Este documento presenta el diseño de un sistema de riego por microaspersión para un cultivo de cacao de 1 hectárea. Incluye cálculos de las necesidades hídricas del cultivo, componentes del sistema como tuberías y microaspersores, y cálculos hidráulicos para determinar la potencia requerida por la bomba. El objetivo es aplicar los conocimientos de diseño de sistemas de riego para implementar un sistema de riego por microaspersión que satisfaga las necesidades del cultivo de manera eficiente.

1. UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA
FACULTAD DE AGRONOMIA
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA AGRICOLA
Diseño de los Sistemas de Riego
“Riego por Microaspersion en cultivo de Cacao”.
Autores
Byron Alexander Alvarado Talavera
Donald Uriel García Ramos.
José Miguel Jarquín Olivas.
Kevin Serapio Cruz.
Docente:
Ing. Msc. David López.
Managua, Nicaragua. 2014

2. Introducción
Durante los últimos años el sistema de Microaspersion ha sido adoptado en frutales a lado de la Aspersión y el Goteo. En realidad la Microaspersion ha reemplazado a la aspersión con resultados positivos. Desafortunadamente la experiencia acumulada no fue publicada suficientemente y desde 1982 se empezó a colectar material. El resultado fue modesto pero la experiencia acumulada con los fabricantes dio lugar de contemplar una edición sobre el tema. (Armoni, 1989).
El aumento creciente de las necesidades sociales por el agua, su escasez relativa, así como las desigualdades para acceder a ella, están generando cada vez mayor competencia entre los `usuarios' de este recurso. Se estima que a nivel mundial la demanda de agua creció por tres en los últimos 50 años, en tanto que la contaminación redujo su disponibilidad en un tercio, lo cual se manifiesta en la amplia desigualdad mundial en su conjunto; mientras que un estadounidense consume 900 litros por día, un africano sólo accede a 30litros. Lo anterior se traduce en la generalización de conflictos entre una población cada vez más concentrada y sometida a la contaminación de aire y agua, y a una agricultura cada vez más productivista, contaminante y consumidora de agua (Bautista, J. A. , 1997).
Mientras se incrementan los costos de mano de obra agrícola y el agua se convierte más escasa y costosa para desarrollar, los agricultores del mundo encuentran que es más justificable económicamente usar sistemas de riego presurizados para aplicar agua al suelo. Esto es más cierto en los terrenos y suelos que son difíciles, sino imposibles, para regar eficientemente con los métodos tradicionales superficiales.
Las metodologías de riego por aspersión y por goteo en sus varias formas y configuraciones han sido inventadas, las cuales superan los problemas de topografía y tipo de suelo y permiten más control sobre la cantidad, la uniformidad de distribución y la frecuencia de riego, en particular en las condiciones de terrenos ondulantes y/o suelos arenosos. (Internacional Irrigation Center, 2002).

3. Se ha mencionado que estos sistemas de riego impactan también en los costos de producción y en lo correspondiente a la calidad de la producción. En. Relación al impacto ambiental se reporta que este ha sido mejorado en lo que respecta al uso del agua, ya que ha disminuido o permanecido sin cambio en los sistemas de riego instalados (Sardo y German, 1995).
Los sistemas de riego presurizados, sean por aspersión o por goteo, deben ser bien diseñados para asegurar un incremento significativo de los beneficios de la inversión tan alta del capital necesario para la instalación de estos tipos de sistemas de aplicación de agua. Los países en desarrollo y, especialmente, los agricultores comunes y corrientes no pueden tolerar el gasto de sus recursos preciosos y limitados de capital en sistemas de riego presurizados mal diseñados, los cuales pueden reducir drásticamente sus rendimientos de cultivos por debajo de lo esperado del método tradicional de riego (Burt, 1995).

4. Objetivos.
Objetivo general.
 Diseñar un sistema de riego por Microaspersion para su implantación en un cultivo de cacao (Theobroma cacao L.).
Objetivos específicos.
 Realizar los cálculos necesarios de un sistema de riego por micro aspersión, para la implantación de un cultivo de cacao, en una superficie de 1 Ha (10,000 m2).
 Poner en práctica los conocimientos adquiridos en la clase de Diseño de sistemas de riego.

5. Materiales y Métodos
Determinacion de las necesidades de agua de un cultivo.
Evapotranspiracion.
Según DUCROCQ, Michael 1990, la evapotranspiración (Et) de una superficie cualquiera se define como la pérdida de agua en forma de vapor a partir de una superficie cubierta de vegetación. Se expresa en lámina (mm, cm , pulg, etc… L), o su equivalente en dosis (m3/ha; l/m2).
Calculo de evapotranspiración o uso consuntivo, en función de la ETo y el coeficiente de transpiración kc del cultivo
La evapotranspiración, uso consuntivo o necesidad hídrica del cultivo, se obtiene aplicando la fórmula:
ETc = ETo * Kc
Siendo:
ETc- Evapotranspiración del cultivo, en mm
ETo.- evapotranspiración del cultivo de referencia, en mm/día
Kc.- Coeficiente de transpiración del cultivo.
Riego por microaspersion.
PACHECO SEGUÍ, Juan et al. 1995 . Indica que el riego por Microaspersion es un método de riego que en los últimos años ha adquirido gran importancia y aceptación en la agricultura moderna.
En este método de riego, el agua tomada de la fuente de abasto, se conduce y distribuye a través de tuberías y, mediante dispositivos especiales llamados microaspersores, se entrega al área de cultivo. El chorro de agua que sale de las boquillas de los microaspersores, al contacto con el aire se difunde en gotas, que caen sobre la superficie del área de cultivo bajo la forma de lluvia artificial. Esta lluvia puede ser más o menos uniforme e intensa que las precipitaciones naturales.

6. El riego por microaspersión se adapta a todos los suelos cultivables, pero en los suelos pesados con índices de infiltración baja, debe tenerse cuidado al determinar la intensidad de aplicación de agua de los microaspersores.
Clasificacion del riego por microaspersion.
Los dispositivos de riego por microaspersión que se aplican actualmente se distinguen entre sí por las características siguientes:
 Particularidades constructivas.
 Modo de aplicación.
 Magnitud de la carga (presión) suministrada al agua.
 Productividad del riego
En general, en función de estas características, las técnicas de riego por microaspersión que existen actualmente, se pueden dividir en dos técnicas básicas, como se indica:
Móviles
 Semiestacionarias
 Estacionarias
El sistema de riego por microaspersión que se utilizará para regar el cultivo de cacao es del tipo fijo o estacionario
Diseño de un sistema de riego por microaspersion.
Generalidades.
Según CEVALLOS LEYTHONG, R. (2004) . Para diseñar un sistema de riego, siempre se debe evaluar la situación en el campo: las prácticas que tiene el agricultor, los cultivos, la existencia de factores limitantes para el riego etc. Y combinar esta información con algunos datos del clima (si son disponibles) y del suelo. El grado de experiencia que tienen los agricultores determina hasta que punto necesitan la ayuda u orientación de un técnico y por otra parte las soluciones técnicas son determinadas por la situación socio- económica del propietario del predio.

7. Para proyectar un sistema de riego para cualquier campo, se deben determinar los factores naturales y prácticos del riego.
Factores naturales del riego.
Los factores naturales para proyectar una explotación de cultivos bajo riego, son aquellos factores que dependen de las variables ambientales y del suelo; y, que sin ellas no se puede llevar a efecto la planificación deseada.
Estos factores son:
 Necesidades hídricas de los cultivos o uso consuntivo;
 Cantidad o lámina máxima de agua retenida por el suelo, de acuerdo con la profundidad radicular; y,
 Velocidad de infiltración básica del agua en el suelo.
Factores prácticos del riego.
Los factores prácticos que se consideran en la proyección del plan de explotación de cultivos bajo riego, son:
 Caudal ficticio continuo máximo mensual;
 Lámina máxima y dosis máxima de agua retenida o almacenada en el perfil del suelo;
 Lámina práctica y dosis práctica de agua para el riego;
 Número y frecuencia de riego;
 Lámina real y dosis real de agua para el riego;
 Frecuencia de los riegos;
 Módulo o caudal del sistema de riego;
 Selección de microaspersores;
 Tiempo de aplicación de la lámina máxima de agua;
 Número de microaspersores a funcionar (según el tipo de sistema); y, Descripción del trazo del sistema de riego.

8. Calculos hidraulicos del sistema de riego por Microaspersion.
 Determinación de la pérdida de carga por fricción en la tubería lateral critica.
 Determinación de las pérdidas de carga por fricción en las tuberías secundaria y principal.
 Determinación de las pérdidas de carga por fricción en los elementos localizados
 Determinación de las pérdidas de carga total
 Determinación de la potencia requerida por el equipo de bombeo
Componentes principales de una unidad de bombeo.
Según www.agrosystems.cl. Chile. Riego (2003), los componentes principales de una unidad de bombeo son:
 Succión. Está compuesta por la tubería que conecta a la motobomba con la fuente de agua. En éste se encuentran los siguientes elementos:
 Succionador.- Corresponde al extremo de la tubería dentro del agua. Normalmente lo conforma una canastilla que evita el ingreso de partículas sólidas que pueden dañar la bomba.
 La Válvula de Pié.-La válvula que impide que el agua vuelva hacia atrás cuando la motobomba está detenida.
 Unión Americana.- Permite separar el sistema de succión para reparación o inspección de su funcionamiento.
Calculo de presiones.
Altura dinamica total.- La presión total de trabajo de la bomba corresponde a la altura dinámica total o carga manométrica a la que tiene que levantar el caudal de agua requerido. La altura dinámica total (alturas parciales y pérdidas de carga que se producen en el sistema), está compuesta por:
Altura estatica total.- corresponde a la diferencia de cota entre el nivel de abastecimiento de agua y el nivel del agua en el punto de descarga (altura de elevación + altura de succión).

9. Perdida de carga.- Corresponde a la presión necesaria para vencer las fuerzas de roce que se generan en las tuberías y elementos localizados por circulación del agua. Se subdivide en: Pérdidas de carga por fricción y pérdidas de cargas localizadas o menores.
Pérdidas de carga por fricción.- Corresponde a la presión necesaria para vencer las fuerzas de roce que se generan en las tuberías por la circulación del agua.
Pérdidas de cargas localizadas o menores.- Corresponden a la presión necesaria para vencer las fuerzas de roce que se generan en los accesorios, filtros, válvulas, codos, etc.
Presion de trabajo o de descarga.- Corresponde a la presión necesaria para que el emisor (gotero, micro aspersor o cinta de riego) funcione descargando el caudal para el cual fue diseñado (caudal nominal). Para el caso de los goteros auto compensado, esta presión es de 10m.c.a, en tanto que los microaspersores requieren presiones mayores a 15m.c.a; y, al utilizar cintas de riego, la presión no debe sobrepasar los 7 m.c.a.
La altura dinámica total (hdt), es el reflejo del dimensionamiento realizado de la red de tuberías del sistema, por lo cual tiene un alto grado de importancia para el éxito de éste.
La presión que debe proporcionar una bomba de riego (h) para elevar un cierto caudal será la sumatoria de las presiones parciales que requiera el sistema.
h = hf + hm + he + hop
En la que:
h : Es la altura total de bombeo, en metro
hf : Es la pérdida de carga por fricción en las tuberías, en metro.
hm : Es la perdida de carga en los elementos localizados o menores, en metro.
he : Diferencia de cota entre la fuente y el punto de entrega del agua, en m.
hop ; Presión de operación requerida por el gotero, micro aspersor o cintas de riego, en m.

10. Características del árbol
El cacao pertenece a la familia de las Esterculiáceas y su nombre botánico es Theobroma Cacao L. La planta de cacao es de tamaño mediano, aunque puede alcanzar alturas hasta de 20m cuando crece libremente bajo sombra intensa. Por lo general el cacao proveniente de semilla tiene su primer molinillo u horqueta entre los 80 y los 120cm. En ese punto nace un piso con tres a seis ramas principales que forman el árbol. Las flores y sus frutos se producen en cojines sobre el tejido maduro mayor de un año del tronco y alrededor de las ramas, en los sitios donde antes hubo hojas.
Morfología y taxonomía
Familia: Esterculiáceas.
Especie: Theobroma cacao L.
Origen: Trópicos húmedos de América, noroeste de América del Sur, zona amazónica.
Planta: Árbol de tamaño mediano (5-8m) aunque puede alcanzar alturas de hasta 20m cuando crece libremente bajo sombra intensa. Su corona es densa, redondeada y con un diámetro de 7 a 9m. Tronco recto que se puede desarrollar en formas muy variadas, según las condiciones ambientales.
Sistema radicular: Raíz principal pivotante y tiene muchas secundarias, la mayoría de las cuales se encuentran en los primeros 30cm de suelo.
Hojas: Simples, enteras y de color verde bastante variable (color café claro, morado o rojizo, verde pálido) y de pecíolo corto.
Flores: Son pequeñas y se producen, al igual que los frutos, en racimos pequeños sobre el tejido maduro mayor de un año del tronco y de las ramas, alrededor en los sitios donde antes hubo hojas. Las flores son pequeñas, se abren durante las tardes y pueden ser fecundadas durante todo el día siguiente. El cáliz es de color rosa con segmentos puntiagudos; la corola es de color blancuzco, amarillo o rosa. Los pétalos son largos. La polinización es entomófila destacando una mosquita del género Forcipomya.

11. Fruto: De tamaño, color y formas variables, pero generalmente tienen forma de baya, de 30cm de largo y 10cm de diámetro, siendo lisos o acostillados, de forma elíptica y de color rojo, amarillo, morado o café. La pared del fruto es gruesa, dura o suave y de consistencia como de cuero. Los frutos se dividen interiormente en cinco celdas. La pulpa es blanca, rosada o café, de sabor ácido a dulce y aromática. El contenido de semillas por baya es de 20 a 40 y son planas o redondeadas, de color blanco, café o morado, de sabor dulce o amargo.
Exigencias en clima y suelo
Exigencias en clima.
Los factores climáticos críticos para el desarrollo del cacao son la temperatura y la lluvia. A estos se le unen el viento y la luz o radiación solar. El cacao es una planta que se desarrolla bajo sombra. La humedad relativa también es importante ya que puede contribuir a la propagación de algunas enfermedades del fruto. Estas exigencias climáticas han hecho que el cultivo de cacao se concentre en las tierras bajas tropicales.
Temperatura.
El cacao no soporta temperaturas bajas, siendo su límite medio anual de temperatura los 21ºC ya que es difícil cultivar cacao satisfactoriamente con una temperatura más baja. Las temperaturas extremas muy altas pueden provocar alteraciones fisiológicas en el árbol por lo que es un cultivo que debe estar bajo sombra para que los rayos solares no incidan directamente y se incremente la temperatura.
La temperatura determina la formación de flores. Cuando ésta es menor de 21 ºC la floración es menor que a 25 ºC, donde la floración es normal y abundante. Esto provoca que en determinadas zonas la producción de mazorcas sea estacional y durante algunas semanas no haya cosecha, cuando las temperaturas sean inferiores a 22 ºC.
Agua.
www.miliarium.com. 2004, Informa, que el cacao es una planta sensible a la escasez de agua pero también al encharcamiento por lo que se precisarán de suelos provistos de un buen drenaje.

12. Un anegamiento o estancamiento puede provocar la asfixia de las raíces y su muerte en muy poco tiempo.
Las necesidades de agua oscilan entre 1500 y 2500mm en las zonas bajas más cálidas y entre 1200 y 1500mm en las zonas más frescas o los valles altos.
Viento.
Vientos continuos pueden provocar un desecamiento, muerte y caída de las hojas. Por ello en las zonas costeras es preciso el empleo de cortavientos para que el cacao no sufra daños. Los cortavientos suelen estar formados por distintas especies arbóreas (frutales o madereras) que se disponen alrededor de los árboles de cacao.
Sombreamiento.
El cacao es un cultivo típicamente umbrófilo. El objetivo del sombreamiento al inicio de la plantación es reducir la cantidad de radiación que llega al cultivo para reducir la actividad de la planta y proteger al cultivo de los vientos que la puedan perjudicar. Cuando el cultivo se halla establecido se podrá reducir el porcentaje de sombreo hasta un 25 o 30 %. La luminosidad deberá estar comprendida más o menos al 50 % durante los primeros 4 años de vida de las plantas, para que estas alcancen un buen desarrollo y limiten el crecimiento de las malas hierbas.
Exigencias en suelo.
El cacao requiere suelos muy ricos en materia orgánica, profundos, franco arcillosos, con buen drenaje y topografía regular. El factor limitante del suelo en el desarrollo del cacao es la delgada capa húmica. Esta capa se degrada muy rápidamente cuando la superficie del suelo queda expuesta al sol, al viento y a la lluvia directa. Por ello es común el empleo de plantas leguminosas auxiliares que proporcionen la sombra necesaria y sean una fuente constante de sustancias nitrogenadas para el cultivo.
Las plantaciones están localizadas en suelos que varían desde arcillas pesadas muy erosionadas hasta arenas volcánicas recién formadas y limos, con pH que oscilan entre 4,0 y 7,0. Se puede decir que el cacao es una planta que prospera en una amplia diversidad de tipos de suelo.

13. Marco de plantación
Las variedades de cacao dulce se plantan de 3,5 a 4,5m de distancia. Las variedades de cacao amargo y los híbridos, al ser más vigorosos, generalmente se plantan a una distancia de 5 a 6m. La tendencia actual de las nuevas plantaciones es colocar todas las variedades a intervalos de 3,50 hasta 3,75m.
Los marcos seguidos normalmente son cuadrangulares de 3,6 x 3,6m, aunque existen sistemas rectangulares, triangulares y hexagonales o en contorno. Se recomienda colocar las plantas a la mitad de las separaciones normales para luego realizar un aclareo gradual de la plantación en función de la producción buscada y de las marras que puedan aparecer. Las marras se pueden sustituir por injertos de parentesco selecto.
Riego
Al tratarse de zonas tropicales y con elevada pluviometría el aporte de agua procedente de la lluvia es suficiente para satisfacer las demandas hídricas del cultivo. Como se ha explicado anteriormente, en zonas donde exista exceso de agua es preciso una evacuación adecuada de la misma para evitar el anegamiento del cultivo. En zonas de menor pluviometría se utilizarán los porcentajes de sombreo adecuados para evitar una pérdida excesiva de humedad en el suelo.
Diseño del sistema de riego por microaspersión
Para diseñar y calcular el sistema de riego por aspersión, se hace necesario contar con el cálculo de la lámina y dosis máxima de agua almacenada en el suelo
Calculo de la lámina y dosis máxima de agua almacenada en el suelo.
Se consideró que la profundidad de enraizamiento del cacao0.40 m; para calcular la cantidad de agua retenida en el perfil del suelo a esta profundidad y de acuerdo con las condiciones físicas del suelo (arenoso franco). Los datos técnicos son.
 Densidad aparente Da = 1.30
 Capacidad de campo Cc = 30 %
 Punto de marchitez Pm = 7 %

14.  Profundidad raíces H = 0.40 - 0.70 m
 Fracción de agotamiento (limite productivo) f = 0.35
 Dosis neta Dn = ?
Características y especificaciones técnicas del Microaspersor seleccionado.
De acuerdo con el catálogo del aspersor seleccionado, las características y especificaciones técnicas son.
 Modelo 8995 45 lph.
 Boquilla 0.8 mm.
 Diámetro de alcance 5 metros
 Presión de trabajo 20 PSI
 Requisito de filtrado de acuerdo a la boquilla desde 70 a 40 mesh
 Boquilla estándar purpura

15. Conclusiones
El terreno donde se implantará el cultivo de cacao tiene un de suelo arenoso franco arenoso que da facilidades para un drenaje de acuerdo a las condiciones climáticas.
El riego se lo aplicara con 1,600 microaspersores Rain Bird Modelo 8995 45 lph, con una frecuencia de 1 días.
El predio sembrado tiene una área de 40,000 m2 o 4 Ha. y se le aplicará una dosis de 131.67 litros/planta/dia.
La operación del sistema de riego lo puede manejar una sola persona, ahorrando mano de obra y tiempo.
Se deben realizar análisis de suelo químico para evaluar el comportamiento del suelo, para mantener la fertilidad del mismo

16. Bibliografía
Armoni, Shlomo.(1989), Riego por microaspersión, 1ª edición, España
Berlín, Johan, D.(1988), El riego y drenaje, editorial trillas, México, pp. 13−14
Bautista. M. J. A. (1997). Respondiendo a la escasez de agua de riego. Cambio lnstitucionaly Mercado de agua. Estudio de un caso en las islas canarias. Revista. Economía Agraria. pp 167 197.
Burt, Ch. (1995). The surface irrigation manual. a comprehensive guide to design and operation of surface lrrigation systems. Waterman industries publication. pp. 311
Castañon, Guillermo. (2000). Ingenieria del riego. Utilizacion racional del agua. ed. paraninfo, p 69. España
Ducrocq, Michel (1990). Sistema de irrigacion. Ed. CEAC. sa, p, 59. Perú
Yaüe, José Luís (2002). Manual practico sobre utilizacion de suelo y fertilizantes. Ed. Mundi- prensa, pp. 61. España.
Pacheco Segui, Juan. et al. (1995). Riego y drenaje. Editorial Pueblo y Educación. p. 224. La Habana – Cuba.
www.infoagro,com/herbaceos/industriales/cacao. Morfología y taxonomía.
www.miliarium.com. Métodos de riego. Microaspersión.
www.agrosystems.cl. Chile.riego. Manual de bolsillo.