Tecnologías disponibles para la realización del riego mecanizado en Cuba (Parte II)

Riego con
máquinas de pivote central y su uso

El riego con pivote central es una opción popular
para muchos productores debido a su capacidad de regar grandes
áreas, la facilidad de uso y grado de
automatización (King & Bjorneberg, 2007).

En Cuba se ha incrementado el uso de las máquinas
de pivote central en los cultivos más exigentes a un
adecuado suministro de agua, por ejemplo en el cultivo de la
papa, el 80 % de las áreas (alrededor de 12 000 ha)
cultivadas en la campaña 2003-2004 fueron regadas con
estos sistemas. En los últimos años se han ido
reemplazando los pivotes de accionamiento hidráulico por
eléctricos en un proyecto nacional por electrificar los
sistemas de riego e incrementar el ahorro de combustible y
mejorar la eficiencia de aplicación del agua (
Rodés y Alemán, 2005).

Los pivotes eléctricos son más usados
porque permiten la fácil regulación de la velocidad
en el sentido de avance o retroceso y de desplazar la
máquina en seco sin necesidad de regar Tarjuelo
(2005).

Máquinas de pivote central. Ventajas
y desventajas.

Uribe et al (2001) plantean que el alto grado de
automatización, generado por el avance tecnológico
de los pivotes centrales en el último tiempo, ha permitido
desarrollar sistemas que controlen el funcionamiento total del
equipo en forma completa desde un panel central de control o a
través de acceso a distancia.

Keller and Bliesner (1990) y Uribe et al (2001) citan
que las principales ventajas del equipo, vienen dadas del sistema
de riego por aspersión, que se complementan, con las
características propias del sistema con pivote
central.

Ventajas:

• Debido a que la dosis de riego es únicamente
  función de la velocidad de desplazamiento de la
  máquina, puede adaptarse tanto a dosis grandes como
  pequeñas.

• El poder modificar la pluviometría permite al
  sistema adaptarse a distintos tipos de suelos.

• Después de completar un riego el sistema
  queda en posición para comenzar el próximo
  riego.

• El sistema permite realizar riegos de alta
  uniformidad.

• No necesita nivelaciones, adaptándose a
  topografías onduladas. Esto permite conservar la
  fertilidad natural del suelo.

• Se simplifica la entrega de agua al usar el pivote
  como un punto estacionario

• Evita la construcción de acequias y canales,
  aumentando la superficie útil.

• Puede conseguir altos grados de
  automatización, con el consiguiente ahorro de mano de
  obra.

• El funcionamiento y la alineación son
  controlados desde un punto fijo en el pivote

• Posee un bajo costo por hectárea.

• Bajos costos de operación.

• El sistema trabaja a bajas presiones permitiendo
  menores requerimientos de energía.

• Permite una rotación de cultivos, con la
  condición de que el dimensionamiento se realice para
  el cultivo más exigente.

• Permite la aplicación de químicos
  junto con el agua de riego.

Uribe et al (2001) y otros autores como Allen et al,
(2000) destacan las siguientes desventajas presentadas por los
sistemas de riego con pivote central:

Desventajas:

• Alta inversión inicial.

• Requiere de un servicio técnico
  especializado.

• Se necesitan adaptar la infraestructura para su
  funcionamiento (mover cercos, realizar nuevos trazados de
  líneas eléctricas, eliminar árboles,
  modificar caminos, etc).

• Dejan un 20 % del área fuera del
  círculo sin riego, a menos que se utilicen equipos
  para regar las esquinas que resultan muy costosos y
  complejos.

• Para un buen manejo del riego y la presencia de
  varios cultivos bajo el pivote, el sistema obliga a cultivar
  en sectores circulares.

• La uniformidad de riego se ve afectada por la
  influencia de fuertes vientos.

• Requiere de sistemas de decantación y
  filtraje cuando se presentan problemas con la calidad del
  agua.

• La presión de operación del lateral se
  puede modificar significativamente con la pendiente del
  terreno, lo cual da lugar a variaciones en la descarga a
  menos que se usen reguladores de presión.

En general los sistemas de pivote central no se
recomiendan para superficies inferiores a 30 ha o de formas muy
irregulares, pero la decisión final del sistema debe
realizarse después de analizar económicamente los
beneficios y costos del proyecto.

Diseño de las máquinas de
pivote central.

Es necesario tener en cuenta un grupo de elementos de
análisis en el diseño óptimo de una
máquina de riego de pivote central, como: la
energía, la dosis de riego, la uniformidad de
aplicación, la intensidad de aplicación
instantánea y la eficiencia de aplicación (Bralts
et al., 1994).

En Cuba se diseñan las máquinas
según proyectos, realizados por la entidad capacitada, a
solicitud de los regadores. Los antiguos modelos
hidráulicos según Pérez (2003) se realizaban
a partir de proyectos típicos que estaban anexos con la
documentación de las máquinas Fregat.

Tarjuelo (2005), plantea el diseño calculando el
caudal inicial por la siguiente expresión:

Donde:

ETc es la evapotranspiración del cultivo
mm/día.

A el área del sistema en ha.

Ea es la eficiencia de
aplicación.

Tr el tiempo de riego diario en
horas.

Las máquinas deben ser diseñadas
adecuándolas a cada sitio, y la información
colectada debe incluir caracterización de suelos
(física y química), infiltración,
disponibilidad de agua (cantidad y calidad), microclima,
requerimientos de agua del cultivo u otra (Uribe et al.,
2001). Por su parte Keller y Bliesner (1990) proponen aumentar
las necesidades netas del periodo punta para tener en cuenta la
alta frecuencia de riego, las pérdidas por
evaporación y arrastre por efecto del viento, y para un
intervalo de 4 días, propone el coeficiente kf=
1.03.

Núñez (1995), realizó un estudio
donde fundamenta el diseño de las máquinas en las
propiedades hidrofísicas del suelo y determina la
velocidad mínima para que no haya encharcamiento, a partir
de ecuaciones de infiltración de los suelos.

Uno de los elementos que deciden en la obtención
de una uniformidad del riego elevada, es la colocación
adecuada de los emisores o boquillas. Para ello, González
y Navarro (1997) diseñaron un software llamado Pivote que
brinda la distribución de boquillas.

Según Pérez (2003), la formulación
de Tarjuelo (1999, 2005), para el cálculo del gasto a la
entrada, es una aproximación más precisa en los
elementos agronómicos y de explotación relacionados
con los pivotes, pero no tiene en cuenta la velocidad de
infiltración.

Un elemento importante en el diseño es el
hidromódulo que define Aidarov et al., (1985),
como el gasto específico, relativo a una hectárea
promedio de la rotación de cultivos, se expresa en
L.s.ha-1, considera que es el índice
técnico-económico más importante del sistema
de riego. Por su parte Uribe et al (2001), recomiendan
que debe ser determinada en base al cultivo, clima, suelo y
varía desde 0.6 a 1.6 L.s.ha-1 y el promedio 1 L.s.ha-1,
más adelante el mismo autor plantea que los aspersores
finales cubren grandes diámetros, aun en sistemas de alta
velocidad de rotación, para no exceder las tazas de
infiltración del suelo.

González et al. (2003), recomendó
diseños con el programa Pivote, partiendo
del criterio de un hidromódulo fijo de 1,2 L.s.ha-1, si
bien no estaba mal considerar este valor fijo para los pivotes en
Cuba, si es importante el análisis haciendo el
cálculo partiendo de la determinación del gasto del
sistema por Tarjuelo (2005), para determinar el
hidromódulo por la expresión:

Aidarov et al., (1985), plantea el
cálculo del gasto del sistema considerando la
rotación de cultivo, por tanto el área, como
área en rotación, en la fórmula multiplicada
por el coeficiente de rotación, se determina
por:

Según Aidarov et al., (1985), el gasto del
sistema se calcularía en áreas con rotación
de cultivo como:

Donde:

Mb es norma bruta, o dosis bruta
(m3/ha).

Arot es el área de rotación o total del
área de la unidad.

T intervalo de riego en días.

t el tiempo de riego diario en
horas.

Operación
de las máquinas de pivote central

Todo movimiento es controlado por el armario o pizarra
en su panel de control, ubicado en el pivote, este panel puede
ser de 3 diferentes grados de automatización, desde
control satelital hasta control manual para las operaciones
fundamentales. En la pizarra se controlan:

• La velocidad de desplazamiento y el sentido de
  avance.

• El arranque y realineación mediante un
  interruptor manual que elimina momentáneamente el
  sistema de seguridad y sirve para realinear la
  máquina.

• La parada en una posición y el conmutador
  sectorial que permiten regar un sector circular.

• El funcionamiento coordinado de bomba y pivote de
  forma automática, o el arranque desde la
  estación de bombeo.

De todos los automatismos que controla el panel, es muy
importante el mecanismo de alineación, que produce el
arranque o parada de cada torre, según el dispositivo. El
mecanismo mantiene el lateral alineado, y lo consigue acelerando
o reduciendo el movimiento de las torres. Existe además un
mecanismo de seguridad que detiene completamente el
funcionamiento de la máquina cuando se desalinea en
demasía, para evitar los daños (Cartas Tecnologicas
de las Máquinas de Riego, 2005).

Según Allen, et al., (2000) las
máquinas de pivote central eléctricas alcanzan una
velocidad instantánea de recorrido similar en todas las
torres. Se activan una fracción de tiempo hasta que la
siguiente entra en movimiento, por ello el tiempo de
funcionamiento de las torres intermedias dependen de la distancia
recorrida por la última torre.

Uniformidad de
aplicación

En Cuba el estudio de la uniformidad de
aplicación obtenido por Alemán (1996), ha sufrido
variaciones con la introducción de nuevas máquinas
y más modernos emisores, adaptados a las cambiantes
condiciones de los vientos y el clima, de ahí la
importancia de seguir estudiando la uniformidad de
aplicación para la obtención de datos aún
más exactos acerca de la dosis real a aplicar.

Según Montero et al. (1997), el primer
factor que influye en la uniformidad de los pivotes es el
correcto diseño y el adecuado mantenimiento de los
emisores, sin encontrar diferencias significativas respecto al
tamaño del equipo, la velocidad del viento, la
presión de funcionamiento de los emisores o la
utilización de difusores o de aspersores de
impacto.

Es de destacar que Heineman y Frizzone (1995) y Tarjuelo
(1999), coinciden en la importancia de lograr elevados
coeficientes de uniformidad, pues se produce el mismo efecto en
la producción. Plantean uniformidades entre 82 y 88 % para
cultivos extensivos, y profundidad radical media, para frutales y
forrajes entre 70 y 80 %.

Para evaluar la uniformidad de los sistemas de pivote
central es necesario tener en cuenta la importancia de la muestra
que se recoge en los pluviómetros, a medida que se acercan
al extremo de la máquina no tienen el mismo peso dentro de
la muestra en la pluviometría.

La uniformidad de la distribución obtenida a
partir de los datos de campo, de los volúmenes almacenados
en los pluviómetros, nos sirve para determinar la
lámina o altura de agua infiltrada en el área de
estudio.

La uniformidad de distribución del cuarto
más bajo (UDes definida por (Keller y Bliesner, 1990) de la
siguiente forma:

El coeficiente de uniformidad de Heerman y Hein (1968),
es una modificación del coeficiente de uniformidad de
Christiansen, ya que, por las características de trabajo
de la máquina, cada colector representa un área
diferente. Por tanto su valor incide en mayor ó menor
medida en la calidad de riego de la máquina.

El coeficiente de uniformidad de Variación (CUv)
de Bremond y Molle (1995), es un parámetro que incluye el
coeficiente de variación dentro del CUh. Por tanto es un
indicador más sensible a la distribución de la
lámina de riego.

Donde:

CUh – es el coeficiente de uniformidad de Heerman y Hein
en %.

CUv – es el coeficiente de uniformidad de
variación en %.

n – es el número de colectores usados en el
análisis de los datos.

Ci – Valor recogido por cada colector.

Di – Es la distancia en que se encuentra el colector del
pivote o el área que este representa dentro del
área total de la máquina

i – número asignado para designar un colector en
particular, normalmente comienza por el colector más
próximo al pivote (i = 1) y terminando con i = n para el
colector más alejado del pivote.

Vi o Li- el volumen (o alternativamente la masa o la
profundidad) del agua recogida en el colector i.

Si – es la distancia del colector i. al punto de
pivote.

Mc – es el volumen promedio medido (masa o profundidad)
del agua recogida. Se calcula como:

Otros parámetros son la Altura media recogida
(AMR), Área regada adecuadamente (ARA), Área regada
excesivamente (ARE) y el Área regada insuficientemente
(ARI), utilizados por (Montero et al 1997).

La AMR = V

Definido ese parámetro

0,85 (AMR) = ARA = 1,15(AMR)

1,15 (AMR) < ARE

0,85 (AMR) < ARI

Por tanto ARE+ARA+ARI =100 %

En el cálculo de ARA, ARE y el ARI se
partió del criterio que una lectura es representativa de
un área en forma de anillo, delimitada por sus dos
lecturas vecinas, y que esta área aumenta en la medida que
su distancia al pivote es mayor.

Diferentes velocidades de avance de las
máquinas de pivote central.

Según Placeres (2011), el proceso de
sustitución de las máquinas de accionamiento
hidráulico marca Fregat con velocidad 53,7 m.h-1, por las
de accionamiento eléctrico, generó la
introducción de velocidades de avances que aumentaron con
la modernización y las nuevas exigencias surgidas del
diseño, esto dio origen a lo que se observa en la Tabla 1.
El diseño de los pivotes eléctricos comenzó
con una velocidad de 129.6 m.horas-1 que sucesivamente fue en
aumento.

Tabla 1. Velocidades por marcas de
máquinas de pivote adquiridas en Cuba

Fuente: Cartas Tecnológicas
de las máquinas de riego (2005)

Dicho autor plantea que la tendencia al aumento de la
velocidad se manifestó desde un inicio de forma moderada,
el rango de velocidad osciló entre (2,16-2,40 m.min-1)
velocidad aceptable para suelos medios, nuevas exigencias en el
diseño generaron un rápido incremento de las
velocidades por marcas, en el rango de (3,13-5,04 m.min-1) donde,
según TUSA (2009), cuando se emplea la alta velocidad, se
recomienda utilizar motores de la mitad más uno de los
tramos situados en la parte más extrema de la
máquina con motores de alta velocidad, y desde la primera
unidad motriz que hace el número igual a la mitad menos
uno de los tramos de velocidad estándar, de esta forma
están diseñadas las máquinas en ese segundo
grupo.

En la Figura 7, se puede mostrar el aumento de estas
velocidades, mediante una línea de tendencia.

Figura 7. Tendencia al aumento de
las velocidades de avance en la última torre por marcas de
máquinas introducidas cronológicamente en el
país

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Autor:

MSc. Jeny Pérez
Petitón,

MSc. Ezequiel Jimenez

MSc. Geisy Hernández
Cuello.

Centro de Mecanización Agropecuaria.
Facultad Ciencias Técnicas. Universidad Agraria de la
Habana.