pivote central - inia
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COMISION NACIONAL DE RIEGOCORPORACIÓN DE FOMENTO DE LA PRODUCCIÓN
PIVOTE CENTRAL
INSTITUTO DE INVESTIGACIONES AGROPECUARIASINIA - CARILLANCA
FEBRERO 2001
G O B I E R N O D E C H I L EMI N I S T E R I O D E A G R I C U L T U R A
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PPIIVVOOTTEE CCEENNTTRRAALL
HHaammiill UUrriibbee CC..Ing. Civil Agrícola
LLuuiiss OOccttaavviioo LLaaggoossIng. Civil Agrícola
EEdduuaarrddoo HHoollzzaapphheellIng. Agrónomo PhD.
Inst ituto de Invest igaciones Agropecuar iasCentro Regional de Investigación Quilamapu
Facultad de Ingeniería AgrícolaUniversidad de Concepción
INTRODUCCION
El primer equipo de riego autopropulsado se inventó en 1948, patentándose en
1952 por Frank Zybach en Nebraska. Posteriormente se han desarrollado pivotes
centrales modernos y sistemas de riego de avance frontal. Estos métodos de
aplicación de agua son muy adaptables y han experimentado un tremendo
crecimiento alrededor del mundo en los últimos años. Principalmente debido a su
potencial para aplicar agua en forma eficiente, alto grado de automatización, que
permite una menor utilización de mano de obra (en relación a otros métodos de
riego) y a su capacidad para aplicar agua y nutrientes solubles en una amplia
gama de suelos, cultivos y condiciones topográficas.
Aproximadamente, un tercio de la superficie regada en los Estados Unidos utiliza
sistemas autopropulsados, principalmente pivotes centrales. En nuestro país
desde hace unos diez años se ha venido adoptando este sistema de riego y en la
actualidad existen superficies importantes regadas por pivotes. Dichos sistemas
de riego han permitido el desarrollo agrícola de suelos arenosos o con problemas
topográficos.
Gracias a los pivotes centrales y laterales móviles automáticos, es relativamente
fácil manejar los niveles de riego en forma adecuada. Casi todos los cultivos,
incluyendo caña de azúcar, huertos frutales y vides, así como los tradicionales de
remolacha, maíz, papas, granos, alfalfa y hortalizas pueden y han sido regados
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con éxito con pivote bajo una amplia gama de condiciones. En ciertas situaciones
se requieren prácticas culturales especiales como plantar en círculo o el uso de
pretiles en los surcos (con forma de depósitos) para facilitar la infiltración en
suelos pesados y prevenir escurrimiento superficial.
CARACTERISTICAS GENERALES
Un pivote central o lateral móvil consiste básicamente en una tubería lateral con
aspersores (Figura 1). La tubería lateral es soportada por tensores de acero y
torres (Figura 2) espaciadas entre 30 y 60 m. Cada torre cuenta con un motor y va
sentada sobre dos o cuatro grandes ruedas de goma. El conjunto de tuberías,
tensores y aspersores entre dos torres se llama tramo (Figura 3). En cada torre
hay acoples flexibles que conectan las tuberías de dos tramos adyacentes. El
largo máximo de los tramos es función del tamaño de la tubería, su espesor,
pendiente y topografía del terreno. El largo de los tramos no tienen porque ser
uniformes y generalmente varía para adecuarse a las dimensiones del campo o
para ajustar la altura de los aspersores en terrenos ondulados. El voladizo (Figura
4) es una tubería de menor diámetro, con aspersores, suspendida por cables al
final de la última torre para aumentar el área regada. Cañones y sistemas de
esquinas pueden ser colocados al final del equipo para aumentar el radio mojado
o regar en las esquinas. La longitud más común de los pivotes es 400 m y su vida
útil es de 15 a 20 años.
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Figura 1. Pivote Central.
Figura 2. Torre.
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Figura 3. Tramo de un pivote central.
Figura 4. Voladizo o tramo suspendido.
La mayoría de los pivotes son eléctricos, aunque también usan motores
hidráulicos que son mas caros. Un motor eléctrico o hidráulico de alrededor de 1
HP va en cada torre para permitir su movimiento en forma autónoma (Figura 2).
Cables eléctricos y líneas hidráulicas van colocadas longitudinalmente a la tubería
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lateral, contando con cajas de control en cada torre. El panel de control
usualmente se localiza en la estructura base o centro de pivote (Figura 5).
Figura 5. Estructura base o centro de pivote.
Sin incluir la estructura base, puede haber de una a quince torres en cada sistema.
Las torres son generalmente identificadas por números, comenzando desde la
más cercana a la base del Pivote o el motor, en caso de laterales de avance
frontal. Las torres siguen la misma huella en el campo, lo que puede provocar
problemas de tracción y escurrimiento por la compactación del suelo húmedo.
Este problema es frecuente en suelos de texturas arcillosas, básicamente
cambiando el diámetro, el ancho o la banda del rodado se puede encontrar la
solución. En casos más críticos de tracción, la implementación de un aro adicional
de rodado o la estabilización de la huella en el campo puede ser requerida.
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La mantención de la alineación de los pivotes o laterales de avance frontal es
fundamental para el correcto funcionamiento del equipo. El equipo puede sufrir
grandes daños si falla el alineamiento, por ello cuentan con sensores localizados
sobre las tuberías en cada torre, haciéndolas avanzar o parar de manera que no
pierdan la alineación. Los Generalmente la primera torre tiene un cronómetro
adicional que, detiene el sistema cuando hay problemas del alineamiento. Una
tracción inadecuada de las torres pueden producir problemas de enfilamiento.
Generalmente la torre mas alejada del punto de Pivote controla el movimiento de
la máquina. El tiempo de rotación mínimo es generalmente entre 14 y 20 hrs. (2 –
3 m/min. en la torre final). En cada torre se pueden instalar cajas reductoras para
aumentar la velocidad y así reducir el tiempo de rotación a menos de 12 hrs. (4,3
m/min. en torre final) lo que es deseable en suelos livianos, arenosos o arcillosos
agrietados. Un panel de control regula la velocidad media de la torre más alejada,
que actúa como guía para el sistema completo. Esta torre se hace funcionar un
cierto porcentaje de tiempo de cada minuto, un 100% produce que la máquina
avance a máxima velocidad (mínimo tiempo de rotación), mientras al 50% de
avance, la última torre se mueve a la mitad de la velocidad máxima. Por
supuesto, la rotación más lenta aplica mayor cantidad de agua.
El hecho de que cada torre pare y parta repetidamente para mantenerse alineadas
no es un problema para la aplicación de agua uniformemente, sin embargo con
pesticidas específicos aplicados en pequeñas dosis y de alto costo, este
movimiento intermitente podría afectar la uniformidad de aplicación.
Los dos tipos de aspersores usados en Pivotes centrales y laterales móviles son
de impacto y spray (figura 6). Los de impacto son generalmente de baja presión y
bajo ángulo y van montados directamente sobre la tubería lateral del Pivote. Los
tipo spray puede ser montado sobre la tubería de lateral, pero más frecuentemente
se ubican en el extremo de una tubería bajante flexible, conectada en forma de U
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a la parte superior de la tubería lateral, manteniendo los emisores sobre la canopia
del cultivo. La altura puede ser modificada según el crecimiento del cultivo. La
localización, espaciamiento, tamaño y descarga de cada aspersor es especificado
por el fabricante. Un pivote standard de 400 m tiene 100 a 110 aspersores. Los
spray de baja presión son los más comúnmente utilizados para reducir las
pérdidas por viento y evaporación, aunque los de impacto son aún utilizados en
algunas zonas. Uso de aspersores de impacto de alta presión es raro. El uso de
reguladores de presión o controles de flujo ubicados junto al emisor, es común en
sistemas de baja presión.
Las máquinas modernas tienen espaciamiento uniforme de aspersores que varía
entre 2,3 a 3 m, dependiendo del fabricante. Cerca del centro, donde el avance es
lento, puede ocurrir que no todas las salidas tengan un aspersor instalado, con el
fin de reducir la aplicación de agua. Después de la primera torre todas las salidas
tienen su aspersor.
Un caso especial es el método de Aplicación de Precisión de baja energía (LEPA),
que puede ser instalado en pivotes centrales o laterales de avance frontal. Los
sistemas LEPA tiene tuberías bajantes en cada metro, extendiéndose hasta la
superficie del suelo, donde un emisor de baja presión reemplaza al aspersor
(Figura 6). El agua es aplicada directamente al surco y las pérdidas por
evaporación se minimizan ya que la canopia no se moja. El cultivo es plantado en
círculo para que los bajantes no dañen las plantas.
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Figura 6 Diferentes emisores utilizados en pivote central.
Las máquinas modernas son generalmente diseñadas para operar a 250 KPa o
menos. Estas presiones son insuficientes para los cañones finales, por lo que se
colocan bombas eléctricas en la última torre. La descarga de los cañones finales y
sistemas de equinas deben ser controlados para no mojar caminos, flujos de agua,
redes de drenaje, especialmente cuando se aplican químicos.
Lateral de avance frontal:Equipo que viaja en línea recta y puede regar hasta el 95% de terrenos cuadrados
o rectangulares. Es abastecido de agua a través de un dique o canal que corre
paralelo a la dirección de movimiento o mediante una larga manguera flexible
conectada a una red de tuberías. Algo de suelo se pierde por el dique o las huella
dejada por el arrastre de la manguera flexible (10 a 15 m de ancho). Muchos
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laterales móviles tienen grandes motores diesel conectados a generadores que
energizan la bomba y motores de las torres, mientras el sistema de mangueras es
presurizado por motores fuera del campo. El sistema de control/motor/bomba
puede localizarse en el centro del lateral móvil o en el borde del campo.
Estos sistemas son guiados por cables eléctricos enterrados, láser o alambres
sobre postes Todos los aspersores sobre el lateral móvil son del mismo tamaño y
el diseño y operación es más simple que el pivote central.
Los laterales de avance frontal son recomendados donde la superficie es limitada
y de alto valor, puesto que los costos de capital de estas máquinas son del orden
de $750.000 a $1.750.000 por hectárea, sin incluir fuentes de agua y costos de la
tierra. El costo de mantención anual varía con la potencia y el valor del agua.
Pivote Central:Es una máquina que rota en circulo alrededor de una estructura base en el centro
del campo regado. La estructura base de pivote es también la que permite el
ingreso del agua y potencia al equipo y es sostén del tablero control. Las
estructuras base son generalmente permanentes en sistemas grandes, pero
pueden ser trasladabes en sistemas más pequeños. La potencia eléctrica es
abastecida a motores de las torres y bombas hidráulicas a través de un anillo
colector ubicado en la estructura base. Además, la estructura base sostiene el
tramo vertical de tubería y la junta que permite el giro del pivote.
Las áreas regadas por los equipos pueden ser extendidos adicionando un cañón
final relativamente barato o un caro sistema de esquina. El costo de capital varía
entre $ 570.000 y $ 1.400.000 por hectárea, sin incluir costo del suelo ni valor del
agua. Los costos de operación varían con el consumo de potencia y costo del
agua, incluyendo costos de bombeo, pero permanece prácticamente constante a
partir de una superficie de 50 a 60 hectáreas.
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El sistema de esquina (Figura 7) puede ser instalado en el pivote para aumentar el
área de riego en las esquinas u otras zonas no simétricas del campo y consiste en
una torre adicional y un sistema de tuberías que es conectada a la última torre del
sistema principal.
La torre del sistema de esquina generalmente tiene un sistema guía que detecta
señales de radio de baja frecuencia emitidas por un alambre enterrado bajo el
curso de la torre. Las señales son recibidas por una antena y llegan a un
microprocesador el cual continuamente monitorea y activa los motores
conductores. Los aspersores en el sistema de esquina, son regularmente
controlados por el mismo microprocesador el cual también activa válvulas
solenoides individuales dependiendo de su ubicación con respecto a la torre final y
el borde del campo.
Figura 7. Area regada por el lateral y el sistema de esquina.
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El costo incremental por hectárea para suelo adicional regado por un sistema de
esquina podría llegar a ser tres veces mayor que el área regada por el sistema
principal. Así, el sistema de esquina se justifica sólo cuando el valor del suelo es
alto o en condiciones donde el suelo es escaso y el agua abundante. Además, el
sistema de esquina tiene un alto costo de mantención debido a su complejidad y
cantidad de partes móviles. En general un sistema de esquina debe incluirse sólo
después de un riguroso análisis económico.
El sistema de cañón de riego final es de alta presión y generalmente usado para
extender el área en las esquinas de terrenos cuadrados. Este sistema es una
alternativa de bajo costo para reemplazar al sistema de esquinas. Considerando
la cantidad de suelo regado por un pequeño aumento en radio (Figura 8), los
cañones finales son una barata forma de adicionar hectáreas de suelo regado.
Sin embargo, no está exento de problemas. Los cañones finales son básicamente
un gran aspersor único, por lo que la profundidad de aplicación disminuye con la
distancia y puede provocar un severo estrés en los bordes del terreno. Esto
puede no ser significativo en praderas, pero puede ser un gran problema cuando
la condición de déficit de humedad afecta negativamente la calidad del cultivo.
Bombas elevadoras de presión son necesarias para operar el cañón final.
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Figura 8. Porcentaje de áreas cubiertas por diferentes radios en un pivotecentral sin cañón final ni sistema de esquina.
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.
El panel de control se ubica generalmente en la estructura base o centro del pivote
o en un costado del predio. Este permite la programación electrónica de todas las
funciones que es capaz de realizar el equipo.
Los telemandos operan a distancia los pivotes utilizando para ello una línea
telefónica, un teléfono celular o una radio de banda comercial. La información
disponible en este sistema permite determinar condiciones de trabajo, como por
ejemplo:
• Presión del sistema.
• Dirección de la marcha (atrás o adelante).
• Funcionamiento en húmedo.
• Funcionamiento en seco.
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• Velocidad del sistema (%).
• Tiempo de funcionamiento.
• Caudal.
• Velocidad actual del viento (con sensor de viento).
• Acumulación de aguas lluvias (con sensor de lluvia).
Las redes de telemetría pueden ser ideales si se tiene más de un Pivote. Esta
herramienta, basada en sofware para Windows, transforma el computador
personal en un innovador sistema para dirigir y controlar el riego.
La telemetría se conecta al PC y proporciona acceso remoto al tablero de control.
Tiene la habilidad de compilar información automáticamente para mantener un
registro de datos de consulta continua. Funciona desplegando en la pantalla del
PC la operación actual de cada equipo, sus condiciones de trabajo y otras
condiciones adicionales, como son:
• Horas de funcionamiento.
• Uso de agua.
• Datos medioambientales.
• Apagado de seguridad.
• Apagado bajas temperaturas.
• Apagado por presión baja.
• Advertencia de presión baja.
• Apagado por voltaje bajo.
• Apagado por voltaje alto.
• Apagado de parada de servicio.
• Advertencia de flujo alto y bajo.
• Apagado por velocidad de viento y apagado por lluvia.
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MANEJO DEL PIVOTE CENTRAL
La tecnología del Pivote Central corriente es considerada confiable, segura, simple
de operar y requiere poca supervisión. Sin embargo, el manejo de estos equipos
es muy diferente, comparado a otros métodos de riego. Dichos sistemas se
caracterizan por aplicar riegos pequeños, frecuentes (por ejemplo diarios) lo que
ofrece numerosas ventajas en el manejo del agua y nutrientes, como también
numerosas desventajas para el cultivo. Desde el punto de vista del agua y
nutrientes, estos pueden ser aplicados en forma bastante exacta. Las pequeñas
aplicaciones de agua pueden potencialmente reducir la lixiviación en suelos
arenosos (o en arcillas agrietadas). Desde el punto de vista del cultivo, el
humedecimiento frecuente de la canopia crea condiciones para enfermedades
fungosas, especialmente en la zona más cercana al centro del pivote. El
desarrollo radicular superficial es favorecido en muchos cultivos por riegos
frecuentes y suaves, habiendo poca amortiguación del efecto del estrés hídrico
cuando el equipo falla. Por esta razón, el nivel de agua en la zona superior a la
zona radicular debe ser mantenida en niveles relativamente altos.
Los riegos frecuentes también requieren ajustes de los tiempos de rotación, tal
que la máquina no esté en el mismo punto del terreno cada día a la misma hora,
ello para promediar pérdidas y sobre aplicaciones a través del campo en el tiempo.
Así los tiempos de rotación múltiplos de 12 hrs. deben ser evitados.
El porcentaje de áreas regadas en varios radios de un pivote se muestran en la
Figura 8. Es importante destacar que el 75% del área se encuentra en la mitad
externa del radio. Por ello el manejo se enfoca a las torres externas, pero
enfermedades y problemas de distribución de agua ocurren en las porciones
internas. El estado actual de la tecnología, trata el campo entero como un sistema
suelo-cultivo uniforme. Algunos paneles de control nuevos cambian la velocidad
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en sectores seleccionados, pero las variaciones en el campo son en forma de
torta.
Los Pivotes son utilizados para regar de 2 a 200 hectáreas, aunque lo normal son
50 hectáreas. Consideraciones económicas limitan su uso a áreas menores de 25
hectáreas. Las áreas regadas con un pivote dependen del radio del lateral
principal, más el radio producido por el cañón final y el sistema de esquina. Si el
pivote central es posicionado en el centro de un cuadrado de suelo sin cañón final,
regará casi el 80% del área total. (Figura 9). Los Pivotes son generalmente
agrupados cuando son instalados sobre una gran extensión de suelo, tal que el
85% ó 95% del área sea regada.
Figura 9. Ejemplos de aprovechamiento del área en equipos individuales yagrupados.
La presión de operación promedio del lateral de un pivote varía si la tubería va
pendiente arriba o abajo. Esto puede resultar en grandes variaciones en la
descarga de los aspersores, por lo que puede ser necesario colocar reguladores
de presión o boquillas reguladoras de flujo en cada aspersor.
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Aplicación de agua y tasa de infiltración.Una de las propiedades que aprovecha el Pivote es la alta tasa de infiltración
inicial. Aplicaciones suaves y rápidas sacan máximo provecho de este fenómeno.
Para ilustrar, la torre externa de un sistema de 50 hectáreas, puede viajar de 1 a 4
m/min. Sin embargo, la torre más interna viaja a solo un 10% de la velocidad de la
torre externa. Esto significa que los aspersores en la torre externa aplican 10
veces más rápido el agua que la torre interna para la misma lámina a lo largo del
lateral del Pivote. Con algunos aspersores las tasas de aplicación de las torres
externas podrían exceder los 100 mm/hr. Los aspersores finales generalmente
cubren grandes diámetros, aún en sistemas de alta velocidad de rotación, para no
exceder las tasas de infiltración del suelo. La intensidad de aplicación es ilustrada
en la Figura 10, en relación con la posición, asumiendo que igual cantidad de agua
es aplicada, mostrando los diferentes tiempos de humedecimiento. La Intensidad
de aplicación de agua alcanza un máximo cuando el aspersor pasa directamente
sobre un punto.
Figura 10. Intensidad de aplicación y tiempos de humedecimiento segúnposición relativa al centro, a lo largo del lateral.
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La Figura 11 muestra la interacción entre la tasa de aplicación y la infiltración. El
objetivo de la selección de una boquilla y la operación del sistema es asegurar que
la tasa de aplicación no exceda la tasa de infiltración en varios puntos a lo largo
del lateral.
Figura 11. Interacción entre infiltración y tasa de aplicación de agua. Lazona achurada corresponde a agua que el suelo no es capaz de infiltrar y
potencialmente puede escurrir.
Como se aprecia, la descarga desde los aspersores aumenta linealmente con el
radio. Un aspersor a 300m desde el centro tendrá el doble de descarga de uno a
150 m. La descarga requerida por un aspersor individual a lo largo del pivote
lateral es:
10000RSQ2
= q gs
π
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Donde qs, es la descarga en un aspersor individual (L/s), R es la distancia radial
desde el centro (m), S es el espaciamiento entre aspersores adyacentes (m) y Qg
es la aplicación bruta del equipo (m/s/ha). Prácticas de cultivo especiales pueden
ser implementadas si la capacidad del sistema produce escorrentía en algunas
áreas del terreno.
El objetivo es tener la máxima uniformidad de agua posible. Las dos variables
principales en la selección de emisores son el espaciamiento y el tipo y tamaño de
los aspersores. Los aspersores deben ser espaciados correctamente para tener
buen traslape de humedecimiento. El tipo de aspersor y la descarga debe ser
seleccionado para evitar escorrentía y adecuarse al suelo y al cultivo. La energía
cinética y potencial con la cual las gotas impactan el suelo pueden tener un gran
efecto sobre la compactación y el sellamiento del suelo, lo que puede aumentar la
escorrentía (mayor problema en cañones finales), mientras tamaños de gota
pequeños podrían ser beneficiosas para reducir el sellamiento, sin embargo están
sujetas al arrastre por viento y pérdidas por evaporación.
Generalmente, el tamaño de boquillas es pequeño cerca del centro y aumenta
gradualmente en diámetro y descarga hacia el extremo. Los sistemas de esquina
generalmente tienen boquillas similares o algo mayores que las torres externas.
En sistemas muy extensos, las boquillas más grandes podrán no tener capacidad
de flujo suficiente y deben colocarse dos o más aspersores.
Los problemas de infiltración son generalmente reducidos por aumento del área de
aplicación de agua, colocando los bajantes alternadamente hacia uno u otro lado
del lateral o poniendo dos o más aspersores distanciados adelante y atrás del
lateral.
La infiltración y el análisis físico hídrico del suelo, deben ser determinados antes
de diseñar y seleccionar las boquillas, relacionándolos con el tiempo de
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oportunidad, el cual es menor hacia las torres más externas ya que los aspersores
viajan más rápido. Esto debe ser compensado por mayores tasas de flujo y
diámetros mojados más anchos al alejarse del centro del pivote . Para tener
láminas de aplicación uniforme, la selección del aspersor y velocidad de rotación
va a depender del suelo desnudo y la topografía, teniendo como objetivo no
producir erosión ni pérdidas de agua y energía. La velocidad Sj, en un punto Jsobre el radio r es
Donde trotación. es el tiempo requerido para una vuelta completa (minutos). El
tiempo de oportunidad de infiltración tj es definido como el diámetro mojado por la
boquilla, wj dividido por la velocidad SJ . La intensidad de aplicación en el punto j
puede ser calculada como:
Donde K es un factor de conversión de unidades (1146.0), Qg es la aplicación para
el circulo básico (sin cañón final ni sistema de esquina), L es el radio del circulo
básico, y Wj es el ancho del patrón de aplicación en J. Re es un factor de pérdida
(fracción decimal) por viento y evaporación (0,1 – 0,15). La ecuación puede ser
resuelta con un procedimiento de prueba y error hasta que la boquilla
seleccionada y la velocidad de rotación no cauce escurrimiento. Uso de 50% ó
menos de la máxima velocidad de rotación obtenida por estos cálculos permite
cambios en condiciones a través de la estación y flexibilidad de manejo.
La tasa de aplicación promedio, IL, en mm/hr. al final de pivote básico, L, es:
L WRKQ r2
= I 2j
egjj
π
trotación 2 rjSj ××= π
20
Donde trotación es en horas.
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Las máquinas deben ser diseñadas adecuadas a cada sitio. La información
colectada debe incluir caracterización de suelos (física y química), infiltración,
disponibilidad de agua (cantidad y calidad), microclima, requerimientos de agua
del cultivo e identificación de cualquier otra restricción potencial. La pendiente a lo
largo de la huella puede afectar el desempeño y la vida útil del equipo. Pérdidas
potenciales como arrastre por viento, evaporación, escorrentías y percolación
profunda, deben ser estimadas. Los aspersores y patrones de distribución deben
ser adecuados al tipo de suelo y criterios de operación deben ser entregados al
productor.
La capacidad de aplicación bruta del sistema, Qg , es la cantidad continuamente
entregada a la máquina, suficiente para abastecer el máximo período de
evapotranspiración, como también las pérdidas. Es determinada en base al cultivo
, clima, suelo y varía desde 0,6 a 1,6 l/s/ha., aunque el promedio es sobre 1 l/s/ha.
Algunos sistemas son diseñados para operar bajo condiciones de déficit durante el
período de máximo consumo por causa de disponibilidad de agua limitada o para
aumentar el área total, pero debe ser hecho sólo después de considerar todos los
otros factores. El cálculo de Qg (l/s/ha) por día es:
t Wd L 2 = I
rotationL
π
d*A*0.1157 = Qg
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Donde A es el área total regada (ha) y d es la lámina requerida diaria en mm. La
capacidad bruta del sistema también puede ser calculada basandose en la
cantidad de agua aplicada sobre un período de tiempo fijo, como:
Donde f es la frecuencia en días y T son las horas por día. La tabla 1 presenta
requerimientos de descarga de aspersores con el largo, en función de la
capacidad del sistema.
La lámina de aplicación requerida, d, en mm está dada por:
Donde kf es un factor de frecuencia para ajustar la evapotranspiración actual
(ETc). Para alta frecuencia de aplicación de agua el factor es: 1,2 para riego diario;
1,1 para riego cada dos días y 1 cuando los riegos son cada 5 días o más. Este
ajuste es necesario porque las pérdidas por evapotranspiración desde la canopia y
superficie aumentan en riegos de alta frecuencia. Pe es la precipitación efectiva
durante el período y Ea es la eficiencia de aplicación en porcentaje.
T*fd*A2.78 = Qg
100 / EP - ET k = d
a
ecf
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Tabla 1. Requerimientos de descarga de aspersores por metro lineal delateral para varias capacidades del sistema.
Requerimiento de descarga de aspersores ( Lx s-1) por metro lineal de lateral
Capacidad del Sistema ( Lx s-1x ha-1)Radio, m
0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
100 0.038 0.050 0.063 0.075 0.088 0.101
200 0.075 0.101 0.126 0.151 0.176 0.201
300 0.113 0.151 0.188 0.226 0.264 0.302
400 0.151 0.201 0.251 0.302 0.352 0.402
500 0.188 0.251 0.314 0.377 0.440 0.503
600 0.226 0.302 0.377 0.452 0.528 0.603
700 0.264 0.352 0.440 0.528 0.616 0.704
800 0.302 0.402 0.503 0.603 0.704 0.804
Usando las mismas variables previamente definidas, el tiempo máximo entre
riegos, f, puede ser calculado como:
Lámina y distribución de presión:Las tasas de flujo de los aspersores varian cuando el lateral avanza sobre suelo
con pendiente a menos que se usen reguladores de presión. Los reguladores de
presión son necesarios en cada aspersor si la presión varía en más de un 10%
sobre el lateral, en cualquier punto del campo.
Los reguladores son casi siempre requeridos en sistemas de baja presión en
terrenos con pendiente. La Figura 12 entrega una recomendación general sobre
las necesidades de uso de reguladores de presión. La selección del regulador de
p - ET kd = f
ecf
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presión depende de la presión del sistema y del aspersor seleccionado. Boquillas
de control de flujo también pueden ser una opción, pero grandes fluctuaciones en
presión podrían afectar adversamente el patrón de distribución y el tamaño de las
gotas.
Figura 12. Sugerencia de fabricantes sobre la necesidad de usarreguladores de presión.
La selección de la boquilla apropiada requiere conocimiento de la distribución de
presión a lo largo del lateral. Esto es complicado por el hecho que la descarga de
los aspersores aumenta, al acercarse al final del lateral, si el diámetro de la tubería
permanece constante. Como se ve en la Figura 13, la mayoría de las pérdidas de
presión ocurren en el primer tercio del lateral. La presión Pj, en el punto j, en kPa,
a lo largo del lateral está dado por:
E0.1017 - 100
(R)f*L*P - P = P gplp
oj
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Donde Po es la presión en la entrada del pivote en KPa, Plp es la pérdida de
presión en el lateral en KPa por 100 m, Eg es la ganancia de elevación en m, y fp
(R) es el factor de distribución de presión adimensional a la distancia R, el cual es
cerca de 0,54 sin cañón final y 0,56 con un cañón final (Figura 14). Esto también
puede ser calculado por la ecuación de Hazen – Williams, usando el factor C de
140 ó 145 para acero galvanizado. Los diámetros internos estándar de tuberías
de pivotes son, 135 mm, 146mm, 162mm, 197mm, 212,7 mm, 247,8 mm.
Sistemas de más de 50 hectáreas usan tuberías de 162mm, con paredes de 2, 77
mm de espesor.
Figura 13. Distribución de Flujo y presión a lo largo de un pivote.
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Figura 14. Factor de reducción para salidas múltiples.
Patrón de distribución:
La uniformidad de aplicación de agua es un importante criterio para el diseño y
evaluación del pivote. Sin embargo, la lámina de aplicación del sistema no es
uniforme a través del campo y depende de los aspersores, topografía, movimiento
de la máquina y muchos otros factores.
Numerosos coeficientes de uniformidad (CU) han sido desarrollados en las últimas
décadas. En general, pueden se clasificados en 2 categorías: ponderados por
área y no ponderados. Los CU no ponderados por área son calculados
directamente desde las observaciones (reales o simuladas) asumiendo que cada
observación representa la misma área de suelo. Los CU ponderados son más
adecuados para pivotes, puesto que el área de influencia de los aspersores es
aumentada hacia el extremo externo del equipo.
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Una forma de evaluar los equipos es calculando su Uniformidad de Distribución
(UD), que se define como un indicador de uniformidad de la altura de agua
infiltrada en el conjunto del predio. Para determinar la UD se utilizan pluviómetros,
que tengan diámetro mayor a 8 cm y alto de 10 cm. los pluviómetros se colocan
hilerados en forma radial, separados entre 5 a 6,5 m y se asigna un número de
ubicación a cada uno, desde el centro hacia fuera (Figura 15). Para mediciones
de menor exactitud pueden espaciarse cada 10 m. Se hace pasar el equipo
aplicando agua sobre los pluviómetros, se mide el volumen en cada unos de ellos
y se pondera por la correspondiente ubicación. Los pluviómetros del centro
(primer tramo), pueden no ser considerados sin tener mucha influencia sobre los
resultados.
La uniformidad de distribución se define como:
También es posible obtener la altura media aplicada por revolución H (mm/rev)
como:
Donde Q es el caudal de entrada al sistema (L/h), n son las horas por vuelta, y S
es el área mojada (m2).
La eficiencia potencial de Aplicación del Sistema, EPA es:
recogidos volúmeneslos de ponderada Mediarecogen menos que ospluviómetr de 25% del volúmeneslos de ponderada Media=UD
SnQH ×=
Aplicada Media Alturarecogen menos que ospluviómetr de 25% del ponderada media Altura=EPA
27
Figura 15. Esquema localización de pluviómetros.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL EQUIPO.
En general, tanto las ventajas como las desventajas 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
rotación, puede adaptarse tanto a dosis grandes como pequeñas.
• El poder modificar la pluviometría permite al sistema adaptarse a distintos tipos
de suelos.
• El sistema permite realizar riegos de alta uniformidad.
• No necesita nivelaciones, adaptándose a topografías onduladas. Esto permite
conservar la fertilidad natural del suelo.
• 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.
• Posee un bajo costo por hectárea.
28
• 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.
Desventajas:
• Alta inversión inicial.
• Requiere de un servicio técnico especializado.
• Se necesitan adaptar los predios para su funcionamiento (mover cercos,
realizar nuevos trazados de lineas eléctricas, eliminar arboles, modificar
caminos, etc).
• Al ser un sistema de riego circular se pueden perder las superficies en las
esquinas de los predios.
• 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.
En general los sistemas de Pivote Central no se recomiendan para predios de
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.
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COSTOS DEL SISTEMA
Como con todos los equipos de riego, para reducir los costos por unidad de área
regada, es ventajoso regar la mayor superficie posible con una mínima cantidad
de equipamiento. En el caso del Pivote Central, el costo del equipo es proporcional
al radio del circulo regado, pero el área regada es proporcional al cuadrado de
este radio. Esta es básicamente la razón de que el equipo se recomiende para
superficies por sobre las 30 ha.
Los costos por hectárea del equipo entonces dependen directamente de la
superficie que se quiera dejar bajo riego. Pivotes Centrales diseñados para regar
entre 20 a 30 ha. tienen valores que fluctúan entre los 1500 a 2500 $US/ha, en
cambio Pivotes capaces de regar unas 100 ha. poseen valores entre 800-1000
$US/ha.
El costo total de un proyecto de riego por Pivote Central no tan sólo considera la
inversión de la adquisición del equipo, que corresponde entre el 40% a un 60% del
costo total del proyecto, sino que además debe considerar otros costos del
proyecto como son: el sistema de bombeo, red hidráulica, sub-estación y red
eléctrica, equipo de fertirrigación, sistema de filtraje y las obras de captación.
Como ejemplo, se muestra en la Tabla 2 el presupuesto final de un proyecto de
riego que cubrirá una superficie de 74 ha. regadas por pivote central, además
contempla la construcción de un tranque de regulación nocturna, con una
capacidad de 2500 m3.
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Tabla 2. Presupuesto riego tecnificado por Pivote Central.
ITEM COSTO( UF )Provisión e instalación equipo Pivote Central. 2.347Conducción hidráulica desde centro de control a Centro delPivote.
285
Elementos de Succión y Descarga 373Equipo de bombeo y tableros eléctricos 378Sistema eléctrico desde centro de control a Centro de Pivote. 213Tranque regulación y Sistema de Captación 577Sub-estación Eléctrica 386Gastos Generales 250Estudio topográfico – Proyecto – Planos 423TOTAL 5.232
Ejemplo de DiseñoDeterminación del caudal del equipo:Determinar el caudal requerido de un pivote central de 400 m de longitud.
Inventario de las condiciones del predio y requerimientos:
a. Características del suelo.Franco arcillo-limoso
b. Topografía.Topografía plana con pendientes menores a 0.1%.
c. Obstáculos y formas del predio.
No existen obstáculos.
d. Fuente de agua.
Agua disponible 75 L/s.
e. Fuente de energía.
Eléctrica trifásica en el predio.
f. Identificar cultivos.Alfalfa.
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g. Caracterizar el clima.Evapotranspiración del cultivo 6,5 mm/día.
Precipitación efectiva 0,0 mm/día.
Largo del pivote de 400 m así:
Area : 502.650 m2 50.3 ha
Eficiencia aplicación : 75%
Kf (riego diario) : 1,20
Lámina a reponer : (1,20 (6,5) – 0,0) / (75/100) = 10,40 mm/día
Frecuencia de riego : 1 día
Nº de horas de riego por día : 20 hr
Caudal del sistema Qs : 2,78 (50,3) (10,4) / (1) (20) = 72,7 L/s < 75 ¡OK!L/s por hectárea : (72,7) / (50,3) = 1,44 L/s
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Hoja práctica:Determinar el caudal requerido de un pivote central de ____ m de longitud.
Inventario de las condiciones del predio y requerimientos:
a Características del suelo.________________________________________
b Topografía.________________________________________
c Obstáculos y formas del predio.
________________________________________
d Fuente de agua.
________________________________________
e Fuente de energía.
________________________________________
f Identificar cultivos.________________________________________
g Caracterizar el clima.________________________________________
________________________________________
Largo del pivote de ____ m :
Area : _____ m2 ____ ha
Eficiencia aplicación : _____
Kf (riego ______) : _____
Lámina a reponer : (____ (___) – ___) / (___/100) = _____ mm/día
Frecuencia de riego : _____ día
Nº de horas de riego por día : _____ hr
Caudal del sistema Qs : 2,78 (____) (____) / (__) (__) = _____ L/s < __
¿OK?L/s por hectárea : (____) / (____) = _____ L/s