Dispositivos para fertirrigaciónen sistemas de riego localizado

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En el presente artículo se realiza una exposicióndescriptiva de los dispositivos de fertirrigaciónactualmente en uso, sus campos de aplicación, suscaracterísticas particulares, su automatización y suposible evolución.

• laime Arviza Valverde. Doctor Ingeniero Agrónomo.Dpto. Ingeniería Rural y Agroalimentaria.(Universidad Politécnica de Valencia).

a necesidad de racionalizar los recursos hídricos,cada vez más esquilmados, ha Ilevado a introducirnuevas tecnologías de riego que permitan un mayorcontrol sobre el agua aplicada, y portanto la posibili-dad de obtener mayores eficiencias reduciendo lasdotaciones totales empleadas. EI riego localizado apresión se manifiesta como la solución idónea para

una gran variedad de cultivos, suelos y situaciones, tratándose en laactualidad de la solución que permite obtener mayores eficienciasde aplicación, mayor control y por tanto un ajuste exhaustivo de lasdotaciones hídricas aportadas.

EI riego localizado se caracteriza, entre otras cuestiones por per-

3

A red

general

de rie^o

-Unos depósitos para la solución de los abonos o para su almacena-miento(^.^^)y(:').

Un sistema de agitación para facilitar la solución de abonos sólidos me-diante sistemas mecánicos O o neurnáticos soplantes (^^).

Elementos de filtración O para impedlr el paso de precipitados o partí-culas no disueltas a la red de riego.

- EI dispositivo de inyección de abonos propiamente dicho ('^).

Dispositivos de maniobra (^s), control (^) y protección (:).

Dispositivos de automatización del funcionamiento de la instalación.

Ilustración 1. Esquema de sistema de fertirrigación.

f.^ . r' ^ ^• ^r

mitir aportar nutrii=ntes y productos químicos a través del agua deriego. Esta característica da lugar a la técnica conocida como ferti-rrigación. Paralelamente a la implantación de los sistemas de riegolocalizado, en los últimos años el mayor desarrollo tecnológico haido orientado a mejorar los sistemas de fertirrigación, automatiza-ción y gestión de las instalaciones, Ilegándose el caso de que en de-terminados cultivos la fertirrigación no es una característica com-plementaria que presenta el riego, sino que ésta adquiere verdade-ro protagonismo en el funcionamiento de la instalación, condicio-nando el riego al aporte de fertilizantes.

En el presente artículo se pretende realizar una exposición des-criptiva de los dispositivos de fertirrigación actualmente en uso, sucampo de aplicación, características particulares, automatización yposible evolución.

EI sistema de fertirrigación en un riego localizado se representaesquemáticamente en la ilustración 1.

Los dispositivos de inyección se pueden dividir en tres grupos:1. Tanque fertilizante2. I nyector ti po veritu ri3. Bombas dosificadoras de accionamiento hidráulico o eléctrico

Tanque fertilizante

Consiste en un depósito,normalmente de forma cilín-drica, metálico o dE^ poliésterreforzado con fibra de vidrio,resistente a presiones inter-nas, que se conecta a la redde riego en paralelo ( Ilustra-ción 2). EI depósito tienedos conexiones (una de en-trada y otra de salida), nor-malmente con tomas rápi-das y una tapa para la intro-ducción de la soluc;ión fertili-zante a la red.

^:,^^^^^:,. ^^^^r^sfr^^,,

Solucion

fcrtilitanlr

Ilustración 2. Tanque fertillzante.

Es necesario crear una diferencia de presión entre la derivaciónde entrada y salida (de 1 a 5 metros de columna de agua (m.c.a.))para que se produzca la necesaria derivación de caudal hacia el tan-que.

EI tanque fertilizante es un dispositivo que se usa en fertirriga-

ción, cuando la superficie regable es muy discreta y se requiere mo-

vilidad del mismo. (Ejemplo: Un mismo usuario con varias parcelas

en riego localizado con una superficie muy pequeña y distante entre

SI).

A diferencia del resto de dispositivos, la utilización del tanque im-plica que la concentración de solución fertilizante inyectada en lared decrece de manera continua a lo largo del tiempo de riego, no re-

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sultando adecuado cuando existen varios sectores de funciona-miento secuencial.

Una mejora del tanque fertilizante consiste en aquel en cuyo in-terior dispone de una bolsa de material elastomérico donde se loca-liza la solución fertilizante. En este caso la presión de entrada delagua obliga a inyectar un caudal de fertilizante a la red, pero a dife-rencia de la situación original con concentración constante.

En la actualidad prácticamente está en desuso. No obstante, nodebe descartarse su aplicación a alguna situación especial.

Inyector tipo veniuri

EI inyector venturi se basa en el principio de funcionamiento delaforador del mismo nombre. AI producirse una reducción gradual,pero importante, del diámetro desde la tobera de entrada hasta lagarganta, se produce a su vez una disminución brusca de la presiónrelativa en la última. Si el caudal que circula por el venturi es tal quela presión relativa en la garganta es negativa, y en la misma se co-necta una conducción a un depósito abierto con la solución fertili-zante, se producirá una succión.

Ilustración 3. Esquema conexión inyector venturi.

En la ilustración 3 se puede apreciar la conexión típica de un in-yectorventuri (5) en by-pass con la conducción principal (1) que a tra-vés de un conducto conectado a su garganta, en cuyo extremoaguas arriba existe un pequeño filtro (6), succiona la solución fertili-zante desde un depósito (7). La válvula de regulación (2) tiene comofunción crear una pérdida de carga tal, que el caudal circulante porel by-pass genere en la garganta una presión negativa suficientepara succionar un determinado caudal de solución fertilizante. Lasválvulas de cierre (3) y(4) únicamente tienen objeto de aislamiento.

EI caudal inyectado por el venturi depende de los siguientes fac-tores:

• Presión aguas arriba del venturi• Caudal derivado por el mismo• Dimensiones de esteDe experiencias realizadas en laboratorio con venturis de dife-

rente diámetro nominal y fabricante se pueden exponer las siguien-tes consideraciones:

- Para que empiece a funcionar correctamente es necesario cre-ar una pérdida de presión mínima de 10 m.c.a. Superior en algunoscasos al 50% de la disponible.

- A mayor presión a la entrada y a igualdad de pérdida de presiónen el venturi el caudal inyectado es menor.

- EI caudal inyectado es bastante sensible a la variación de nivelen el depósito fertilizante.

- La regulación del caudal inyectado resulta en cualquier casosino problemática, difícil.

- Las altas velocidades en la garganta generan fenómenos de ca-vitación en la misma lo que se traduce en una reducción de la vidaútil del mismo.

- La información suministradajunto al dispositivo, en la mayoríade los casos, es escasa cuando no inexistente, y poco fiable.

-Se requiere una presión mínima de 25-30 m.c.a. a la entrada decabezal para garantizar riego y fertirrigación en sistemas que cubransuperficies discretas y con topografía sensiblemente Ilana.

Si bien, el venturi como inyector de productos químicos, presen-ta una serie de limitaciones tal y como se han mencionado, su usoestá muy extendido debido a las siguientes ventajas:

- Es un sistema barato. Entre 3.000 y 20.000 pts. (Coste medio5.000 -10.000 pts.).

- Adecuado para superficies discretas.- Sistema robusto y sin partes mecánicas móviles.- Adecuado para inyección manual de fertilizantes de forma con-

tinua durante el riego.- No requiere ningún tipo de energía exterior para su funciona-

miento.Los inyectores venturis se fabrican con diámetros de 3/4", 1",

1" y 1/2 y 1" y 3/4. En ocasiones se suministran con rotámetro yválvula de estrangulamiento para la regulación del caudal inyectado.Existen modelos simples y dobles formados por dos inyectores dis-puestos en paralelo. Los caudales inyectados varían entre 15 y 300I/h, aproximadamente.

Bombas de inyección

Es el sistema más preciso de los hasta hora expuestos. Lasbombas se pueden clasificar en función del tipo de energía que apor-tan. Las que tienen mayor interés son las de tipo volumétrico y lasrotodinámicas o cinéticas.

Como inyectores de productos químicos, las más generalizadas,son las de tipo volumétrico (aportan energía fundamentalmente enforma de presión. De estas las más comunes son las de desplaza-miento positivo, ya sean de pistón o diafragma.

EI principio de funcionamiento se representa en la ilustración 4.En síntesis, dispone de un cilindro en cuyo interior se desplaza unpistón con movimiento alternativo. La cámara o cilíndro dispone deuna entrada y una salida, ambas con sendas válvulas antiretorno.

EI caudal se puede variar, bien variando el recorrido del elemen-to impulsor-volumen efectivo del cilindro-, o bien variando la velo-cidad del ciclo de ida y vuelta -velocidad del elemento impulsor-.

En algunas ocasiones como se expondrá posteriormente se uti-lizan para la inyección de productos químicos a la red bombas cen-

Ilustración 4. Principio actuación bomba de plstón de simple efecto.

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trífugas, ya sean de arrastre magnético para potencias pequeñas, ode cuerpo y rodetes de acero inoxidables en sistemas de inyeccióncon control automático de conductividad y pH.

EI accionamiento de las bombas puede ser mediante motor eléc-trico, normalmente alimentado por corriente alterna, o mediante ac-cionamiento hidráulico, aprovechando la propia energía de la red deriego.

Las bombas inyectoras de accionamiento eléctrico suelen servolumétricas, de desplazamiento positivo de pistón o diafragma.Dado que los motores eléctricos de accionamiento son, en la mayo-ría de los casos, alimentados por corriente alterna, el procedimien-to más sencillo para regular el caudal inyectado es variar el recorri-do del elemento impulsor o volumen de la cámara. Para ello la ma-yoría disponen de un dispositivo de regulación del mismo, ya seamanual -tornillo micrométrico- o automático.

EI caudal inyectado por una bomba de pistón viene dado por la si-guiente expresión:

Q=^rNR2C

Siendo:Q: Caudal, en I/h.N: Número de ciclos aspiración-impulsión, en horas -1R: Radio del pistón, en dm.C: Carrera del pistón o desplazamiento horizontal, en dm.EI caudal inyectado suele ser preciso, pudiendo regularse la in-

yección entre el 10 y el 100% del caudal máximo. Se fabrican paracaudales desde 50 a varios miles de I/h.

EI inyector de accionamiento eléctrico es el sistema más precisoy el más extendido en instalaciones que cubren superficies de riegode cierta entidad, o cuando se requiere un mínimo grado de preci-sión (viveros, cultivos bajo invernaderos, hidropónicos, etc.). Es elsistema más adecuado cuando se prevé la automatización de la fer-tirrigación y el riego.

A diferencia de otros sistemas, el caudal inyectado a la red nodepende de las condiciones de presión o caudal en ésta, por lo quela inyección es no proporcional. En el apartado de automatización sehará referencia a ciertos dispositivos que permiten una inyecciónproporcional o variable en función de determinados parámetros.

En la ilustración 5 se muestra el esquema típico de conexión ala red de la bomba dosificadora, en el caso más sencillo. Los ele-mentos que la componen se enumeran a continuación:

- Válvula de cierre en el circuito de Ilenado del depósito (_,).- Electroagitador (-^).

iw ^

8

Ñ I

Ilustración 5. Esquema instalación del dosiflcador eléctrico.

-Conducto de pilotaje de válvula hidráulica para productos quí-micos (^ ).

-Válvula hidráulica para productos químicos (<<).- Bomba dosifir.adora (5).- Depósito de solución fertilizante (^T).-Válvula anti-retorno (á).Las bombas inyectoras de accionamiento hidráulico son de des-

plazamiento positivo de membrana o pistón que aprovechan la ener-gía hidráulica de la propia red para su accionamiento. Normalmentese instalan en "by-pass" con la conducción principal, siendo el cau-dal inyectado proporcional a la presión disponible a la entrada. Portanto, variaciones de presión en la red implicarán variaciones en elcaudalinyectado.

Su utilización está bastante extendida, siendo adecuada en ins-talaciones de superficies medias en las que no se dispone de ener-gía eléctrica. Si bien es posible la regulación del caudal, no es tanprecisa como en el caso anterior. Requieren una presión mínima enla red para funcionar correctamente. En la mayoría de los modeloses de alrededor de 2 kg/cm2, si bien existe algún modelo que per-mite trabajar cuando la presión es inferior. Los caudales inyectadosson variables, según modelos y para cada uno, función de la pre-sión. En términos generales éstos varían entre 20 y 300 I/h, exis-tiendo modelos de hasta 3.000 I/h, no usuales en fertirrigación.

A diferencia de los inyectores de accionamiento eléctrico, lavariación del caudal se produce al variar el tiempo de duración del ci-clo entrada-salida en el pistón. Que a su vez depende de la presióna la entrada. A modo orientativo puede determinarse el caudal que in-yecta un determinado dosificador conociendo el número de pulsospor minuto. Algunosfabricantes suminis-tran esta informa-ción, como se reflejaen la ilustración 6.

Una de las cues-tiones primordialesa resolver en el dise-ño de un sistema ciefertirrigación es ladeterminación delcaudal máximo cleinyección de lasequipos, que depen-de de diversos facto-res, siendo determi-nantes los siquien-tes:

CURVA PRESIÓN-CAUDALPARA TIPO "SUCCIÓN" Y "GRAVEDAD"320

280

240

200

á 160

á^ 120

80

401 2 3 4 5 6

Presión en tuUeria (Kg^cm^17 8

Ilustración 6. Curva caudal versus preslón paraInyector hldráulico AMIAD.

- Necesidades hídricas de los cultivos.- Caudal de emisión por planta o unidad de superficie.- Solución adoptada de distribución de emisores.- Textura del suelo.- Necesidades de nutrientes.- Solubilidad de las soluciones nutritivas.- Conductivad del agua de riego.- pH del agua de riego.- Límites de pH y conductividad para el agua de riego.

Automatización de los sistemas de fertirrigación

En los sistemas convencionales la automatización consiste enel arranque y parada de inyectores, apertura y cierre de válvulas hi-dráulicas procedentes de depósitos con soluciones fertilizantes y el

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arranque y parada de dispositivos de agitación controlados median-te un autómata y directamente vinculados al funcionamiento del rie-go. La automatización no solo debe permitir las funciones indicadas,sino que debe poder registrartodas las operaciones, y en el caso dedisponer de contadores volumétricos almacenar información sobreconsumos parciales y totales de agua y de los distintos fertilizantesempleados.

En la actualidad, en cultivos hidropónicos, forzados y orna-mentales se están imponiendo los sistemas automáticos de controlde pH y conductividad. En este caso la configuración de los equiposes más compleja y la automatización pretende el aporte de nutrien-tes y ácidos en unas proporciones preestablecidas manteniendo lascondiciones de pH y conductividad dentro de los márgenes óptimospara el desarrollo.adecuado de los cultivos. Si bien existen distintossistemas, la mayoría utilizan un sistema de recirculación a un depó-sito de mezclas, controlando el pH y la conductividad mediante lascorrespondientes sondas aguas abajo de la inyección de la soluciónfertilizante a la red principal de riego.

Sistemas de control automático de pH yconductividad

Se distinguen dos configuraciones básicas: sistema directo ycon recirculación. EI primero es característico de instalaciones quecubren superficies discretas o en los que los caudales o superficiesde cada sector son muy dispares. EI segundo caso es válido paracualquier tipo de superficie con la única limitación de que los cau-dales por sector de funcionamiento independiente o secuencial de-ben ser similares.

Fotogra^a 1. Equipo compacto de control de pH y conductividad.

Ilustración 7. Esquema del sistema de control automático de pH y conductlvidad.

Los sistemas cle control automático de conductividad y pH con larecirculación, los rnás habitualmente empleados, se componen delos elementos que se representan en ilustración 6. Suelen costar detres o más tipos de abonos (normalmente líquidos) y de la inyecciónde ácido. En el programa de comunicación con el usuario se fijan losvalores de pH y conductividad que se quieren mantener y las pro-porciones de cada tipo de abono. Por ejemplo:

• EI pH deseado se fija en 6,5.• La conductividad deseada se fija en dos dS/cm.• Si existen tres depósitos de abono. Se fijan las siguientes

proporciones:• Abono A: 50%• Abono B: 100%• Abono C: 75%Esto quiere decir que se inyectarán en la mezcla de solución de

abonos, por cada dos partes de A, se inyectarán tres de B y cuatrode C.

Las cantidade:> proporcionales de abono se inyectan a una cubade mezclas mediante la utilización de inyectores venturis o bombasde arrastre electromagnético. Cuando se dispone de éstas últimas(esquema de la ilustración 7) se disponen de tantas columnas decompensación corno depósitos de abonos y ácido existan.

Dependiendo del fabricante, se utilizan venturis, o las ya citadasbombas. EI sisterna descrito corresponde al sistema Nicont. Eneste caso (ilustración 6) en orden a que el caudal inyectado de cadadepósito sea constante, para poder mantener la proporcionalidadestablecida, se disponen de bombas centrífugas de arrastre elec-tromagnético. Estas suministran un caudal de 1200 a 1500 I/h auna altura de 3-4 rn.c.a. AI verter en la citadas columnas (tramo detubería abierta en su extremo superior) si la electroválvula de verti-do al depósito de mezclas está cerrada se produce una recirculaciónal depósito desde el cual se ha tomado, manteniendo una alturaconstante sobre la columna, por lo que el caudal vertido será cons-tante. EI caudal de vertido de cada columna oscila entre 350-600I/h, según los requerimientos de cada instalación, de tal forma quelas soluciones ferl:ilizantes están en permanente recirculación.

En los sistemas con inyectores venturi, ( fotograña 1) el controlde la proporcionalidad es más difícil, debido a que el caudal inyec-tado es función de la altura del abono en el depósito. Como ésta va-ría a lo largo del tiempo de riego, y no con la misma velocidad para

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Fotograña 2. Sistema de medida de conductividad y pH.

cada tipo de abono, los caudales de inyección irán variando. Por lotanto, si se consigue controlar la conductividad pero no se disponede algún dispositivo especial no es posible mantener la proporcio-nalidad obtenida al principio del riego.

Las electroválvulas de vertido al depósito de mezclas son deacción directa, de tal forma que la respuesta de apertura y cierresea instantánea una vez recibida la señal del controlador.

Independientemente de que en un instante dado todas laselectroválvulas estén cerradas desde el depósito de mezclas a lared de riego se produce una continua recirculación. La bomba parala recirculación se selecciona de tal forma que la altura manométri-ca sea algo superior al del bombeo principal (3-6 m.c.a.). Esta sueleser de eje vertical, multicelular y con cuerpo y rodetes de acero ino-xidable para evitar corrosiones por los productos químicos que pa-sarán a su través. EI caudal debe estar comprendido entre el 10 y el20% del caudal de la red de riego. Se ha comprobado que con cau-dales de recirculación inferiores al 10% del total se producen, a ve-ces, precipitaciones de abono.

La medida de conductividad y pH se efectúa aguas abajo del pun-to de inyección a la red de la mezcla de fertilizantes ( fotograña 2). EIcontrolador compara el pH medido con el "consigna" o"deseado".Si el medido es mayor dará señal de apertura de la electroválvula co-rrespondiente a ácido. Dado que la recirculación se produce en untiempo muy pequeño, la respuesta del sistema puede considerarseinmediata. De forma análoga ocurre con la conductividad. La con-ductividad leída por la sonda es comparada con la consigna. Si lamedida es menor, el controlador aumentará el tiempo de aperturade las electroválvulas de los depósitos de abono, en caso contrarioreducirá el tiempo.

Laprecisión tiene un nombre...

Aguirre

CONSTRUCCIONESAGRÍCOLAS AGUIRRE, S L.Ctra. Zaragoza s.n. P.O. Box 11Tels.: 948 70 06 92 - Fax: 948 70 28 5531300-TAFALLA. Navarra. (Spain).

^

AGUIRRE

^

En ocasiones se suele instalar otra sonda de conductividad ala entrada, lo que permite establecer el incremento que se de-sea.

EI sistema directo se diferencia del anterior, en que el depósi-to de mezclas actúa como depósito principal en donde ademásde abonos y ácidos se vierte el agua de riego procedente de lacaptación. Aguas debajo del depósito se sitúa la bomba de im-pulsión con cuerpo y rodetes de acero inoxidable tal y como seilustra en la fot;ografía 3.

Los sistemas de control de pH y conductividad pueden confi-gurarse a mediida de cada instalación o pueden adaptarse a losdiversos equipos compactos disponibles en el mercado.

En este tipo de sistemas el controlador se suele programardesde un ordenador personal, si bien es posible recurrir a cajasestancas con clisplay y teclado alfanumérico.

En estos si.stemas, tan importante como el diseño del siste-ma, selección de equipos hidráulicos, mecánicos y electrónicos,es el desarrollo de un "software" de control robusto y potente,que permita obtener del sistema el máximo rendimiento.

A modo de E:jemplo se presenta en la ilustración 8 una panta-Ila del programa de gestión del sistema Nicont, desarrollado porHermisan S.A. n

ARVIZA, J, et AL 1991. II Curso de Riego Localizado. Universidad Po-litécnica de Valencia. Valencia

Fotografia 3. Bomba de impulsión.

lJ C.J

pHl pH2

cE i cE ^

pH Deseado Sal^ión

cE Deseada EquiL'bri

CADAHIA LOPEZ, C.1998. "Fertirrigación.Cultivos hortícolas y or-namentales". Ed Mundi-Prensa. Madrid.

DOMINGUEZ VIVAN-COS,A. 1993. "Fertirriga-ción". Ed. Mundi_Prensa.Madrid.

LAZARO MARTIN,L. 1997"Filtros". Ediciones deAutor Técnico S.L. Ma-drid.

MONTALVO, T. 1998."Riego Localizado. Dise-ño de instalaciones". Ed.Librería Politécnica. Va-lencia.

PIZARRO,F.1998. "Riegolocalizado de Alta Fre-cuencia". Ed.Mundi Prensa. Madrid

AMIAD. Documentacióntécnico comercial

ARKAL. Documentacióntécnico comercial

I'^iscual ^-1l^os, ^.^,12:51:14:01 - JUEVES I, 15/04/99

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Ilustración 8. Pantalla principal.

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ARVIZA, J. 199E3. Riego Localizado. Servicio Publicaciones UPV. Va-lencia

ARVIZA,J. 1999. Jornadas Técnicas sobre filtrado y fertirrigación.CENTER. Madrid

REGABER. Manual técni-co de tlosificación

REGABER. Documenta-ción técnico comercial.