P.; RIVERA-GONZÁLEZ, M.; ADRIANA, M.M.: “Modelo para estimar la extensión del bulbo de humedecimiento del suelo en riego por goteo”, Tecnología y ciencias del agua, 6(4): 131-140, 2015, ISSN: 2007-2422., which take into account the minimum wetting percentage.

The area of the planting frame is a fundamental aspect taken into account by these authors, related to the vital area of the crop. There is a relationship between the shade caused by the crop when it receives sunlight, which conditions the consumption of the crop (dry area and wet area), (shaded area and less shaded area), evaporation and transpiration of the crop, all of these elements influence the amount of emitters that a plant needs.

In the case of the net requirements, the same equation is used in all three variants; the data provided by the technical task were used to estimate the values.

With regard to the total requirements, practice has shown that, in several cases, difficulties in accessing data indicative of salt contents in the irrigation water or in the aqueous extract of the soil, lead to using as the sole criterion the increase of (Nn) by a fraction equivalent to the irrigation efficiency in order to anticipate possible water losses through deep percolation.

Although the values of water quality and soil quality were assumed by taking irrigation water of medium salinity, anticipating a level of salinity in the soil, this criterion is more rigorous than percolation losses, especially in high frequency irrigation systems, i.e. the presence of salinity in the aqueous extract of the soil is easier than deep percolation losses; in the alternative procedure an unknown criterion is assumed to determine the losses, but the flushing needs are not taken into account. In the method used by Arapa (2002)ARAPA, J.: Manual de usuario. Aplicación y uso del software RIEGOLOC., 2002. and Cruz-Bautista et al. (2015)CRUZ-BAUTISTA, F.; ZERMEÑO-GONZÁLEZ, A.; AROSTEGUI SANCHEZ, V.; CANO-RÍOS, P.; RIVERA-GONZÁLEZ, M.; ADRIANA, M.M.: “Modelo para estimar la extensión del bulbo de humedecimiento del suelo en riego por goteo”, Tecnología y ciencias del agua, 6(4): 131-140, 2015, ISSN: 2007-2422., the calculation of total requirements was done by (4.1) $N_{T} = \frac{N_{N}}{cu* (1 - k)}$ , the electrical conductivity of irrigation water (ECar) and the soil saturation extract (ECes) were taken into account.

The irrigation time TR is one of the most defining parameters in the agronomic design of the installation, its value was very similar in the first two variants, the difference is due to the fact that in the first variant one emitter per plant is needed less than in variant 2, this is because the surface area wetted by the emitter obtained by means of (1) $ϕ_{m o j} = 0.3 + 0,12 \times q$ was greater than that obtained from the result of the experiences of Cruz-Batista and collaborators/2005; this characteristic supports the first conclusion of this work.

In relation to the third variant, the duration of irrigation was significantly higher, the procedure to obtain it was different; starting from knowing NT, the water needs in the whole row are obtained, then, starting from knowing the flow rate of an emitter and the number of these located along the lateral pipe, the duration of irrigation is increased until the volume of water applied on the row of plants coincides with the volume needed for all the plants located in the row.

As the calculation of NT in this variant did not take into account the washing needs, its value was lower than that obtained in the first two variants, and therefore the number of emitters per plant corresponding to the row was also lower; therefore, the duration of irrigation will be significantly longer in the third variant. This implies a more expensive installation in relation to the cost of pumping and less reliable agronomically by delivering a lower irrigation dose than variants 1 and 2.

CONCLUSIONS

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The procedure proposed by Arapa 2002ARAPA, J.: Manual de usuario. Aplicación y uso del software RIEGOLOC., 2002. is valid only for an emitter flow rate = 4 L/h, although it is a value frequently used in drip irrigation practice, it does not consider other values of emitter discharge, nor the duration of the test, nor the vertical advance of the moisture under the emitter.

None of the three variants take into account the moisture content or the tension at which moisture is retained in the wetted zone below the emitters. This parameter is an important element to consider during the agronomic design, as it ensures an appropriate moisture transfer to the plants.

Setting a spacing between emitters along the side without taking into account the shape and dimensions of the wet bulb generated under the emitter does not guarantee that an appropriate surface area for the crop will be wetted, nor does it guarantee that a continuous wetting strip will be generated that will lead to the best moisture transfer for the plants.

The results highlight that the experience developed by Cruz-Batista et al. 2015CRUZ-BAUTISTA, F.; ZERMEÑO-GONZÁLEZ, A.; AROSTEGUI SANCHEZ, V.; CANO-RÍOS, P.; RIVERA-GONZÁLEZ, M.; ADRIANA, M.M.: “Modelo para estimar la extensión del bulbo de humedecimiento del suelo en riego por goteo”, Tecnología y ciencias del agua, 6(4): 131-140, 2015, ISSN: 2007-2422., demonstrate the validity of the experimental models built through field tests for use as reliable tools for the agronomic design of drip irrigation installations.

INTRODUCCIÓN

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En el riego por goteo el suministro de agua permite mantener la humedad en la zona radicular en condiciones de baja tensión. Keller & Bliesner (1990)KELLER, J.; BLIESNER, R.D.: Sprinkle and trickle irrigation, Ed. Springer, vol. 3, vols. Issue: 5, New York: USA, 1990., considera que el bulbo húmedo que se obtiene, normalmente alcanza su máximo diámetro aproximadamente a una profundidad de 30 cm y su forma está condicionada fuertemente por las propiedades hidrofísicas del suelo. Posteriormente Hernández (1990)HERNÁNDEZ, A.: Riego Localizado, Inst. Curso Internacional de Riego Localizado en Tenerife, España, Tenerife, España, 1990. propone que el mismo debe tener como referente la zona de ramificación densa del cultivo, específicamente a una profundidad, entre el 90 y el 120 % de esta.

A los efectos del diseño, lo importante es garantizar un volumen de raíces humedecido que favorezca la extracción de agua y nutrientes por parte de las plantas, así como su anclaje en el suelo, pero en la práctica, se ha generalizado el uso de la superficie humedecida por el emisor, que es un parámetro más fácil de obtener y permite estimar de manera aproximada el número de emisores que humedecen una misma planta. En este sentido Dorta (2017)DORTA, A.: Determinación del bulbo húmedo en Riego por Succión, Universidad de Oriente, Tesis (en opción al título de Ingeniero Hidráulico), Santiago de Cuba, Publisher: Tesis (en opción al título de Ingeniero Hidráulico), Universidad de Oriente, 2017. ha desarrollado investigaciones que abordan los óptimos de humedad de la zona húmeda en los sistemas, las cuales aún no son concluyentes.

Arapa (2002)ARAPA, J.: Manual de usuario. Aplicación y uso del software RIEGOLOC., 2002. corrobora lo planteado por Hernández (1990)HERNÁNDEZ, A.: Riego Localizado, Inst. Curso Internacional de Riego Localizado en Tenerife, España, Tenerife, España, 1990. y asegura que la profundidad del bulbo debe estar comprendida entre el 0.9 y el 1.2 de la profundidad de las raíces, a la menor profundidad del bulbo corresponde mayor número de emisores y mayor eficiencia desde el punto de vista agronómico, pero la instalación resulta más cara. La mayor profundidad del bulbo puede ser la más adecuada para que actúe como fracción de lavado en el control de la salinidad, salvo que la calidad del agua exija mayor fracción de lavado, en cuyo caso no se considera la restricción de la profundidad del bulbo expresada anteriormente. También es posible encontrar una correlación lineal con los pares de datos de campo volumen y profundidad obtenidos en campo.

De acuerdo con Arapa (2002)ARAPA, J.: Manual de usuario. Aplicación y uso del software RIEGOLOC., 2002., tanto la profundidad como el diámetro mojado se pueden determinar mediante las siguientes modalidades: a) pruebas de campo, b) fórmulas y c) tablas. Dada la gran heterogeneidad de los suelos, las fórmulas y tablas solo se deben utilizarse en el diseño con mucha prudencia, siendo mucho más fiable la medición directa en campo. Esta situación ha conllevado a la aplicación de procedimientos de diseño alternativos que no consideran la realización de las pruebas de campo, resultando que no se garantice el uso racional y eficiente del agua de riego, ya sea por su aplicación en exceso o por defecto.

Autores como Amin & Ekhmaj (2006)AMIN, M.; EKHMAJ, A.I.: “DIPAC-drip Irrigation Water Distribution Pattern Calculator”, En: 7th International micro irrigation congress, 10-16 Sept. Pwtc, Kuala Lumpur, Malaysia., Kuala Lumpur, Malaysia, pp. 10-16, 2006.; Elmaloglou & Diamantopoulos (2009)ELMALOGLOU, S.; DIAMANTOPOULOS, E.: “Simulation of soil water dynamics under subsurface drip irrigation from line sources”, Agricultural Water Management, 96(11): 1587-1595, 2009, ISSN: 0378-3774. y Cruz-Bautista et al. (2015)CRUZ-BAUTISTA, F.; ZERMEÑO-GONZÁLEZ, A.; AROSTEGUI SANCHEZ, V.; CANO-RÍOS, P.; RIVERA-GONZÁLEZ, M.; ADRIANA, M.M.: “Modelo para estimar la extensión del bulbo de humedecimiento del suelo en riego por goteo”, Tecnología y ciencias del agua, 6(4): 131-140, 2015, ISSN: 2007-2422., aseguran que si se conoce la distribución del agua dentro del volumen de suelo mojado, el o los emisores se pueden ubicar y manejar de tal forma que se garantice la colocación precisa del agua y nutrientes en la zona radicular de las plantas (Allen et al., 2006ALLEN, R.G.; PEREIRA, L.S.; RAES, D.; SMITH, M.: Evapotranspiración del cultivo: guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos, Ed. Estudio FAO Riego y Drenaje 56, vol. 298, Roma. Italia, 2006, ISBN: 92-5-304219-2.). Los procedimientos de diseño que tienen en cuenta las características de esta distribución conducen a una utilización más racional del agua de riego en las instalaciones (Pizarro, 1996PIZARRO, C.F.: Riegos localizados de alta frecuencia (RLAF). Goteo, micro aspersión, exudación, Ed. Mundi-Prensa, 3ra ed., Madrid, España, 1996.; ASABE, 2007ASABE: “Soil and Water Terminology”, American Society of Agricultural and Biological Engineers, 2007.; Cruz-Bautista et al., 2016CRUZ-BAUTISTA, F.; ZERMEÑO-GONZÁLEZ, A.; ÁLVAREZ-REYNA, V.; CANO-RÍOS, P.; RIVERA-GONZÁLEZ, M.; SILLER-GONZÁLEZ, M.: “Validación de un modelo para estimar la extensión del bulbo de humedecimiento del suelo con riego por goteo”, Tecnología y ciencias del agua, 7(1): 45-55, 2016, ISSN: 2007-2422.).

En este sentido la finalidad de la investigación consiste en establecer criterios técnicos que demuestren la validez de considerar desde el diseño de las instalaciones el diámetro efectivo que se produce debajo de los emisores de riego por goteo y la importancia de utilizar herramientas informáticas para estimar la transferencia de humedad debajo de los emisores, ante la imposibilidad práctica de realizar las pruebas de campo.

MATERIALES Y MÉTODOS

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Identificación de la Tarea Técnica

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La Tarea Técnica fue confeccionada por el Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola (IAgric), a solicitud del Grupo Empresarial Agroforestal (GAF) y bajo la supervisión del Comité Técnico Evaluador (CTE) de Riego y Drenaje, la información contenida en la misma fue utilizada en el diseño agronómico de las tres variantes: una, utilizando la propuesta de Arapa (2002)ARAPA, J.: Manual de usuario. Aplicación y uso del software RIEGOLOC., 2002., la segunda variante aplicando las experiencias obtenidas por Cruz-Bautista et al. (2015)CRUZ-BAUTISTA, F.; ZERMEÑO-GONZÁLEZ, A.; AROSTEGUI SANCHEZ, V.; CANO-RÍOS, P.; RIVERA-GONZÁLEZ, M.; ADRIANA, M.M.: “Modelo para estimar la extensión del bulbo de humedecimiento del suelo en riego por goteo”, Tecnología y ciencias del agua, 6(4): 131-140, 2015, ISSN: 2007-2422. y la tercera variante, empleando el procedimiento alternativo muy utilizado en la práctica.

Caracterización del complejo Agua - Suelo - Planta - Clima

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Fuente de abasto

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La fuente de abasto es el río Contramaestre, perteneciente al municipio homónimo de la provincia Santiago de Cuba. El agua de riego se bombea desde la margen izquierda del río en un punto ubicado a 200 m de la confluencia con el río Cauto. Como medida de la salinidad del agua de riego se asumió la conductividad eléctrica del agua de riego = 1,2 dS/m correspondiente a aguas de riego de salinidad media (Pizarro, 1996PIZARRO, C.F.: Riegos localizados de alta frecuencia (RLAF). Goteo, micro aspersión, exudación, Ed. Mundi-Prensa, 3ra ed., Madrid, España, 1996.).

Por su influencia en los resultados del diseño agronómico y en el manejo a posteriori del agua de riego de la instalación, este parámetro debe verificarse y controlar su comportamiento durante la vida útil del sistema de riego, debido a que la salinidad del agua contribuye a obstruir los pequeños diámetros de salida de los goteros, sobre todo cuando la naturaleza de las sales es más peligrosa, la fuente de abasto se considera apta para el riego del cultivo propuesto (Pizarro, 1985PIZARRO, F.: Drenaje agrícola y recuperación de suelos salinos, Ed. Editorial Agrícola Española, S.A. Madrid, 2da Edición ed., Madrid, España, publisher: Madrid (Spain) Edit. Agricola Espanola, 1985.; 1990PIZARRO, C.: Riego localizado de alta frecuencia (RLAF) goteo, microaspersión, exudación. 2da, Ed. Ediciones Mundi-Prensa. Madrid, 2da Edición ed., Madrid, España, 1990, ISBN: 84-7114-171-X.).

Datos del suelo

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Los suelos arenosos tienen baja capacidad de almacenamiento de agua y un alto valor de infiltración. Por lo tanto, necesitan la aplicación frecuente de riegos pequeños, especialmente cuando el suelo además de arenoso es de poca profundidad. Bajo esas circunstancias el riego por aspersión de baja presión y el riego localizado son más adecuados.

El suelo del caso de estudio (Tabla 1), es característico de la zona montañosa, de relieve uniformemente ondulado, con pendientes ligeramente suaves en las parcelas de riego, no se conoce el valor de la velocidad de infiltración estabilizada del suelo. Se previó no ubicar las tuberías laterales a favor de la pendiente para evitar el posible riesgo de escorrentía superficial, además se tuvo en cuenta la baja intensidad de aplicación de los goteros. No se aportaron los datos de la conductividad eléctrica en el estracto de saturación del suelo. Se asumió para el diseño de las variantes 2 y 3 un valor de CEes = 2,3 dS/m tomado de cultivos similares y para una afectación de la producción correspondiente al 10%, (Pizarro, 1985PIZARRO, F.: Drenaje agrícola y recuperación de suelos salinos, Ed. Editorial Agrícola Española, S.A. Madrid, 2da Edición ed., Madrid, España, publisher: Madrid (Spain) Edit. Agricola Espanola, 1985.).

TABLA 1. Propiedades hidrofísicas del suelo. Fuente: Tarea Técnica

Textura	Cc (% V)	PMP (% V)	LSAD (mm)	LIAD (mm)	ADP (mm)	RFU (mm)
Arenoso	26	13	104	52	26	10

Cc- humedad a capacidad de campo expresada en % de volumen.

PMP- humedad al punto de marchitez permanente expresada en % de volumen.

LSAD y LIAD- láminas de agua correspondientes a los valores máximos (Cc) y mínimo (PMP) del agua disponible en el suelo, expresada en mm.

ADP- agua total disponible en el suelo para las plantas, expresada en mm.

RFU- reserva fácilmente utilizable por la planta equivalente a la norma neta parcial de riego, expresada en mm. La profundidad de humedecimiento considerada para estos cálculos es de 0,4 m y el criterio para definir el momento de riego durante la explotación es de 90% del valor de humedad a capacidad de campo.

Características del cultivo a beneficiar

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El cultivo beneficiado es cafeto Robusta, con marco de plantación de 3 m entre hileras y 3 m entre plantas, con profundidad a humedecer de 0,40m y un coeficiente de cultivo en la fase media del ciclo vegetativo = 1.04. De acuerdo con Vigoa-Hernández (2000)VIGOA-HERNÁNDEZ, R.R.: Drenaje agrícola, no. 9592580847, 2000. la tolerancia del cultivo a la inundación oscila entre 2 y 3 días.

Datos climáticos

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No se conocen los valores de la dirección y velocidad de los vientos predominantes, así como tampoco la altitud de la zona, la temperatura, la Humedad Relativa y la velocidad y dirección de los vientos predominantes. Solamente se aportaron los datos referidos a la evapotranspiración del cultivo de referencia, de acuerdo con la tarea técnica se utilizó ETo = 3.95 mm/d en correspondencia con la región oriental de Cuba.

Agregados de riego

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Se dispuso para el diseño de goteros integrados en la tubería, autocompensantes, auto limpiante, anti raíces, anti succión, con las tuberías laterales soterradas. De acuerdo a la información de la tarea técnica, el caudal del gotero = 4 L/h separados a 0,60m a lo largo del lateral, de manera que el número de emisores por planta garantice humedecer el 50% del área vital del cultivo y formar una banda continua de humedecimiento. Se utilizó para el diseño de la variante 1, un coeficiente de localización (K_L = 0,67) y un coeficiente de uniformidad (CU ≥ 90%).

Se consideró para los tres procedimientos de diseño, emisores de categoría “A” avalados por prueba de laboratorio según normas NC ISO 8026: 2014 (2014) y UNE 68-075-86, 68-076-89 citadas por Reyes-Requena et al. (2023)REYES-REQUENA, R.; BAEZA-CANO, R.J.; ALFONSO-MARTÍNEZ, J.; CÁNOVAS-FERNÁNDEZ, G.; MORENO-PÉREZ, M.F.: “Evaluación hidráulica en laboratorio de goteros de bajo caudal usados en cultivos intensivos bajo plástico”, Ingeniería del agua, 27(1): 1-12, 2023, ISSN: 1134-2196.. Se recomienda presentar la relación caudal - presión del emisor y el coeficiente de variación de fabricación (C_VF) menor del 5%. Los laterales deben ser fácilmente desmontables y con conexión espiga - rosca.

Procedimientos de diseño agronómico de sistemas de riego por goteo

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Según Pizarro (1996)PIZARRO, C.F.: Riegos localizados de alta frecuencia (RLAF). Goteo, micro aspersión, exudación, Ed. Mundi-Prensa, 3ra ed., Madrid, España, 1996., en el cálculo agronómico es la parte del diseño donde los errores tienen consecuencias más graves, mediante el mismo, se garantiza estimar con una óptima eficiencia las necesidades hídricas del cultivo durante el período de máxima demanda, evitando al mismo tiempo la salinización del suelo por falta de lavado o la insuficiencia en el volumen de suelo humedecido por instalar un número equivocado de emisores (Vargas, 2004VARGAS, P.: Algunas consideraciones para la asignatura métodos y técnicas de riego, Inst. Universidad de Oriente, Facultad de Construcciones, Departamento de Ingeniería Hidráulica, Santiago de Cuba, 2004.).

Este mismo autor afirma que para lograr un diseño apropiado, se debe prever en cada caso un número de emisores y un caudal de estos adecuado, determinado en función de las propiedades físicas del suelo y de la dosis de riego a aplicar, y asegura que la forma que presenten las zonas mojadas suministra elementos de juicio para elegir la disposición de emisores y laterales más correcta.

La respuesta del cultivo a la aplicación del riego, así como otros criterios de tipo económico como el costo del agua, el valor de la cosecha, etc., son la base para decidir la eficiencia de aplicación. Keller & Bliesner (1990)KELLER, J.; BLIESNER, R.D.: Sprinkle and trickle irrigation, Ed. Springer, vol. 3, vols. Issue: 5, New York: USA, 1990. resaltan que para la estimación de eficiencia de aplicación (Eap) hay que tener en cuenta el clima de la zona, y las posibilidades de considerar o no la precipitación efectiva para el cálculo de las necesidades netas (Nn) (Schwartzman & Zur, 1986SCHWARTZMAN, M.; ZUR, B.: “Emitter spacing and geometry of wetted soil volume”, Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 112(3): 242-253, 1986, ISSN: 0733-9437.; Ramírez & Sainz, 1997RAMIREZ, B.; SAINZ, S.: “Modelo de distribución de agua en suelo regado por goteo”, Ingeniería del Agua, 4(1): 57-70, 1997.).

Por otra parte, la tolerancia del cultivo a la salinidad y la calidad del agua de riego, pueden hacer incrementar las necesidades netas de riego con alguna fracción de lavado, esta cantidad deberá incrementarse con la eficiencia de aplicación para garantizar que las plantas que menos agua reciben, dispongan de suficiente cantidad para satisfacer las Necesidades totales de riego.

Para suministrar estas necesidades se pueden elegir varias combinaciones de dosis y frecuencias que se deberán tantear en unión del caudal de los emisores a fin de determinar qué número de ellos se necesitaría para conseguir el volumen de suelo adecuado (Camp, 1998CAMP, C.: “Subsurface Drip Irrigation: A review”, Transactions of the ASAE, 41(5): 1353-1367, 1998.; Kandelous & Šimůnek, 2010KANDELOUS, M.M.; ŠIMŮNEK, J.: “Comparison of numerical, analytical, and empirical models to estimate wetting patterns for surface and subsurface drip irrigation”, Irrigation Science, 28: 435-444, 2010, ISSN: 0342-7188.). Una vez determinados todos estos valores se puede calcular el tiempo de riego, que es un parámetro definitorio en el diseño de la unidad operacional (Bainbridge, 2001BAINBRIDGE, D.: “Buried clay pot irrigation: a little known but very efficient traditional method of irrigation”, Agricultural Water Management, 48(2), 2001.). El diseño agronómico proporciona además los datos básicos para el diseño hidráulico (Vargas, 2004VARGAS, P.: Algunas consideraciones para la asignatura métodos y técnicas de riego, Inst. Universidad de Oriente, Facultad de Construcciones, Departamento de Ingeniería Hidráulica, Santiago de Cuba, 2004.).

Variante 1: Diseño Agronómico según (Arapa, 2002ARAPA, J.: Manual de usuario. Aplicación y uso del software RIEGOLOC., 2002.)

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Pizarro (1996)PIZARRO, C.F.: Riegos localizados de alta frecuencia (RLAF). Goteo, micro aspersión, exudación, Ed. Mundi-Prensa, 3ra ed., Madrid, España, 1996. asevera que, para garantizar un contenido de humedad del suelo correspondiente a los requerimientos hídricos del cultivo, es importante delimitar el valor del número de emisores (e) que garantiza el porcentaje mínimo de humectación (PH_mín) alrededor del sistema radicular; y definir el volumen entregado por el emisor (Ve) y puesto a disposición de la planta muy cerca de esta zona (90%Prad ≤ Pb ≤ 120%Prad). Para determinar el diámetro del bulbo se utilizó la ecuación expresada por Arapa (2002)ARAPA, J.: Manual de usuario. Aplicación y uso del software RIEGOLOC., 2002. para suelos gruesos (arena) en función del caudal del emisor.

Cálculo del diámetro mojado [ϕ_moj (m)]

ϕ_{m o j} = 0.3 + 0,12 \times q

(1)

donde:

q- caudal que entrega el emisor en (L/h), una vez obtenido el diámetro mojado, se dividió el mismo entre 2 para obtener el radio del bulbo húmedo.

Cálculo de la superficie humedecida por el emisor [Ae (m²)]

A_{e} = π \times {Re}^{2}

(2)

donde:

Re: radio que humedece el gotero (m), obtenido en el paso anterior.

Número mínimo de emisores por planta [e (u)] tr5

e \geq \frac{A_{m p} \times (P H_{m i n})}{(A_{e} \times 100)}

(3)

este valor garantiza que el porcentaje de superficie mojada de cada planta sea superior al mínimo establecido.

donde:

A_mp: área del marco de plantación (m²).

PH_mín: Porcentaje de humedecimiento mínimo.

Tiempo de riego [T_R (h)]

Irrigation time [TR (h)] . T_{R} = \frac{N_{T}}{e \times Qe}

(4)

donde:

Qe: Caudal que entrega un emisor.

N_T - Necesidades totales (mm/d), este valor se determinó por:

N_{T} = \frac{N_{N}}{cu* (1 - k)}

(4.1)

donde:

Cu: coeficiente de uniformidad (%).

N_N: necesidades netas (mm/d), este valor se determinó por:

N_{N} = E T o \times K c \times K_{L} \times K_{V C} \times K_{a}

(4.2)

donde:

ETo: Evapotranspiración del cultivo de referencia (mm/día).

Kc: Coeficiente de cultivo (adm).

Ka: Coeficiente de advección (adm), se asumió=1, hasta tanto se precise su valor para las condiciones de Cuba.

K_L: Coeficiente debido a la localización del riego (adm).

Kvc: coeficiente de variabilidad climática (adm), Hernández (1990)HERNÁNDEZ, A.: Riego Localizado, Inst. Curso Internacional de Riego Localizado en Tenerife, España, Tenerife, España, 1990. citado por Pizarro (1996)PIZARRO, C.F.: Riegos localizados de alta frecuencia (RLAF). Goteo, micro aspersión, exudación, Ed. Mundi-Prensa, 3ra ed., Madrid, España, 1996., propone un valor entre (1,15-1,2).

K: Necesidades de lavado o posibles pérdidas por percolación, se determinó por:

K = 1 - {Ef}_{ap}

(4.3)

K = \frac{{EC}_{iw}}{2 {*EC}_{se}}

(4.4)

donde:

CE_ar: Conductividad eléctrica del agua de riego (dS/m).

CE_es: Conductividad eléctrica del estrato de saturación del suelo (dS/m).

De ambos valores calculados de (K) se escogió el mayor. Si las pérdidas por percolación son mayores que las necesidades de lavado, estas pérdidas provocarían un lavado superior al necesario, con lo que el nivel de salinidad se mantendría por debajo del mínimo. Sí por el contrario, las pérdidas son menores que las necesidades de lavado, habría que provocar voluntariamente una mayor percolación para evitar la salinización del suelo (Pizarro, 1996PIZARRO, C.F.: Riegos localizados de alta frecuencia (RLAF). Goteo, micro aspersión, exudación, Ed. Mundi-Prensa, 3ra ed., Madrid, España, 1996.).

Cálculo de la dosis total [D_T (L)]

D_{T} = T r_{a j u s t a d o} \times e \times Q e

(5)

Se utilizó como restricción de diseño la siguiente comparación:

D t \geq N t

(6)

Variante 2: Diseño Agronómico según Cruz-Bautista et al. (2015)CRUZ-BAUTISTA, F.; ZERMEÑO-GONZÁLEZ, A.; AROSTEGUI SANCHEZ, V.; CANO-RÍOS, P.; RIVERA-GONZÁLEZ, M.; ADRIANA, M.M.: “Modelo para estimar la extensión del bulbo de humedecimiento del suelo en riego por goteo”, Tecnología y ciencias del agua, 6(4): 131-140, 2015, ISSN: 2007-2422.

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Se utilizó el mismo procedimiento de la variante1, pero empleando para el cálculo del radio del bulbo húmedo, el criterio establecido por estos autores a partir del modelo experimental desarrollado. Cruz-Bautista et al. (2015)CRUZ-BAUTISTA, F.; ZERMEÑO-GONZÁLEZ, A.; AROSTEGUI SANCHEZ, V.; CANO-RÍOS, P.; RIVERA-GONZÁLEZ, M.; ADRIANA, M.M.: “Modelo para estimar la extensión del bulbo de humedecimiento del suelo en riego por goteo”, Tecnología y ciencias del agua, 6(4): 131-140, 2015, ISSN: 2007-2422. aseguran que conocer la distribución del agua bajo los emisores en los sistemas de riego por goteo es un requisito para su diseño y operación, ya que uno de los parámetros más importante en el diseño es la forma y el volumen del bulbo que se forma debajo de los emisores.

El volumen de suelo mojado representa la cantidad de agua almacenada en el suelo; mientras que su extensión, profundidad y diámetro deben tener en cuenta la profundidad del sistema radicular de la planta y con el espaciamiento entre emisores. De acuerdo con estos autores, el volumen de suelo mojado y su extensión es función de la textura y estructura del suelo, de la conductividad hidráulica saturada y el contenido de humedad inicial, además del caudal aplicado por el emisor (USDA, 2013USDA: Manual Nacional de Ingeniería de Riego. Capítulo 7., Ed. USDA, Departamento de Agricultura de Estados Unidos ed., USA, 2013.).

Variables, como la posición relativa del emisor, cantidad y frecuencia de riego, cambios temporales y espaciales del contenido de humedad en el suelo, afectan la transferencia de humedad en el suelo. Cruz-Bautista et al. (2015)CRUZ-BAUTISTA, F.; ZERMEÑO-GONZÁLEZ, A.; AROSTEGUI SANCHEZ, V.; CANO-RÍOS, P.; RIVERA-GONZÁLEZ, M.; ADRIANA, M.M.: “Modelo para estimar la extensión del bulbo de humedecimiento del suelo en riego por goteo”, Tecnología y ciencias del agua, 6(4): 131-140, 2015, ISSN: 2007-2422. determinaron experimentalmente el radio del bulbo, para un caudal de (4 L/h) en suelo arenoso y obtuvieron un modelo experimental parte de estos resultados se muestran en la Figura (1).

FIGURA 1. Avance del frente de humedecimiento ().

Variante 3 de Diseño Agronómico según el procedimiento alternativo

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Se emplea ante la imposibilidad de realizar las pruebas de campo, a pesar de ser el procedimiento más utilizado para el diseño de sistemas de riego por goteo en Cuba, no tiene en cuenta parámetros como; el radio que humedece el emisor, la profundidad a la que se desarrolla el bulbo húmedo y el volumen de agua entregado por el emisor el cual se estima en función de satisfacer la demanda evapotranspirante sin tener en cuenta las necesidades de lavado, siendo el tiempo de aplicación el correspondiente para que se cumpla la condición anteriormente referida.

Los parámetros agronómicos que no se consideraron en este procedimiento, son necesarios para el análisis del complejo agua-suelo-planta, por lo tanto, no tenerlos en cuenta durante el diseño de los sistemas, seguramente conlleva a que la aplicación del agua de riego no se realice de manera adecuada para el cultivo, ya sea por exceso o por falta del líquido según Vargas-Rodríguez et al. (2021)VARGAS-RODRÍGUEZ, P.; DORTA-ARMAIGNAC, A.; FERNÁNDEZ-HUNG, K.; MÉNDEZ-JOCIK, A.: “Considerations for the Rational Design of Drip Irrigation Systems”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 30(4): 32-45, 2021, ISSN: ISSN -1010-2760, e-ISSN: 2071-0054..

El número de emisores necesarios para satisfacer las necesidades totales de agua de la planta, se estima proporcionalmente al volumen necesario para satisfacer las necesidades de agua a lo largo de la hilera de plantas, a partir del caudal nominal del emisor y el número de plantas en la hilera. Previendo entregar el “volumen de agua necesario para cada planta”, en función de asumir la duración del riego conveniente para este propósito; contrario a como se realiza en las dos variantes anteriores, en las que la duración del riego se obtiene en función de las necesidades totales de agua, la relación suelo - planta y en consecuencia el caudal instalado por planta.

En esta variante, la duración y la frecuencia de riego se asumieron a conveniencia de la explotación, previendo que se cumpla (6) $D t \geq N t$ , las necesidades de agua de la planta se mantienen: los parámetros N_N y N_T se obtuvieron de la misma forma que en las variantes 1 y 2, con la particularidad de que las necesidades de lavado (k) se calcularon solamente con la expresión (4.3) $K = 1 - {Ef}_{ap}$ , sin considerar el contenido de sales.

Como la dosis definitiva y la duración del riego se obtuvieron a partir del número de plantas a lo largo de la hilera y de las necesidades totales de agua de cada una, la longitud que alcanzó el lateral y la separación entre goteros a lo largo del mismo son parámetros importantes a considerar en el diseño, a partir de ellos es posible conocer el caudal que se entrega a toda la hilera de plantas.

Esta variante se ha generalizado en la práctica del diseño en Cuba, ante las dificultades prácticas de realizar las pruebas de campo. Para hacer más válida la comparación entre las variantes, se mantuvieron los datos de partida iniciales y se asumió un total de 20 plantas por hilera y la separación entre emisores = 0.6 m; lo cual conllevó a aplicar en el lateral un volumen correspondiente a las necesidades totales de todas plantas de la hilera, para ello se utilizaron 101 emisores.

RESULTADOS Y ANÁLISIS

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Diseño Agronómico del sistema de riego

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Se comparan los resultados obtenidos en el diseño de cada variante (Tabla 2 y Figura 2), teniendo en cuenta datos correspondientes a pruebas de campo reales, los referidos en la tarea técnica y otros parámetros que han sido asumidos convenientemente por el autor. Esto conlleva a evaluar las ventajas e inconvenientes entre ellos, enfocadas principalmente en la gestión integrada y sostenible del agua de riego y la energía en tiempos de cambio climático.

La primera variante, desarrollada a partir del procedimiento propuesto por Arapa (2002)ARAPA, J.: Manual de usuario. Aplicación y uso del software RIEGOLOC., 2002., tiene su fundamento en la clasificación textural del suelo, en función de la cual se utiliza una ecuación para estimar el diámetro mojado por el gotero a partir del caudal que esta descarga. La segunda variante, utiliza el procedimiento anterior, pero el diámetro humedecido por el gotero se obtiene a partir del modelo experimental desarrollado por estos autores, específicamente representado para suelos de textura arcillosa en la Figura 1, donde se estima el desplazamiento vertical y horizontal del bulbo húmedo cuando se utilizan emisores de goteo en condiciones específicas.

También se consideró una tercera variante correspondiente al diseño alternativo, el cual no presenta muchas coincidencias con lo documentado con Pizarro (1996)PIZARRO, C.F.: Riegos localizados de alta frecuencia (RLAF). Goteo, micro aspersión, exudación, Ed. Mundi-Prensa, 3ra ed., Madrid, España, 1996., justificado con la imposibilidad de realizar de pruebas de campo, así como, la carencia de softwares profesionales confeccionados para simular el comportamiento de la humedad debajo de los emisores, además de las dificultades para disponer de los datos de las propiedades hidrofísicas del suelo, necesarios para la corrida del Modelo, por tanto prevalecen las dificultades técnicas para definir parámetros importantes y necesarios para realizar el dimensionamiento agronómico apropiado del sistema de riego.

TABLA 2. Resultados del diseño agronómico en cada variante

Parámetros	Variante 1	Variante 2	Variante 3
Radio de humedecimiento. [Re (m)]	0,39	0,35	-
Superficie humedecida, [Ae (m²)]	0,478	0,384	-
Número de goteros por plantas, [e (u)]	6	7	≈ 5
Necesidades netas, [N_N ( mm/d)]	3,30	3,30	3,30
Necesidades totales, N_T ( L/d/p)	44,68	44,68	36,69
Tiempo de riego, T_R ( h)	1,87	1,6	5,45
Dosis de riego, D_R ( L)	44,88	44,88	36,91

Análisis de los resultados

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Con respecto al radio de humedecimiento de los goteros (Re), según Arapa (2002)ARAPA, J.: Manual de usuario. Aplicación y uso del software RIEGOLOC., 2002. el valor obtenido es de 0.39 m, mayor que el obtenido en la variante 2. El primero es menos confiable que el segundo, ya que el cálculo de este parámetro se realizó a partir de 1, la cual tiene en cuenta la textura de suelo para un caudal en este caso = 4 L/h, conviene aclarar que la textura del suelo difícilmente sea un parámetro constante en toda la parcela, en el mejor de los casos pudiera asegurarse que será la que ocupa una mayor proporción dentro de la misma, es un hecho por lo tanto que dentro de una parcela la textura del suelo puede variar, lo mismo que la descarga del emisor.

En cambio en la segunda variante, el valor del radio de humedecimiento se obtiene a partir de un modelo experimental realizado a través de varias pruebas de campo en determinados períodos de tiempo donde se evalúa el comportamiento del movimiento vertical y horizontal del agua en el bulbo húmedo en determinadas texturas de suelos y determinados caudales lo que permite obtener un valor mucho más confiable, e incluso brinda la posibilidad de realizar el diseño previendo una separación entre emisores, diferente entre las distintas parcelas de riego.

En el tercer procedimiento no se tiene en cuenta el radio que humedece el emisor, lo cual introduce una inexactitud de los resultados haciendo poco confiable la separación entre emisores preestablecida (Se). Al no tener en cuenta (Re), el volumen o la superficie humedecida debajo del emisor, sigue siendo una incógnita durante el diseño, corriendo el riesgo de que la franja húmeda quede descolocada con relación a la raíz de las plantas, porque sea muy profunda (provocando pérdidas) o muy superficial (dejando de humedecer cierto número de raíces que pueden ser las más activas del cultivo), debilitando el anclaje de las plantas.

Por lo tanto, no tener en cuenta el radio del emisor conlleva a obtener un valor no confiable de la dosis total o definitiva. Otro elemento, que corrobora lo anterior, destaca en el hecho de fijar una separación entre emisores = 60 cm sin tener en cuenta todos los parámetros que intervienen en la forma y dimensiones del bulbo húmedo que se genera debajo de los emisores.

Para determinar la superficie mojada por emisor se debe tener en cuenta el volumen de suelo humedecido debajo del mismo, parámetro que es muy difícil de obtener, a menos que se estime experimentalmente, lo cual ya se ha comprobado que no resulta práctico a los efectos del diseño; para resolver esa dificultad, se introdujo el termino área humedecida por el emisor la cual es menos exacta pero más fácil de obtener (Pizarro, 1996PIZARRO, C.F.: Riegos localizados de alta frecuencia (RLAF). Goteo, micro aspersión, exudación, Ed. Mundi-Prensa, 3ra ed., Madrid, España, 1996.).

No obstante, los valores que se obtienen teniendo en cuenta el área de superficie humedecida son más validos en cuanto más rigor presente las pruebas de campo. El procedimiento de la prueba de campo documentado por Pizarro (1996)PIZARRO, C.F.: Riegos localizados de alta frecuencia (RLAF). Goteo, micro aspersión, exudación, Ed. Mundi-Prensa, 3ra ed., Madrid, España, 1996., seguidas por Arapa (2002)ARAPA, J.: Manual de usuario. Aplicación y uso del software RIEGOLOC., 2002. y otros autores como (Cisneros-Zayas et al. (2018)CISNEROS-ZAYAS, E.; ESPINOSA-VALDERA, A.; LÓPEZ SEIJAS, T.; YUMAR, J.: “Evaluación del riego localizado por goteo en condiciones de producción del sur de Güira de Melena”, Ingeniería Agrícola, 8(4): 3-11, 2018, ISSN: 2227-8761. y tiene en cuenta la superficie humedecida en función de dos condiciones, el caudal del emisor y la textura del suelo y a través de esto se define un diámetro. En cambio, Cruz-Bautista et al. (2015)CRUZ-BAUTISTA, F.; ZERMEÑO-GONZÁLEZ, A.; AROSTEGUI SANCHEZ, V.; CANO-RÍOS, P.; RIVERA-GONZÁLEZ, M.; ADRIANA, M.M.: “Modelo para estimar la extensión del bulbo de humedecimiento del suelo en riego por goteo”, Tecnología y ciencias del agua, 6(4): 131-140, 2015, ISSN: 2007-2422. plantea que la superficie de humedecimiento debajo de un emisor depende de parámetros como: la cantidad de limo, la conductividad hidráulica del suelo, el tiempo de riego, la duración de las pruebas de campo y el caudal del emisor; por tanto, el valor obtenido por Cruz-Bautista et al. (2015)CRUZ-BAUTISTA, F.; ZERMEÑO-GONZÁLEZ, A.; AROSTEGUI SANCHEZ, V.; CANO-RÍOS, P.; RIVERA-GONZÁLEZ, M.; ADRIANA, M.M.: “Modelo para estimar la extensión del bulbo de humedecimiento del suelo en riego por goteo”, Tecnología y ciencias del agua, 6(4): 131-140, 2015, ISSN: 2007-2422. a pesar de referirse a la superficie humedecida y no al volumen, es más exacto porque tiene en cuenta más parámetros que consideran el desplazamiento horizontal y vertical del bulbo húmedo debajo de los emisores.

Es válido reiterar que, en el procedimiento alternativo, no se tienen en cuenta resultados de pruebas de campo y tampoco disponen con un modelo experimental o de otro tipo, siendo imposible de obtener el radio del emisor y por tanto obtener la superficie humedecida por el gotero. En la tarea técnica que aporta información sobre el caso de estudio, se impone que los emisores están separados a una distancia (Se = 0,6m) a lo largo del lateral con un criterio desconocido; si se supone que bajo esta condición el solapamiento entre los bulbos es mayor del 30%, no implica necesariamente que se aplique más agua al cultivo, esto pudiera provocar pérdidas por percolación profunda, sobre todo cuando el tiempo de riego se obtiene de un análisis aritmético, como es el caso.

FIGURA 2. Resultados del diseño agronómico de las tres variantes.

El número de emisores por planta está en función de la profundidad del bulbo, el marco de plantación y el área mojada por el emisor, el cual debe garantizar un solape del 15- 30% del radio de humedecimiento, además depende del porcentaje de humedecimiento mínimo (PH_MIN). Este último parámetro es clave para satisfacer las necesidades de agua que necesita la planta para su correcto crecimiento y desarrollo, lo que demuestra que el procedimiento alternativo no es muy convincente.

Este procedimiento no tiene en cuenta este aspecto, el número de emisores con que se trabaja en el mismo se obtiene de dividir el caudal total necesario a aplicar en la hilera de plantas entre el caudal del emisor, sin dejar de tener en cuenta el tiempo necesario para aplicar dicho volumen de agua, esta cantidad de emisores viene sujeta a una separación entre emisores que en este caso aporta la tarea técnica. Por lo tanto, los resultados obtenidos no serán tan confiables como plantea Arapa (2002)ARAPA, J.: Manual de usuario. Aplicación y uso del software RIEGOLOC., 2002. y en mejor medida Cruz-Bautista et al. (2015)CRUZ-BAUTISTA, F.; ZERMEÑO-GONZÁLEZ, A.; AROSTEGUI SANCHEZ, V.; CANO-RÍOS, P.; RIVERA-GONZÁLEZ, M.; ADRIANA, M.M.: “Modelo para estimar la extensión del bulbo de humedecimiento del suelo en riego por goteo”, Tecnología y ciencias del agua, 6(4): 131-140, 2015, ISSN: 2007-2422. que tienen en cuenta el porcentaje de humedecimiento mínimo. El área de marco de plantación es un aspecto fundamental que tienen en cuenta estos autores, relacionado con el área vital del cultivo. Existe una relación entre la sombra que provoca el cultivo cuando recibe luz solar que condiciona el consumo del cultivo (área seca y área húmeda), (área con sombra y menos sombra), evaporación traspiración del cultivo todos estos elementos influyen en la cantidad de emisores que necesita una planta.

En el caso de las necesidades netas, en las tres variantes se emplea la misma ecuación; para estimar los valores se tomaron los datos que ofrece la tarea técnica.

Con relación a las necesidades totales, la práctica ha demostrado que, en varios casos, las dificultades para acceder a datos indicativos de contenidos de sales en el agua de riego o en el extracto acuoso del suelo, conllevan a utilizar como único criterio el aumento de (Nn) en una fracción equivalente a la eficiencia de riego para prever posibles pérdidas de agua por percolación profunda.

A pesar de que se asumieron los valores de calidad del agua y calidad del suelo tomando el agua de riego de salinidad media, previendo un nivel de salinidad en el suelo, este criterio es de mayor rigor que las pérdidas por percolación sobre todo en los sistemas de riego de alta frecuencia, es decir es más fácil la presencia de salinidad en el extracto acuoso del suelo que perdidas por percolación profunda; en el procedimiento alternativo se asume un criterio desconocido para determinar las pérdidas, pero no se tiene en cuenta las necesidades de lavado. En el método empleado por Arapa (2002)ARAPA, J.: Manual de usuario. Aplicación y uso del software RIEGOLOC., 2002. y Cruz-Bautista et al. (2015)CRUZ-BAUTISTA, F.; ZERMEÑO-GONZÁLEZ, A.; AROSTEGUI SANCHEZ, V.; CANO-RÍOS, P.; RIVERA-GONZÁLEZ, M.; ADRIANA, M.M.: “Modelo para estimar la extensión del bulbo de humedecimiento del suelo en riego por goteo”, Tecnología y ciencias del agua, 6(4): 131-140, 2015, ISSN: 2007-2422., el cálculo de las necesidades totales se realizó por medio de (4.1) $N_{T} = \frac{N_{N}}{cu* (1 - k)}$ , se tuvo en cuenta la conductividad eléctrica del agua de riego (CEar) y el extracto de saturación del suelo (CEes).

El tiempo de riego T_R es uno de los parámetros más definitorios en el diseño agronómico de la instalación, su valor resultó muy similar en las dos primeras variantes, la diferencia se debe a que en la primera variante se necesita un emisor por planta menos que en la variante 2, esto se debe a que la superficie humedecida por el emisor obtenida por medio de (1) $ϕ_{m o j} = 0.3 + 0,12 \times q$ resultó mayor que la obtenida a partir del resultado de las experiencias de Cruz-Bautista et al. (2015)CRUZ-BAUTISTA, F.; ZERMEÑO-GONZÁLEZ, A.; AROSTEGUI SANCHEZ, V.; CANO-RÍOS, P.; RIVERA-GONZÁLEZ, M.; ADRIANA, M.M.: “Modelo para estimar la extensión del bulbo de humedecimiento del suelo en riego por goteo”, Tecnología y ciencias del agua, 6(4): 131-140, 2015, ISSN: 2007-2422.; esta característica sustenta la primera conclusión de este trabajo.

Con relación a la tercera variante, la duración del riego resultó significativamente superior, el procedimiento para obtenerlo fue diferente; a partir de conocer N_T, se obtienen las necesidades de agua en toda la hilera, luego a partir de conocer el caudal de un emisor y la cantidad de estos ubicados a lo largo de la tubería lateral, se va incrementando la duración del riego hasta coincida el volumen de agua aplicado sobre la hilera de plantas con el volumen necesario para todas las plantas ubicadas en la hilera.

Como el cálculo de N_T en esta variante, no tuvo en cuenta las necesidades de lavado su valor resultó inferior al obtenido en las dos primeras variantes, por ello también resultó menor el número de emisores por planta correspondiente a la hilera; por tanto, la duración del riego resultará significativamente mayor en la tercera variante. Implicando una instalación más cara con relación al costo del bombeo y menos confiable agronómicamente al entregar una dosis de riego menor que las variantes 1 y 2.

CONCLUSIONES

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El procedimiento propuesto por Arapa 2002ARAPA, J.: Manual de usuario. Aplicación y uso del software RIEGOLOC., 2002. es válido solamente para un caudal del emisor = 4 L/h, a pesar de ser un valor utilizado con cierta frecuencia en la práctica del riego por goteo, no considera otros valores de descarga del emisor, ni la duración de la prueba, así como tampoco el avance vertical de la humedad debajo del emisor.

En ninguna de las tres variantes se tiene en cuenta el contenido de humedad o la tensión a la que esta es retenida en la zona húmeda debajo de los emisores, este parámetro resulta un elemento importante a prever durante el diseño agronómico, ya que garantiza una transferencia de humedad apropiada para las plantas.

Fijar una separación entre emisores a lo largo del lateral sin tener en cuenta la forma y dimensiones del bulbo húmedo que se genera debajo del emisor, no garantiza que se humedezca una superficie apropiada para el cultivo, tampoco es garantía de que se genere una franja de humedecimiento continuo que conlleve a la mejor transferencia de humedad para las plantas.

Los resultados destacan que la experiencia desarrollada por Cruz-Batista et al. 2015CRUZ-BAUTISTA, F.; ZERMEÑO-GONZÁLEZ, A.; AROSTEGUI SANCHEZ, V.; CANO-RÍOS, P.; RIVERA-GONZÁLEZ, M.; ADRIANA, M.M.: “Modelo para estimar la extensión del bulbo de humedecimiento del suelo en riego por goteo”, Tecnología y ciencias del agua, 6(4): 131-140, 2015, ISSN: 2007-2422., demuestran la validez de los modelos experimentales construidos a través de pruebas de campo para su utilización como herramientas confiables para el diseño agronómico de instalaciones de riego por goteo.

Influence of the Effective Wet Bulb on the Design of Drip Irrigation Systems

INTRODUCTION

MATERIALS AND METHODS

Identification of the Technical Task

Characterisation of the Water - Soil - Plant - Climate complex

Source of supply

Soil data

Characteristics of the crop to be processed

Climatic data

Irrigation aggregates

Agronomic design procedures for drip irrigation systems

Variant 1: Agronomic Design according to (Arapa 2002ARAPA, J.: Manual de usuario. Aplicación y uso del software RIEGOLOC., 2002.)

**Variant 2: Agronomic design according to Cruz-Bautista et al. (2015)**

Variant 3 of Agronomic Design according to the alternative procedure

RESULTS AND ANALYSIS

Agronomic design of the irrigation system

Analysis of the results

CONCLUSIONS

ACKNOWLEDGEMENTS

REFERENCES

Influencia del bulbo húmedo efectivo en el diseño de sistemas de riego por goteo

INTRODUCCIÓN

MATERIALES Y MÉTODOS

Identificación de la Tarea Técnica

Caracterización del complejo Agua - Suelo - Planta - Clima

Fuente de abasto

Datos del suelo

Características del cultivo a beneficiar

Datos climáticos

Agregados de riego

Procedimientos de diseño agronómico de sistemas de riego por goteo

Variante 1: Diseño Agronómico según (Arapa, 2002ARAPA, J.: Manual de usuario. Aplicación y uso del software RIEGOLOC., 2002.)

Variante 3 de Diseño Agronómico según el procedimiento alternativo

RESULTADOS Y ANÁLISIS

Diseño Agronómico del sistema de riego

Análisis de los resultados

CONCLUSIONES

AGRADECIMIENTOS