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Automatización de Fertilización y Riego
¿Qué es la Fertirrigación?
La fertirrigación es la aplicación conjunta de fertilización con el riego. De esta manera, se satisfacen tanto las necesidades nutricionales como las hídricas de la planta. Por lo tanto, la planta puede acceder fácilmente a los nutrientes durante todo su periodo de crecimiento. Por otro lado, se previene la acumulación de sustancias nocivas en el suelo. La eficiencia en el uso del agua y los fertilizantes es importante tanto desde el punto de vista económico como ambiental. Las aplicaciones excesivas de riego y fertilización provocan la contaminación de las aguas subterráneas por lixiviación profunda. Por esta razón, la combinación del riego por goteo con la fertirrigación se considera una práctica agrícola respetuosa con el medio ambiente. Esto ayuda a proteger el suelo, los recursos hídricos y los ecosistemas a largo plazo y fomenta una agricultura sostenible.
Este método se puede utilizar en casi todos los métodos de riego, pero cuando se habla de fertirrigación, lo primero que viene a la mente es el método de riego por goteo. La razón de esto son las dificultades encontradas en otros métodos de riego. En el método de riego superficial, no se puede lograr una fertilización exitosa cuando la nivelación del terreno no se realiza de manera completa. En el riego por aspersión, en casos donde la concentración de fertilizante es alta, puede causar algunas enfermedades y daños en las hojas de las plantas. Teniendo en cuenta estas condiciones, el método de riego por goteo es el primero que viene a la mente cuando se habla de fertirrigación.
Ventajas del Método de Fertirrigación
Las ventajas del método de fertirrigación se pueden enumerar de la siguiente manera:
- Dado que los fertilizantes se administran junto con el agua a la zona radicular de la planta, no se aplica fertilizante extra en lugares donde no hay desarrollo radicular.
- Mediante la aplicación de menos fertilizante y agua con la fertirrigación, se reducen tanto el costo de producción como la contaminación de las aguas subterráneas.
- Se asegura la entrega exacta e igual de nutrientes a la zona radicular. De esta manera, se controla el agua y los nutrientes en el suelo, evitando la pérdida de nutrientes por lixiviación y escorrentía superficial.
- Proporciona ahorro de energía y mano de obra.
- Aumenta el rendimiento y la calidad del producto.
- Se reduce la exposición de los aplicadores a los productos químicos.
- Permite la fertilización cuando sea necesario sin introducir maquinaria en el campo.
- Aumenta la disponibilidad de nutrientes salinos, elevando la eficiencia del fertilizante.
- Reduce el impacto negativo de las aguas residuales.
- Las pérdidas de fertilizantes por lixiviación se reducen al nivel mínimo.
- Dado que la parte superior de las plantas no se moja, se facilita la lucha contra las enfermedades.
- Si se desea, también se pueden aplicar simultáneamente pesticidas adecuados y otros productos químicos.
- Es apto para la automatización.
Inyectores Utilizados en la Fertilización con Fertirrigación
Inyectores utilizados en la fertilización con fertirrigación;
- Tanque de fertilizante
- Bomba de pistón
- Sistema de inyector Venturi
Fertirrigación con tanque de fertilizante simple: Este tanque es un tanque metálico cilíndrico, recubierto con pintura epoxi, resistente a la presión del sistema de riego, y se conecta como bypass a la tubería de control de presión. El tanque de fertilizante funciona mediante la diferencia de presión creada al cerrar parcialmente la válvula conectada a la línea de tubería entre la entrada y la salida del tanque. Una parte del flujo de agua se desvía de la línea principal y entra al tanque por la parte inferior. Este flujo de agua se mezcla con la solución de fertilizante y la solución diluida se entrega al sistema de riego. La concentración de fertilizante es alta al principio y muy baja al final del proceso.
Bomba de pistón: Este tipo de inyector toma su energía de la presión de agua del sistema y puede instalarse directamente sobre la línea de suministro en lugar de una línea de bypass. El flujo de agua del sistema de riego acciona los pistones y funciona entregando la solución de fertilizante desde un tanque al sistema, manteniendo una tasa de inyección constante. Dependiendo de la presión del sistema de riego, la tasa de inyección varía entre 9 y 2500 litros/h. Estos inyectores, fabricados con material plástico resistente, se encuentran en diferentes modelos y tamaños. Las bombas de pistón son mucho más caras que los inyectores de tipo Venturi.
Sistema de inyector Venturi: Este inyector se basa en el principio del tubo Venturi. Se requiere una diferencia de presión entre la entrada y la salida del inyector. Por esta razón, se conecta a un dispositivo de bypass instalado sobre un tanque abierto que contiene la solución de fertilizante. La tasa de inyección del inyector de tipo Venturi es muy sensible a los cambios de presión y, para una inyección constante, a veces se requieren pequeños reguladores de presión. Las pérdidas por fricción son de aproximadamente 1,0 bar. Los inyectores Venturi se fabrican en tamaños de 1/2 a 2 pulgadas y con una tasa de inyección de 40 a 2000 litros/h en material plástico. En comparación con otros inyectores, los inyectores Venturi son relativamente más económicos.
Se deben considerar 4 factores principales al elegir fertilizantes para la fertirrigación
- Variedad de planta y periodo de crecimiento
- Condiciones del suelo
- Calidad del agua
- Disponibilidad / utilidad y precio del fertilizante
Nutrientes Vegetales Absolutamente Necesarios en la Fertirrigación
Las plantas requieren ciertas sustancias para desarrollarse de manera saludable. Estas sustancias minerales que necesitan las plantas se denominan nutrientes absolutamente necesarios. La ausencia de uno o varios de estos elementos en el medio de cultivo impide que las plantas completen su desarrollo normal. Esto provoca pérdidas de rendimiento y calidad en el producto. Estos nutrientes son:
| Nutrientes Absolutamente Necesarios | |||
|---|---|---|---|
|
Carbono (C) |
Potasio (K) |
Cobre (Cu) |
Hidrógeno (H) |
|
Azufre (S) |
Manganeso (Mn) |
Oxígeno (O) |
Calcio (Ca) |
|
Molibdeno (Mo) |
Nitrógeno (N) |
Magnesio (Mg) |
Boro (B) |
|
Fósforo (P) |
Hierro (Fe) |
Cloro (Cl) |
Sodio (Na) |
Al evaluar todos estos factores en conjunto, se comprende que nuestros suelos agrícolas no están en tan buenas condiciones en términos de fertilidad como se piensa. Para que la agricultura se realice en un sentido científico, es necesario conocer bien las propiedades de los suelos y elaborar programas de fertilización en consecuencia.
Fertilizantes nitrogenados muy utilizados;
Fertilizantes nitratados: También existen fertilizantes de nitrato de calcio, nitrato de potasio y nitrato de magnesio que contienen nitrógeno en forma de nitrato. El ácido nítrico concentrado (HNO3), utilizado en la producción en invernaderos tanto para reducir el valor de pH del agua de riego como para abrir obstrucciones en el sistema de riego por goteo, contiene un 17% de nitrógeno (N) por volumen.
Fertilizantes de amonio y nitrato (% 15 – 34.5 N): Son fertilizantes que contienen nitrógeno tanto en forma de amonio (NH4) como de nitrato (NO3). En nuestro país se producen fertilizantes de nitrato de amonio que contienen un 26% de N y un 33% de N. Los tipos de fertilizante de nitrato de amonio (NH4NO3) con 26% N y 33% N se utilizan más en la fertilización de cobertera en la agricultura (en el laboreo intermedio, en el riego, sobre el suelo en cereales). Los tipos que contienen 33% N o 34.2% N se pueden administrar a las plantas principalmente mediante riego por goteo y aspersión. Aunque el fertilizante de nitrato de amonio es un fertilizante de reacción neutra, puede mostrar un carácter ligeramente ácido debido a la conversión del ion amonio en nitrato y a la absorción de NH4.
Fertilizantes fosfatados muy utilizados;
Fosfato Monoamónico (MAP): Es un fertilizante compuesto que contiene fósforo y nitrógeno juntos en su estructura. En el fertilizante también conocido como MAP, hay un 11-25% de nitrógeno (N) y un 48-51% de fósforo (P2O5). Debido a que su contenido total de sustancias activas es muy alto (aproximadamente 70-75%), es el fertilizante más utilizado con riego por goteo como fuente de fósforo en el cultivo en invernaderos. El MAP es un fertilizante de carácter ligeramente ácido que contiene una alta proporción de fósforo y casi todo el fósforo que contiene pasa a un estado disponible para las plantas.
Fosfato Diamónico (DAP): Es un fertilizante compuesto como el MAP que contiene fósforo y nitrógeno juntos. El fertilizante DAP contiene un 16-18% de nitrógeno (N) y un 48-51% de fósforo (P2O5). Está en forma granular de color gris oscuro o blanco sucio. Contiene 3 kilos de fósforo por cada kilo de nitrógeno. Por esta razón, se utiliza más como fertilizante fosfatado. Una gran parte del fósforo que contiene, aproximadamente el 90%, es soluble en agua. Fisiológicamente tiene un carácter ligeramente alcalino. Su reacción se acidifica a medida que entra en contacto con el suelo y se descompone.
Fosfato Monopotásico (MKP): El MKP es un fertilizante compuesto que contiene un 52% de P2O5 y un 34% de K2O. Tiene una alta tasa de solubilidad en agua, no contiene sustancias de relleno, posee una estructura cristalina blanca y es de carácter ácido fisiológico. Al igual que el fertilizante MAP, se puede utilizar con riego por goteo y en la fertilización foliar. Cuando se disuelve en agua, el fósforo en su estructura puede ser absorbido fácilmente por las raíces de las plantas en condiciones de invernadero ligeramente ácidas. En términos de nutrientes vegetales, posee la mayor cantidad de sustancias activas (% 52 P2O5 + % 34 K2O = % 86) entre todos los fertilizantes.
Fertilizantes potásicos muy utilizados;
Nitrato de Potasio (KNO3): El nitrato de potasio es de color blanco y estructura cristalina, y es un fertilizante que contiene los elementos potasio y nitrógeno juntos. Es un fertilizante con una alta tasa de solubilidad en agua, de carácter alcalino fisiológico, que contiene nitrógeno en forma de nitrato (NO3) en un 13% y potasio equivalente a K2O en un 46%. Este fertilizante, ampliamente utilizado en aplicaciones por goteo y foliares, ha sido producido en los últimos años en una versión de carácter ácido fisiológico como fertilizante "KNO3 de bajo pH", lo que ha permitido un uso más seguro en la fertilización de plantas por riego por goteo. El fertilizante de nitrato de potasio debe aplicarse junto con la siembra o después de la siembra, especialmente en regiones irrigadas y lluviosas.
Sulfato de Potasio (K2SO4): Este fertilizante, que tiene una apariencia de sal blanca sucia en estructura cristalina, contiene tanto potasio (% 50-53 K2O) como sulfato (% 18 S). Debido a que no contiene cloro y posee potasio y azufre juntos, se utiliza ampliamente en la agricultura de huertos y en la horticultura en invernaderos a través del suelo y por riego por goteo. El sulfato de potasio es de carácter ácido fisiológico y puede reducir el pH del suelo cuando se aplica continuamente al mismo suelo. Debe aplicarse al suelo junto con la siembra; se aplica con éxito en plantas sensibles al cloro como la patata, el tabaco, los cítricos y la remolacha.
Aspectos a Tener en Cuenta en los Fertilizantes para Fertirrigación
Para que los fertilizantes y otros productos químicos se puedan aplicar de manera eficaz y correcta en la fertirrigación, es sumamente importante actuar de acuerdo con la información proporcionada a continuación.
- Los fertilizantes que no se disuelven completamente en agua (como la urea y el sulfato de amonio) son perjudiciales para el sistema de riego por goteo. Si es necesario utilizar estos fertilizantes, el fertilizante debe disolverse previamente en otro recipiente y, tras filtrar los sólidos, verterse en el tanque de fertilizante.
- Antes de administrar la solución de fertilizante al sistema de riego, se debe suministrar solo agua hasta alcanzar la presión de trabajo.
- Con la fertirrigación es posible aplicar conjuntamente nitrógeno, fósforo y potasio, además de otros macro y micro nutrientes vegetales en proporciones y cantidades adecuadas.
- En el método de fertirrigación, aunque algunos nutrientes vegetales se disuelven completamente en agua, pueden reaccionar dentro del sistema con otros nutrientes o con iones presentes en grandes cantidades en el agua de riego, como el calcio o el magnesio, formando precipitados. Por esta razón, conocer la calidad del agua de riego y las propiedades de miscibilidad de los fertilizantes es sumamente importante para el éxito de la aplicación.
- Si el agua de riego es caliza, el fertilizante fosfatado debe aplicarse al suelo como fertilizante base.
- La necesidad anual de fertilizante de las plantas se puede dividir por el número de riegos para calcular la cantidad de fertilizante necesaria para la fertirrigación. Sin embargo, la cantidad de fertilizante en el sistema de riego no debe exceder los 5 g/L.
- En la fertirrigación, el tipo de fertilizante debe ser de alta calidad, alta solubilidad y pureza, bajo índice de salinidad y un pH adecuado.
- No se deben utilizar juntos fertilizantes que contengan fosfatos con fertilizantes que contengan calcio.
- Una vez completada la fertilización, el sistema de riego por goteo debe continuar funcionando solo con agua durante 10-15 minutos.
- El nivel de pH del agua de riego utilizada en la fertirrigación debe estar entre 5.5 y 6.5. Para asegurar este rango, se pueden utilizar ácidos como el ácido fosfórico, ácido nítrico, ácido sulfúrico o ácido clorhídrico. De lo contrario, pueden producirse obstrucciones en los laterales y goteros.
- En el uso de ácido, el ácido debe añadirse al agua, pero nunca se debe añadir agua al ácido.
- Nunca se debe mezclar un ácido o un fertilizante ácido con cloro. El ácido y el cloro no deben almacenarse en la misma habitación.
- No se debe mezclar una solución de fertilizante concentrada con otra solución de fertilizante concentrada.
- No se debe mezclar un compuesto que contenga calcio con un compuesto que contenga sulfato, ya que se formará una mezcla de yeso insoluble.
- Al final de la temporada de riego, el sistema debe limpiarse haciéndolo funcionar con ácido nítrico al 0,3%.
- Las altas concentraciones de algunas combinaciones de fertilizantes pueden causar cristalización y la obstrucción de las tuberías.
Concentraciones que causan cristalización:
- Nitrato de calcio + sulfato de amonio = sulfato de calcio
- Nitrato de calcio + sulfato de potasio = sulfato de calcio
- MKP + fosfato de calcio = fosfato de calcio
- MAP + nitrato de calcio = fosfato de calcio
- Ácido fosfórico + nitrato de calcio = fosfato de calcio
Sistemas Automáticos de Fertilización y Fertirrigación
Los sistemas de fertilización automática aseguran la mezcla de fertilizante y agua, entregando a la planta la cantidad de fertilizante que necesita. Especialmente con la generalización del uso de fertilizantes líquidos y el desarrollo de aplicaciones de agricultura hidropónica, la necesidad de estos sistemas ha comenzado a aumentar. Aquí se pretende que el proceso de inyectar el fertilizante al sistema se realice de forma automática.
Principio de Funcionamiento de la Fertilización Automática:
Dosifica diversos fertilizantes y ácidos en la cámara de mezcla en una solución homogénea y los inyecta en la línea principal de agua de riego. La absorción de fertilizante y ácido en los canales de dosificación se basa en el principio Venturi. Esto se fundamenta en la diferenciación de la presión existente en la línea principal. Se puede diseñar en formas de 3+1, 4+1, 5+1 según la necesidad.
Componentes Principales de la Fertilización Automática
Venturi: Este equipo funciona según el conocido principio Venturi. Cuando un fluido que se mueve dentro de un Venturi pasa por la zona de estrechamiento, su velocidad aumenta y, debido a este aumento, se genera una presión inversa en esta zona. Esta presión inversa creada produce un efecto de vacío dentro de la zona de estrechamiento sin gastar energía extra, provocando la transferencia del fluido. Existen numerosos tipos diferentes de Venturi. Los más sencillos y fáciles de usar son los tipos que no requieren equipamiento adicional aparte del estrechamiento de la vía de flujo, que es el que hemos utilizado en este sistema. Durante el uso del Venturi, debe haber una válvula de retención en la línea que va desde el tanque de solución al Venturi para evitar el flujo de retorno.
Sensor de EC: EC indica la conductividad eléctrica. Dado que la conductividad del agua depende de los iones disueltos en ella, la EC también expresa la proporción de sal disuelta en el agua. Es decir, en cierto sentido, es el valor de salinidad del agua. La parte que concierne a las plantas es la siguiente: si la savia de la planta es más densa que el agua alrededor de sus raíces, el agua es absorbida por la planta. Pero si este agua es más salada que la savia de la planta, la absorción no ocurre. Si este problema se agrava, resulta en la muerte de la planta. Si la solución nutritiva preparada para la planta es superior a la tasa máxima de salinidad que la planta puede tolerar, en este caso la planta no puede absorber el agua y se seca.
En este sistema, la dosificación de fertilizante también permite que el fertilizante se entregue al sistema con control de EC y pH en la cantidad que deseamos y ajustamos. La unidad de control también ofrece control de EC en el programa de fertilización proporcional combinado con el volumen de agua. Al realizar la medición de la conducción eléctrica, se puede ajustar la densidad de los fertilizantes añadidos al agua de riego. Del mismo modo, cada cultivo cultivado tiene sus propias demandas específicas de EC dependiendo de sus periodos de cultivo. Todos estos factores deben ajustarse, medirse y aplicarse a las plantas en conjunto. De esta manera, se puede obtener el máximo rendimiento y calidad de la fruta o verdura. Con el sensor de EC se mide el valor de conductividad de la solución en la línea de salida del dispositivo de control de fertilización; si no se alcanza el valor de medición deseado, se da una advertencia y se detiene el sistema.
- Evite el uso de fertilizantes a base de cloro en suelos donde el valor de EC es alto.
- EC/TDS
- Rango de EC: 0,0 a 10,0 mS/cm
Resolución de EC: 0,1 mS/cm
Precisión de EC: ±0,078 mS/cm
Sensor de pH: El pH es una unidad de medida que define el estado de acidez o basicidad de una solución. El valor de pH del agua pura es 7. A medida que el valor de pH de una solución se acerca a 0, aumenta su grado de acidez, y a medida que se acerca a 14, aumenta su grado de basicidad. Para que la planta pueda absorber los nutrientes necesarios del suelo, el pH debe encontrarse en ciertos valores. En suelos de pH bajo, aumenta la absorción de metales pesados como el cobre, manganeso, hierro, zinc, aluminio y boro junto con el catión nítrico (conversión de urea en amonio), mientras que disminuye la absorción de magnesio, calcio, nitrato, fósforo y potasio. Esta situación afecta directamente al rendimiento. En suelos de pH alto, la absorción por parte de la planta de microelementos como hierro, manganeso, boro y zinc, así como del fósforo, es más difícil.
Si el proceso de fertilización se realiza con valores ideales, la planta puede recibir todos los valores nutricionales que necesita de forma completa. En las aguas de riego de nuestro país suele experimentarse el problema del pH alto. Los valores altos de pH causan pérdida de rendimiento en la planta cultivada y una disminución en la calidad de los suelos. Gracias a este sensor que hemos desarrollado, estos valores se miden continuamente y, según los valores obtenidos, se realizan ajustes en la concentración de fertilizante para realizar el proceso de fertilización en los rangos adecuados para el desarrollo de la planta. Si existe un problema de pH alto, se añade ácido nítrico al sistema. En otras palabras, al añadir ácido nítrico al sistema, nuestro valor de pH alto se reduce hasta el nivel deseado. De esta manera, se aumenta la calidad del agua de riego y se puede realizar una fertilización más eficiente. Los requerimientos de pH y EC de ejemplo según los tipos de plantas se muestran en la tabla.
Caudalímetro de flotador: Este tipo de caudalímetros se utilizan para detectar el flujo instantáneo de fluidos líquidos y corrosivos. El flotador, que se conecta verticalmente y se mueve libremente sin fricción con el paso del flujo de abajo hacia arriba, cambia de posición al ser empujado por el fluido. Este cambio depende de la tasa de flujo, el peso del flotador y la densidad y viscosidad del fluido. Gracias a su cuerpo de PVC, puede utilizarse de forma duradera en entornos corrosivos.
Bomba Centrífuga de Acero Inoxidable: La bomba preferida en este sistema es de acero inoxidable AISI 304, altamente resistente a la alta presión de fuerza y al tratamiento térmico elevado. Ha sido seleccionada para ser adecuada para su uso durante muchos años en entornos con ácido y fertilizante. El uso de una sola bomba en el sistema reduce significativamente el costo y minimiza los gastos de mantenimiento y reparación en el futuro.
Ventajas que Ofrece el Sistema de Fertilización
Ventajas que ofrece el sistema;
- Todas las piezas utilizadas en este sistema han sido seleccionadas de materiales de PVC y acero inoxidable resistentes al ácido y al fertilizante.
- Se puede asegurar una fácil instalación y transporte.
- Requiere menos tiempo y mano de obra en la aplicación.
- Gracias a la capacidad de desmontaje y montaje de las piezas, las reparaciones y el mantenimiento se pueden realizar fácilmente en caso de cualquier avería.
- Puede funcionar sin necesidad de un tanque de mezcla de fertilizante y de equipos grandes que puedan ocupar espacio extra en el terreno.
- Se pueden desarrollar diferentes formulaciones en la producción según las necesidades para diseñar el dispositivo más adecuado.
- Se pueden añadir válvulas proporcionales o válvulas de apertura/cierre al sistema según se desee.
- Se proporciona protección contra usos no autorizados en la aplicación mediante la gestión de inicio de sesión de usuario.
- Se puede definir el riego secuencial o programado a través de la aplicación.
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