Study irrigation uniformity, in center pivot machine

Ing., Inv.Esequiel Rolando Jiménez Espinosa¹ ,

E-mail: esequiel@iird.cu , Dr., Investigador titular.Miguel Domínguez González¹, Ing. Inv.Ricardo Pérez Hernández¹, Ing. Inv.Lorenzo Montero San José¹ y MSc. Inv.Reinaldo Cun González¹

1 Instituto de Investigaciones de Riego y Drenaje (IIRD), Ave. Camilo Cienfuegos y Calle 27, Apdo. Postal 6090. Habana , Cuba.

RESUMEN

El trabajo se llevo a cabo en la Unidad de Desarrollo Científico y Técnico en Pulido, Alquìzar en una máquina de pivote central de la firma Otech-Irrimec⁴.  Para el estudio se desarrollaron cuatro ensayos con diferentes variantes para emisores del tipo: Spray Nelson D3000K y Boquilla Difusora IIRD. La metodología para la evaluación fue la propuesta en la norma cubana NC ISO 11545:2005. Fueron determinados los parámetros coeficiente de uniformidad de Heermann y Hein (CU_h), coeficiente de uniformidad de variación de Bremond y Molle (CU_V) y uniformidad de distribución (UD_25%) y su relación gráfica con el área regada adecuadamente (ARA). Los resultados arrojaron que la mejor variante fue: “boquilla difusora IIRD a 1m de altura, sin regulador de presión y con contrapesos” donde se obtienen los mayores valores CU_h, CU_V, UD_25% y ARA con 82,33%, 77,51%, 68,08% y 56% respectivamente. También se estableció la clasificación de la calidad de riego utilizando el porcentaje de área regada adecuadamente, a partir de la obtención del CU_h y de los criterios de Tarjuelo.

ABSTRACT

The work was carried out in the Unit of Scientific and Technician Development in Pulido, Alquìzar in a central pivot machine of the Otech-Irrimec⁴ enterprise. For the study four tests were developed with different variants for emitters of the type: Spray Nelson D3000K and Spray IIRD. The methodology for the evaluation was Cuban standard NC ISO 11545:2005. The parameters Coefficient by uniformity of Heermann and Hein (CU_h), Coefficient of uniformity of variation by Bremond and Molle (CU_V) and distribution Uniformity (UD_25%) were determined and its graphic relationship with the Area Irrigated Appropriately (ARA). The results threw that the best variant was: "spray IIRD at 1m of height, without regulator of pressure and with counterbalances" where the biggest values CU_h, CU_V, UD_25% and ARA with 82,33%, 77,51%, 68,08% and 56% respectively were obtained. The classification of the irrigation quality also settled down using the percentage of Area Irrigated Appropriately, starting from the obtaining of the CU_h and of the approaches of Tarjuelo.

Keywords: Coefficient of uniformity, distribution uniformity, pivot, spray.

INTRODUCCIÓN

Las máquinas de pivote central están entre los sistemas de riego más populares en el mundo. Ellas han hecho fácil y muy eficaz el riego en muchas áreas donde otros métodos de irrigación no son adecuados. Se pueden aplicar riegos más frecuente y cubrir mejor los requerimientos de agua de los cultivos y aumentar al máximo la producción. Durante las últimas tres décadas, las maquinas de pivote central se han perfeccionado mucho. Son mecánicamente muy fiables y simples de operar, aunque, como cualquier maquinaria, el mantenimiento rutinario y sistemático es imprescindible. Estos equipos permiten un notable ahorro de agua y energía al compararse con otras técnicas como la aspersión tradicional y los pivotes de accionamiento hidráulico (González, 2006).

En Cuba la expansión de esta técnica ha permitido estabilizar las grandes producciones de papa, viandas y hortalizas sobre los suelos de mejores condiciones desde el punto de vista agrícola.

Por otra parte, Cárdenas (2000) plantea que la uniformidad de aplicación del riego es un parámetro que está muy relacionado con la eficiencia del riego y con la producción de los cultivos.

Por tanto, se están realizando inversiones importantes en temas de modernización de los sistemas de riego con la introducción de nuevas tecnologías, dentro de estas están incluidos los pivotes. Además existen diferentes firmas extranjeras que proveen estos equipos de tecnología moderna. Recientemente se han instalado en el país pivotes eléctricos de diferentes firmas comerciales que utilizan emisores de baja presión colocados en bajantes de polietileno sobre el follaje de los cultivos.

MATERIALES Y MÉTODOS

El área está ubicada en la Unidad Docente Científico Técnica del Instituto de Investigaciones de Riego y Drenaje, en Pulido, Alquízar. El mismo se referencia con las siguientes coordenadas geográficas: 23^o 46' 59,76” latitud Norte y 82^o 36' 4,59” longitud Oeste, y altura de 8 m sobre el nivel del mar.

La máquina evaluada pertenece a la firma OTECH (Pívot ST168, 2001), donde aparece la nomenclatura y posee una longitud de 206 m y 4 torres. Se realizaron cuatro ensayos de campo, con el objetivo de determinar la uniformidad de riego. La norma utilizada para los ensayos fue la NC ISO 11545: 2005. Dichas pruebas fueron efectuadas con emisores Spray Nelson D3000K y Spray IIRD colocados a 1 m de altura y espaciamiento entre emisores es de 2 m. Las variantes evaluadas fueron las siguientes:

• Evaluación 1 (con Spray Nelson D3000K, 1 m de altura, con regulador de presión, y con contrapeso);

• Evaluación 2 (Spray IIRD 1 m de altura, con regulador de presión, sin contrapeso);

• Evaluación 3 (Spray IIRD 1 m de altura, sin regulador de presión, sin contrapeso);

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Evaluación 4 (Spray IIRD 1 m de altura, sin regulado de presión, con contrapeso).

Los indicadores que se determinaron fueron los siguientes:

coeficiente de uniformidad de Heermann y Hein (1968):

donde:

n – número de colectores;

C_i - cantidad recogida por el colector (con i variando entre 1 y n);

D_i - área regada por el colector i o distancia del centro del pivote al colector i;

Coeficiente de uniformidad de variación según Bremond y Molle (1995):

FIGURA 1. Emisores utilizados en las evaluaciones. (A)-boquilla difusora IIRD y (B)-Spray Nelson D3000K.

Para clasificar la calidad de riego, partir de rango de valores de porcentaje de área regada adecuadamente (ARA), se establecieron las relaciones gráficas siguientes:

1. ARA-CU_h

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ARA-CU_V

2. ARA-UD_25%

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En la Tabla 1 se muestran los resultados de las evaluaciones realizadas. El coeficiente de uniformidad de Hermann y Hein (CU_h) osciló entre 64,79% y 82,33%, obteniéndose el mayor valor en la variante con “boquilla difusora IIRD a 1m de altura, sin regulador de presión y con contrapesos”, aproximándose al rango de 85-90%, que según Tarjuelo (2005), la parcela está bien regada. También el CU_h de la variante mencionada coincide con el obtenido por Cárdenas (2000) de 82,82%, pero con espaciamiento entre emisores de 2.43m, lo que indica que a esta variante se le puede aumentar el espaciamiento. El mismo autor obtuvo los mayores valores de este parámetro con los emisores ubicados a 1 m de altura. También otros autores como Heinemann et al., (1997) y Tarjuelo (2005), plantean la reducción de la altura del emisor al suelo, para disminuir las pérdidas por evaporación y arrastre, sin perjudicar los parámetros de calidad de riego. Según Kincaid (1996), las boquillas difusoras debían estar al menos a 1 m por encima del suelo. Sin embargo Montero et al., (1997) obtuvo un resultado diferente, o sea, que para las condiciones de España recomienda 2 m de altura.

La uniformidad de distribución (UD_25%) también posee uno de los mayores valores en la evaluación 4, donde el porcentaje de la lámina media del 25% del área menos regada, es uno de los que más se aproxima a la lámina promedio en toda la máquina, con un 68,08%. Este parámetro es solo superado por la evaluación 2.

En cuanto al Coeficiente de uniformidad de variación (CU_V), también la evaluación 4 posee el valor más alto con un 77,51%. Este parámetro estadístico, según Bremond y Molle (1995), está basado en el coeficiente de variación, por lo que es más sensible a las variaciones extremas de lámina recogida por los colectores que el CU_h.

También se muestran los resultados de área regada adecuadamente (ARA), área regada excesivamente (ARE) y área regada insuficientemente (ARI. En sentido general en ninguna de las evaluaciones el ARA sobrepasa el 60%. La variante de la evaluación 3 posee la mayor ARE con un 31% y la variante de la evaluación 1 con el ARI de un 39%. Nuevamente sigue siendo la mejor variante con “boquilla difusora IIRD a 1m de altura, sin regulador de presión y con contrapesos”, reflejada en la evaluación 4, ya que el ARA es superior, con un 56%.

TABLA 1. Algunos parámetros técnicos y de calidad del riego, de la máquina eléctrica de Pivote Central OTECH-IRRIMEC

Se realizaron estudios de correlación entre el porcentaje de área regada adecuadamente (ARA) y los parámetros de uniformidad calculados (CU_h, CU_V y UD_25%). Para ello se agregaron dos evaluaciones más de la variante 1 pero con velocidades de avance diferentes para obtener más puntos. Tabla No 2.

TABLA 2. Relación del porcentaje de ARA con los parámetros calculados

Referido a la tabla anterior, existen contradicciones entre los valores de calculados y el ARA, donde es mayor el ARA para CU_h, CU_V y UD_25% menores y viceversa. Esto está asociado a la distribución de la lámina de agua en la máquina de riego (Figura 2). Si existe una mala distribución de agua en los tramos cercanos al pivote, la afectación del ARA es menor, pero si los problemas de distribución están alejados del pivote, ocurre lo contrario, es decir la afectación del ARA es mayor. Esto se debe a que los tramos cercanos al centro de rotación de la máquina no son representativos con respecto al área total de la máquina, sin embargo los tramos lejanos si.

FIGURA 2. Distribución de la lámina de la Máquina OTECH-IRRIMEC.

En la Figura 3 se muestran los gráficos de correlación, así como sus ecuaciones. Puede apreciarse que en los gráficos A y B existen asociaciones elevadas entre el ARA y los parámetros CU_h, y CU_V respectivamente ya que poseen valores altos de coeficiente de determinación (R²) y coeficiente de correlación (r). Sin embargo en el gráfico C, se indica que la uniformidad de distribución tiene poca influencia en el ARA, lo cual tiene sentido porque este indicador representa el 25% de los valores más bajos, y precisamente estos no se tienen en cuenta para el cálculo del ARA.

FIGURA 3. Correlación de parámetros de calidad de riego. A: correlación entre el ARA y el CU_h,
B: correlación entre el ARA y el CU_V y C: correlación entre el ARA y la UD_25%.

A partir de los resultados anteriores, se puede establecer la clasificación de la calidad de riego utilizando el porcentaje de área regada adecuadamente, a partir de la obtención del CU_h y de los criterios de Tarjuelo (2005). Es válido aclarar que solo se establece esta clasificación si la distribución de la lámina a lo largo de la máquina es uniforme o que las alteraciones en la distribución de agua se encuentren en los primeros tramos de la máquina. En la Tabla 3 se refleja

CONCLUSIONES

• De las variantes estudiadas el mejor funcionamiento se tiene para las condiciones de estudio con la: “boquilla difusora IIRD a 1 m de altura, sin regulador de presión y con contrapesos”, y esto lo demuestra los valores obtenidos de coeficiente de uniformidad de Hermann y Hein (CU_h), uniformidad de distribución (UD_25%) y coeficiente de uniformidad de variación (CU_V).

• La clasificación de calidad de riego, para una máquina de pivote central con estas características, se establece teniendo en cuenta el criterio del porcentaje de área regada adecuadamente, partiendo del hecho de que la distribución de la lámina a lo largo de la máquina sea uniforme o que las alteraciones en la distribución de agua se encuentren en los primeros tramos de la máquina.

• Del trabajo se pudo comprobar que no existe influencia de la UD_25% en el porcentaje de área adecuadamente regada lo que se refleja en los bajos valores del coeficiente de determinación y correlación.

1. BREMOND, B. ; B. MOLLE: Characterization of rainfall under center pivot: influence of measuring procedure, J. Irrig. Drain. Eng., 121(5): 347-353, 1995.

2. CÁRDENAS, J. F.: Estudio del uso de la boquilla difusora cubana en las máquinas de riego de pivote central, Tesis (en opción al título de Master en Riego y Drenaje), La Habana, Cuba, 2000.

3. GONZÁLEZ, P.: Mejoramiento del uso y explotación de los difusores de baja presión y bajantes, en las maquinas de riego por aspersión, Informe final. Proyecto 22-18, IIRD, La Habana, Cuba, 2006.

4. HEERMANN, D. F.; R. HEIN: Perfomance characteristics of self-proped center pívot sprinkler irrigation system, Transactions of the ASAE 11(1): 11-15, 1968.

5. HEINEMANN, B. A., A. FRIZZONE; M. PINTO; J.C. FEITOSA: Influencia da Altura do Emissor na Uniformidades de Distribução da Água de um Pivô Central, São Paolo, Brasil, 1997.

6. KINCAID D. C.: Sprinkler Pattern Análisis for Center Pívot Irrigation. Irrigation, Business and Technology, IV(4): 14-15, 1996.

7. MONTERO, J.; M. TARJUELO; L. TEBAR; F, LOZANO; T. HONRUBIA: Análisis de la distribución de agua en riegos con equipos pívot. En: XV Congreso Nacional de Riegos, pp. 481-490, Lleida, España, 1997.

8. NC ISO 11545.: Máquinas agrícolas para riego – Pivotes centrales y maquinas de avance frontal equipadas con boquillas difusoras o aspersores- determinación de la uniformidad de distribución del agua, (iso 11545:2001, IDT), Vig. 2005.

9. OTECH: Nomenclatures, Pívot ST168, Groupe IRRIMEC, Paris, France, 2001.

10. TARJUELO, J.M.: El riego por aspersión y su tecnología, 569pp., Ed. Mundi-Prensa. Tercera edición, Madrid, España, 2005.

Recibido 10/02/09, aprobado 22/02/10, trabajo 13/10, investigación.