Año 2018. Número 20 (Julio-Diciembre)
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Calidad del riego por aspersión subfoliar en Theobroma Cacao
L. en la finca San Vicente, Los Ríos, Ecuador
Quality of subfoliar sprinkler irrigation in Theobroma Cacao L. in San Vicente
farm, Los Ríos, Ecuador
Autores: Juan Tandazo Garcés
1
Oscar Caicedo Camposano
2
Carlos Salas Macías
3
Viviana Sánchez Vásquez
4
Dirección para correspondencia: juanjetg@hotmail.com; jtandazo@mag.gob.ec
Recibido: 30-07-2018
Aceptado: 2-11-2018
Resumen
Se realizó la evaluación del manejo de un sistema de riego por aspersión
subfoliar en el cultivo de cacao, en donde el objetivo fue valorar su
comportamiento hidráulico. Se estudiaron tres presiones de trabajo de los
aspersores en cinco módulos del sistema. Los parámetros evaluados fueron:
presiones al inicio y final de los laterales de riego, caudales en esos mismos
sitios, coeficiente de uniformidad de Christiansen, uniformidad de distribución
y área regada adecuadamente. Los resultados indican que existe una variación
de presión y caudal por encima de lo teórico (20% y 10%). Se evidenció que
altos coeficientes de uniformidad no representan la mayor área regada
adecuadamente. Las presiones de trabajo estudiadas en los aspersores
aseguran altos coeficientes de uniformidad del riego, no obstante, si lo que se
desea es alcanzar la mayor área adecuadamente regada se debe operar a
275,79 kPa.
Palabras claves: caudal; uniformidad; presión de trabajo.
1
Estudiante de la Maestría en Ingeniería Agrícola. Instituto de Postgrado. Universidad Técnica de Manabí, Ecuador.
2
Profesor Investigador. Facultad de Ciencias Agropecuarias. Universidad Técnica de Babahoyo. Ecuador. E-mail:
ocamposano@utb.edu.ec
3
Profesor Investigador. Facultad de Ingeniería Agronómica. Universidad Técnica de Manabí. Ecuador. E-mail:
csalas@utm.edu.ec
4
Profesora Investigadora. Facultad de Ciencias Agropecuarias. Universidad Técnica de Babahoyo. Ecuador. E-mail:
viviana.sanchezv_82@hotmail.com
Juan Tandazo Garcés, Oscar Caicedo Camposano, Carlos Salas Macías, Viviana Sánchez Vásquez
2
La Técnica. Publicación semestral. Vicerrectoría Académica. Universidad Técnica de Manabí, ECUADOR
Abstract
The evaluation of the management of a subfoliar sprinkler irrigation system in
the cocoa crop was carried out, where the objective was to evaluate its
hydraulic behavior. Three working pressures of the sprinklers were studied in
five modules of the system. The parameters evaluated were: pressures at the
beginning and end of the irrigation sides flow at those same sites, Christiansen
Uniformity Coefficient, Distribution Uniformity and Adequately Irrigated Area.
The results indicate that there is a variation of pressure and flow above the
theoretical, that is, of 20% and 10%. It was evidenced that high uniformity
coefficients do not represent the largest area irrigated adequately. The work
pressures studied in the sprinklers ensure high coefficients of uniformity of
irrigation, however, if what is desired is to reach the largest area adequately
irrigated, it should be operated at 275.79 kPa.
Keywords: flow; uniformity; pressure head.
Introducción
El método de riego por aspersión se inició por el siglo XX, alrededor de los años
30, con el tiempo el costo de los sistemas de riego por aspersión se redujo
considerablemente gracias a la fabricación de los aspersores, el aligeramiento
del peso de las tuberías de acero, así como la incorporación de acoples rápidos
para la unión de las tuberías. Estas eventualidades provocaron un rápido
ascenso en el uso de este método a escala mundial y en una extensa gama de
cultivos.
En la década de 1950, hubo avances en la tecnología de este método de riego,
fabricación de tuberías de aluminio, el desarrollo de los aspersores, y una
mejora en las estaciones de bombeo, lo que originó una nueva expansión de la
aspersión, posteriormente en la década de 1960, apareció una máquina de
riego autopropulsada llamada “pivote,” caracterizada por su relativo bajo costo,
con una mayor automatización y un mínimo de trabajo en su funcionamiento.
Hasta el día de hoy, los sistemas de riego por aspersión han evolucionado de
manera acelerada, mejorando la eficiencia de aplicación de agua con una
amplia automatización, la cual reduce considerablemente las necesidades de
mano de obra.
Aproximadamente el 10% de la superficie irrigada en el mundo es por
aspersión, siendo esta proporción más elevada en países desarrollados, con
altos costos de mano de obra y bajos costos de energía. Las innovaciones que se
introducen mejoran el desempeño del riego y favorecen la adaptación de la
aspersión a todos los tipos de suelo, de topografía, de cultivos y climas
(Tarjuelo, 2005).
En Ecuador, el comportamiento de las lluvias generalmente tiene la misma
tendencia en todas las provincias de la costa, tal es el caso, que el promedio
mensual de lluvias de enero a abril es de 456,8 mm, mientras de mayo a
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diciembre la media es de 43,8 mm en Los Ríos. Asimismo, este territorio posee
la distribución hidrográfica más rica del Ecuador, la cual es dominada por el río
Babahoyo cuyos principales afluentes son los ríos Caracol, San Pablo, Pueblo
Viejo, Vinces, Zapotal y Yaguachi. Se han censado en su territorio 379 ríos
(Caicedo Camposano, Balmaseda Espinosa, y Proaño Saraguro 2015),
riachuelos y esteros existiendo además la presencia de humedales; por el
comportamiento de las precipitaciones son importantes las inversiones en
sistemas de riego para satisfacer las demandas hídricas del cacao en la
estación seca (Caicedo-Camposano et al. 2016), los cuales deben no solo servir
para irrigar, sino que, dicha labor debe cumplir con los indicadores de calidad
de riego
De acuerdo con el III Censo Nacional Agropecuario, en Ecuador se siembran
243.146 hectáreas de cacao en sistemas de monocultivo y 191.272 hectáreas
de cacao en sistemas asociados. La provincia de Los Ríos es la que tiene mayor
producción de cacao con 58.572 hectáreas seguida por la provincia de Manabí
y Guayas con una superficie sembrada de 52.577 y 51.227 hectáreas
respectivamente (Instituto Nacional de Estadística y Censos 2014), por lo cual
este cultivo demanda de importantes inversiones en infraestructura, esto con el
propósito de mantener una producción estable, de tal manera que sus
rendimientos no disminuyan en estación seca.
En los proyectos de riego por aspersión existe un factor que influye
significativamente en su costo y operación, este es el empleo de métodos
empíricos que realiza el personal técnico de departamentos de ventas de
algunas casas comerciales al momento de calcular: potencia de motor y bomba,
caudales, diámetros de tuberías, pérdidas por fricción y calendarios de riego;
pudiendo de esta manera el sistema de riego del cacaotero llegar a ser deficiente
o sobredimensionado.
En el ámbito de riego la intervención de los ingenieros agrícolas o especialistas
en diseños de sistemas riego es muy escasa, a diferencia de la que se confiere a
algunas casas comerciales, cuyo proceder es muy empírico, lo cual no asegura
que se solicita esté hecho bajo parámetros hidráulicos y agronómicos que
aseguren una eficiente uniformidad de distribución del agua y precautelen así
un excelente funcionamiento de los sistemas de riego desde un punto de vista
económico y de buen uso del agua en la labor de irrigación
La eficiencia del riego por aspersión no significa únicamente una buena
aplicación del agua en los campos agrícolas, sino que también obedece a la
selección adecuada de sus principales componentes que incluyen tuberías,
aspersores y accesorios (Holzapfel et al. 2007).
La elección del aspersor será en función al marco de riego y la pluviometría,
considerando que la pluviometría no debe exceder la velocidad de infiltración
del suelo, ya que, si esto sucede, se provocará encharcamiento o escorrentías.
En otras palabras, si se riega más de lo que el suelo es capaz de infiltrar, el
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movimiento del agua provocaría encharcamientos y hasta erosión hídrica,
ambos perjudiciales en el sistema de producción de cacao (Ramos y Báez 2013).
Los estudios hidráulicos de funcionamiento y calidad del riego en sistemas de
aspersión a partir de la influencia que puede tener la presión de operación
sobre la eficiencia, en términos de uniformidad de riego ha sido analizado por
varios autores en diferentes condiciones de suelo, de clima y de cultivo (Yacoubi
et al. 2012; Faria et al. 2012; MohammadPour zarandi et al. 2012; Zhao et al.
2012; Martins et al. 2013; Tomásik y Jobbágy, 2013; Zhang Lin, G. Merkley, y
K. Pinthong 2013).
El objetivo del trabajo fue evaluar el comportamiento hidráulico del riego por
aspersión subfoliar en una plantación de cacao con el aspersor mayormente
empleado por las casas comerciales y para las presiones de trabajo que
usualmente se emplean en la mayoría de los sistemas de riego de alta presión y
baja frecuencia, para ello se estudiaron los indicadores de calidad del riego
tales como: coeficiente de uniformidad de Christiansen (CUC), uniformidad de
distribución (UD), área adecuadamente regada (ARA) y eficiencia de aplicación
(Ea).
Los estudios de los indicadores de calidad de aplicación del riego por aspersión
en cacao servirán para mejorar con criterio técnico errores que se han vuelto
comunes desde hace tiempo en la entrega de agua para este cultivo a causa de
los procedimientos empíricos aplicados en los proyectos elaborados por muchas
casas comerciales.
Metodología
La evaluación del sistema se realizó en la finca “San Vicente” ubicada en el
cantón Mocache, en las coordenadas UTM 667471, 9860541 del Datum WGS
84, a una altitud de 32 msnm.
La superficie del agroecosistema es de 15 hectáreas, se encuentra cultivada en
su totalidad con cacao. El marco de siembra es de 3,0 m por 3,0 m, con lo cual
da una densidad de 1.111 plantas por hectárea.
El riego se realiza por aspersión subfoliar con un sistema cuyos parámetros
generales son:
Fuente de agua: afluente tipo estero.
Tubería de succión de Ø 150 mm.
Bomba de presión con potencia de 30 kW.
Motor a combustión con potencia de 44 kW.
Tubería de impulsión de Ø 150 mm.
Tubería principal de Ø 150mm, Ø 100 mm.
Tubería secundaria de Ø 60 mm.
Tubería porta aspersores de Ø 25 mm.
Total de aspersores 1.035
Espaciamiento entre aspersores 12 m y entre laterales 14 m.
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Consumo de combustible aproximado de 2,5 l de diésel/hora.
El calendario de riego para el agroecosistema, establece regar a dosis e
intervalos fijos por etapa. Cuando empieza la disminución de las
precipitaciones (estación seca) a inicios de mayo y hasta diciembre se aplica
una lámina de riego de 4 mm diarios.
El sistema opera en siete turnados diarios generalmente, lo que hace que
trabajen entre 128 y 166 aspersores simultáneamente; es decir, que se abren
de una a dos válvulas según el turnado, ya que uno de los sectores de riego
tiene una superficie diferente a los demás.
En la investigación se empleó un diseño completamente aleatorizado, para
evaluar el desempeño hidráulico del sistema de riego a tres presiones que
establecieron los tratamientos, se valoraron cinco repeticiones (Figura 1) que
estuvieron compuestas por 16 aspersores cada una:
I. 201,13 kPa (30 PSI),
II. 268,17 kPa (35 PSI),
III. 275,79 kPa (40 PSI)
El tipo de aspersor utilizado fue SENNINGER 2014
5
con boquilla #9 (9/64) color
gris. La metodología de evaluación fue la propuesta por Merriam & Keller (1978)
Medrado et al. (2004).
Para la comparación de medias entre los tratamientos se utilizó la prueba de
Duncan al 95% de confianza. Las fuentes de variación y los grados de libertad
del análisis de varianza aparecen en la Tabla 1. El procesamiento estadístico se
realizó con el programa estadístico InfoSTAT.
Tabla 1. Parámetros para el análisis de varianza.
Fuentes de Variación
Grados de Libertad
Tratamientos
t-1
2
Error experimental
(rt-1)-(t-1)
12
Total
rt-1
14
Indicadores evaluados:
Caudal descargado por los aspersores.
Diferencia de presión entre el primer y último aspersor de cada módulo.
Coeficiente de uniformidad de Christiansen (CUC).
Coeficiente de uniformidad de distribución (UD).
Área regada adecuadamente (ARA).
Eficiencia de riego (Ea).
Indicadores de calidad del riego
5
La mención de la marca comercial del aspersor, instrumentos o materiales específicos obedece únicamente a
propósitos de identificación, no existiendo compromiso promocional con relación a los mismos por la dirección de la
revista.
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Los indicadores de desempeño para cada tratamiento analizado en esta
evaluación, se establecieron por el modelo matemático propuesto (Medrado et
al., 2004) utilizando la rutina Solver que se activa en la hoja de cálculo de
Excel, que permitió representar diferentes modelos de distribución de agua
utilizando un mayor número de parámetros de ajustes.
Donde:
:
Representa la fracción del área
acumulada
:
Lámina de agua o caudal aplicado
:
Lamina o caudal máximo de agua
aplicado
:
Lamina o caudal mínimo de agua
aplicado
:
Parámetros de ajuste
La variable puede ser explícitamente determinada con la siguiente expresión:
El caudal de los aspersores evaluados se midió dos veces durante la evaluación
para cada tratamiento y repetición. Esos valores se utilizaron en la
determinación del gasto promedio de agua. Con manómetros se midió la
presión a la salida de la bomba, y de los aspersores de los módulos
seleccionados para el ensayo en cada tratamiento.
Resultados
En la Tabla 2 se aprecia que ninguno de los módulos analizados (repeticiones)
cumple las condiciones hidráulicas de diseño de tuberías porta aspersores, las
cuales indican que la variación máxima de presión entre el primer y último
aspersor debe ser ≤ 20%, para que la diferencia en los caudales, en esos
mismos puntos, sea ≤ 10% (Martin, Heermann, & Madison, 2013). Estos
autores proponen esas condiciones para conseguir eficiencias de aplicación
altas con el mínimo diámetro de las tuberías. Lo antes manifestado coincide
con la hipótesis inicial de esta investigación sobre el defectuoso funcionamiento
hidráulico del sistema de riego evaluado, posiblemente provocado por un
excesivo número de aspersores en las tuberías portaaspersores.
Las deficiencias en el funcionamiento hidráulico del sistema de riego se
aprecian al cotejar los caudales observados con los nominales que aparecen en
los catálogos del fabricante para las presiones estudiadas.
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Tabla 2. Variaciones promedio de presiones y caudales en los módulos evaluados.
Módulos
Variación de presiones
(%)
Variación de caudales
(%)
1
24
15
2
24
15
3
21
8
4
21
12
5
22
11
En ninguno de los tres tratamientos las descargas reales superan el 85% del
gasto nominal (Tabla 3). Es de suponer que la causa de esta situación son las
variaciones de presión citadas en el párrafo anterior, lo que se sustenta en que
“un aspersor funciona mejor cuando la presión disponible está dentro de los
límites descritos por el fabricante” (Santos Pereira, de Juan Valero, & Tarjuelo
Martín-Benito, 2010).
En la Tabla 3 se muestran los valores medios de los indicadores recomendados
cuando el propósito del estudio es identificar la calidad del riego de los sistemas
(Tarjuelo, 2005), los cuales fueron medidos en cada tratamiento. El coeficiente
de uniformidad de Christiansen (CUC) alcanzó valores por encima al 96% en
todos los tratamientos, no obstante, existen diferencias significativas entre los
dos primeros y el tercero. Es conveniente indicar que la aplicación de este
coeficiente como criterio para el diseño hidráulico en sistemas de riego por
aspersión subfoliar ha sido puesta en duda, debido a la intersección entre los
tallos y el chorro (caudal) emitido por los aspersores (Boss & Wolters, 1990).
Tabla 3. Indicadores de calidad del riego por tratamiento.
Tratamientos
Caudal
observado
(L. hora
-1
)
Caudal
nominal
(L. hora
-1
)
%
entregado
del
nominal
CUC (%)
UD
25%
(%)
ARA (%)
I
641,65
755,24
85,0
97,95ª
96,76ª
0,4710
b
II
672,57
807,41
83,3
97,55ª
96,46ª
0,4658
b
III
710,70
857,30
82,9
96,57
b
94,30
b
0,5723ª
CV (%)
6,81
0,49
1,30
14,47
En la Tabla 4 se presentan criterios para caracterizar la calidad del riego en
sistemas de aspersión a partir del coeficiente de uniformidad. En concordancia
con esos criterios la calidad del riego es muy buena.
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La uniformidad de distribución para el 25% del área menos regada (UD25%)
tiene la misma propensión que el CUC, sus valores son elevados, hay más de
dos unidades porcentuales entre los tratamientos I y III. La UD25% caracteriza
el sistema de riego y señala el valor tope que puede ser alcanzado por la
eficiencia de aplicación; recordando que esta última está en función del manejo
del riego y las limitaciones establecidas en el sistema (Santos Pereira, de Juan
Valero, y Tarjuelo Martín-Benito, 2010).
De acuerdo con los dos indicadores de calidad estudiados, el funcionamiento
del sistema es bueno, sin embargo, están en contraposición con los valores de
área regada adecuadamente (ARA). En esta variable el tratamiento III es
significativamente diferente a los otros, superándolos en más de 10%. De
manera que, con respecto a la uniformidad en la distribución del riego se puede
asegurar que el sistema funciona apropiadamente, no obstante, puede tratarse
de aplicaciones incorrectas que no cubren el déficit de humedad en el suelo
(Tarjuelo, 2005).
Tabla 4. Clasificación de la calidad del riego en función del coeficiente de uniformidad (adaptado de (SIAR Castilla-
La Mancha, 2003).
CUC (%)
Clasificación
> 90
Muy Buena
85 – 90
Buena
80 – 85
Aceptable
< 85
Inaceptable
El contraste entre los valores de uniformidad de distribución y el ARA pudo
haberse obtenido porque en la práctica de riego por aspersión subfoliar, como
la que se aplica en cultivos tipos arbustivos, se crea un efecto de
apantallamiento del chorro (descarga) del aspersor, que causa una distribución
diferente a cuando se riega sin esos obstáculos (Rodríguez et al., 2007).
Conclusiones
El sistema presenta falencias en su en su diseño que inciden en el
funcionamiento, ya que las variaciones de presión y caudal, superan los límites
permisibles según los fundamentos de la hidráulica de tuberías, por lo que se
impone una revisión de su diseño con el propósito de mejorar su desempeño.
Que un sistema de riego tenga valores de CUC y UD
25%
por encima de 96% y
94% correspondientemente, no asegura que la lámina aplicada este
humedeciendo apropiadamente la profundidad de suelo requerida por el
sistema radicular del cultivo y por tanto esté siendo regada adecuadamente.
Las presiones de trabajo II y III garantizan altos coeficientes de uniformidad del
riego, no obstante, si lo que se desea es alcanzar una mayor área
adecuadamente regada se debe operar el sistema a 275,79 kPa.
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