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Los sistemas multifuncionales de pivote central LEPA (aplicación precisa con baja energía) trabajan con eficiencias del 95 al 98%. LEPA usualmente se combina con prácticas agrícolas de surcado con bordos y trazados en círculo. LEPA fue desarrollado en Texas a principios de los años ochenta y actualmente su uso se ha difundido por todo el Estado. En esta ponencia se resumen ocho años de pruebas y demostraciones de campo. Se discuten también lineamientos sobre conversión, manejo y aplicación de agroquímicos con LEPA.
El concepto de LEPA se desarrolló gracias a los esfuerzos de ingenieros agrícolas de la Universidad de Texas A & M que tenían la idea de crear un sistema para reducir los requerimientos de energía, aplicando sistemas de riego de pivote central y maximizando la aplicación del agua de lluvia y la propia para el riego (Lyle y Bordovsky 1981). El objetivo principal es eliminar las altas pérdidas por evaporación y desarrollar un sistema de riego compatible con el surcado con bordos transversales. Este tipo de labranza es una práctica para reducir las pérdidas por escurrimiento (Gerard, 1987, Lyle y Dixon, 1977). Algunos investigadores desarrollaron prototipos de boquillas controladas que descargan el agua en forma de burbuja. Los orificios se ajustaron para soltar el agua a una altura de 50 a 100 mm (2 a 4 pulgadas) por encima de los surcos. Las pérdidas de agua con este sistema fueron apenas de 2 a 5%, en comparación con el 25 al 30% con los sistemas convencionales de aspersión (Lyle y Bordovsky, 1983). Durante el Seminario de Extensión Agrícola del Sistema de la Universidad de Texas A & M de 1983, se empezó a trabajar LEPA con los siguientes objetivos: 1) Hacer partícipes a los productores en el experimento, 2) Desarrollar un sistema LEPA en forma comercial y que fuera adecuado a los pivotes centrales nuevos o en operación, y 3) Determinar las restricciones para el diseño y manejo del sistema. Los dos puntos mas importantes de este esfuerzo fueron: a) reducir los costos de los materiales para LEPA y b) superar la resistencia de distribuidores y productores al desarrollo de esta tecnología.
En cooperación con fabricantes, se desarrollaron los cabezales del sistema LEPA, que pueden operar de tres diferentes maneras como se indica en la Figura 1. Se bajó el regulador de presión y se combinó con la boquilla y otras componentes para formar la cabeza del LEPA y así disminuir los requerimientos de presión de operación. Esta manera condujo al desarrollo de un LEPA con mangueras flexibles y de mayor presión. En los trabajos experimentales y pruebas de campo se encontró que la altura óptima del cabezal del LEPA es entre 20 y 46 cm (8 a 18 pulgadas) sobre el terreno.
Durante la época de cultivo de 1983 y 1984, se realizaron diversos ensayos de campo en las planicies altas de Texas para determinar si los cabezales del LEPA deberían colocarse en forma terciada sobre los surcos (trazados en círculo) sin disminución de rendimientos (Tabla 1). En 1987 se comercializó un cabezal integral y multifuncional del LEPA (Figura 2) cuya aceptación ha ido en aumento entre los productores. Los tres modos de operación se realizan simplemente ajustando la posición de la cubierta y volteando el cojinete del espesor. Actualmente, este es el único cabezal del LEPA comercialmente disponible, aunque se reportan otros que están en desarrollo.
LEPA difiere de otros tipos de boquillas y cabezales de baja presión de varias formas. Generalmente opera con presiones bajas y tiene mayor eficiencia de aplicación y distribución de agua para riego. La característica distintiva de LEPA es su flexibilidad para producir un patrón de distribución de agua de alta eficiencia que minimiza las pérdidas por aspersión y conserva secas las hojas de las plantas. Un verdadero cabezal de LEPA producirá dos patrones de aspersión adicionales. El modo de aspersión horizontal se diseñó para pre-riego, germinación de semillas, aplicación de herbicidas y aplicación de agroquímicos en cultivos de follaje bajo. El modo para aplicación de agroquímicos se diseñó para rociar la mezcla agua/agroquímicos en cultivos altos como el maíz. Una ventaja del modo para aplicación de agroquímicos es que se pueden rociar fácilmente las hojas por su parte inferior.
La diferencia entre LEPA y otros y tipos de sistemas de aspersión de pivote central, podrían ilustrarse mejor examinando una situación en particular. Las Tablas 2 y 3 resumen el ahorro potencial de agua y combustible con LEPA para sistemas de pivote central típico localizado en el área de Winter Garden al sur de TEXAS. Los cálculos se hicieron para un pivote de un cuarto de milla (400 m) instalado originalmente con impactos de presión alta y con las siguientes condiciones:
Figura 2b
| ID | CULTIVO | RENDIMIENTOS (kg/ha) | % de diferencia | |
|---|---|---|---|---|
| en c/surco | alternados | |||
| 83HC | maíz | 13293 | 13372 | +0.6 |
| 84DC | maíz | 11982 | 11948 | -0.3 |
| 84SF | maíz | 11859 | 11758 | -0.8 |
| 83WW | sorgo grano | 529 | 527 | -0.4 |
| 83SF | remolacha de azúcar | 54406 | 55594 | +2.1 |
Sistema de datos:
altura de bombeo = 250 ft. (pies)
pérdidas por fricción en el sistema = 22 psi (lib./pulg.
cuadradas)
presión de operación = 90 psi
gasto del sistema = 900 gpm (galones por minuto)
tiempo anual de operación = 2500 horas
Consideración: la planta de bombeo de diesel cumple las normas de funcionalidad de Nebraska: cada galón de diesel proporcionará 12.5 caballos de fuerza-hora de agua.
| Sistema | Eficiencia (1) (%) | Presión de operación | Horas de (2) operación | TDH (3) (pies) |
|---|---|---|---|---|
| Impactos de alta presión | 60 | 90 psi | 2500 | 509 |
| Boquillas de baja presión | 80 | 40 psi | 1875 | 393 |
| LEPA | 95 | 20 psi | 1579 | 347 |
(1) Eficiencia de aplicación supuesta para cada sistema
(2) Horas de operación promedio anual consideradas en las
eficiencias de aplicación de cada sistema
(3) TDH=carga dinámica total=altura de bombeo+pérdidas
de carga por fricción+presión de operación
| Sistema | Volumen de agua (acre-pie) | Diesel (galones) |
|
|---|---|---|---|
| Bombeada | Aplicada al cultivo | ||
| Impactos de alta presión | 414 | 248 | 23,260 |
| Caídas de la boquillas de baja presión | 310 | 248 | 13,486 |
| LEPA | 262 | 248 | 10,023 |
Los ensayos de campo permitieron comparar los rendimientos entre LEPA y los pivotes centrales comerciales equipados en sistemas parcialmente adaptados. Los detalles de estos ensayos se encuentran en New y Fipps (1990) y Fipps y New (1990). Los rendimientos utilizando LEPA o los sistemas convencionales se pueden observar en la Tabla 4.
| ID | CULTIVO | RENDIMIENTO (lib/acre) | INCREMENTO | ||
|---|---|---|---|---|---|
| LEPA | Convenc. | (lib/acre) | $/acre (1) | ||
| 86DM | maíz aislado | 56000 | 51400 | 4600 | 41 |
| 89LFA | maíz (azul) | 1909 | 1763 | 146 | 54 |
| 89TH | algodón | 797 | 705 | 92 | - |
| 89LFB | chícharo (vaina morada) | 1267 | 1055 | 262 | 42 |
| 85JHFA | cacahuate (Pronto) | 4765 | 4445 | 320 | 52 |
| 85JHFB | cacahuate (McRan) | 4235 | 3725 | 510 | 115 |
| 86JHF | cacahuate (NC7) | 4310 | 3210 | 1100 | 203 |
| 89GTA | cacahuate (Gk-7) | 6462 | 6050 | 412 | 53 |
| 89GTB | cacahuate | 6534 | 5978 | 556 | 120 |
| 89LF | cacahuate | 3689 | 3267 | 422 | 177 |
| 83SF | remolacha (2) | 8260 | 7360 | 900 | 151 |
| 90JR | cacahuate | 5449 | 4756 | 693 | - |
| 90EK | cacahuate | 5440 | 4370 | 1070 | 233 |
(2) Rendimientos en libras de azúcar por acre
En áreas con escasez de agua para riego los rendimientos son mayores cuando se utiliza LEPA que otros sistemas con equipo convencional, debido a que el cultivo recibe mayor volumen de agua. Por su parte, en donde el agua no es la limitante, se alcanzan rendimientos de maíz similares, aplicando sólo del 67 al 80% del agua aplicada por métodos convencionales.
Las caídas de LEPA se realizan cada tercer surco. El surco libre sin embargo, se ajusta cerca de las torres para dejar una caída fuera de los carriles y así no mojarlos. Para el cultivo de granos y vegetales las caídas se hacen a cada surco. A continuación se dan algunos lineamientos para adaptar a sistemas LEPA (mayor información y detalles en New y Fipps, 1990).
El espaciamiento entre surcos terciados es menor que el espaciamiento entre surcos usados con otros tipos de sistemas de aspersión de pivote central. Por esto se requirieron mas caídas (y salidas en la línea principal) para el pivote. Para acomodar las salidas adicionales requeridas por LEPA, los fabricantes de pivotes centrales ofrecen ahora caídas espaciadas entre 1.5 ó 2 m (60 a 80 pulgadas) en la línea principal. Cualquier espaciamiento se ajusta convencionalmente en tramos de 48 m de longitud. Esta longitud y espaciamiento facilitan el cultivo en círculo. Un “cuello de ganso” regular o brazo de surco se conecta a la salida de la línea principal. Los cabezales de LEPA se fijan a una manguera flexible que se conecta a una caida rápida estándar o directamente al cuello de ganso (Figura 2b).
Las salidas de agua en las líneas principales de los pivotes centrales existentes están espaciadas usualmente entre 2.6 y 3 m. Debido a que las caídas de LEPA están colocadas en el tercer surco (usualmente de 5 a 6 pies de separación), se requiere tubería adicional. La conversión a LEPA puede lograrse con uno de dos métodos: 1) usando las salidas con codos, piezas T y abrazadera, o 2) agregando salidas adicionales.
Para utilizar las salidas existentes se colocan los codos y tes que se requieran para dotar de agua a las caídas adicionales. Las caídas se fijan a la línea principal del pivote central, usando abrazaderas especialmente diseñadas que se ajustan exactamente a cada diámetro individual en la línea principal. La caída se conecta a cada codo o T con una tubería flexible perforada de polietileno y colocada a presión. Las nuevas salidas podrán instalarse usando un cople, - “swedge” - hecho de una aleación de metal por Lindsay Corporation. Este cople se inserta en una perforación en la línea principal y con una prensa hidráulica se comprime el cople contra la parte interior de la tubería, haciendo un sello hidráulico. Los cuellos de ganso se atornillan en el cople. La conversión a LEPA también puede lograrse soldando coples de roscas en la línea existente. Puesto que la soldadura destruye la cubierta galvanizada, los coples soldados se aplican en líneas principales sin galvanizar. Al igual que los coples swedge, los cuellos de ganso existentes y las caídas podrán usarse con los coples soldados.
Comparado LEPA con pivotes centrales de equipo convencional, por lo menos el 20% o más del agua llegará a los cultivos. Asimismo, el agua descargada al surco cubrirá una menor área de suelo. Es muy probable que ocurra escurrimiento, especialmente en suelos arcillosos, a menos que se tracen surcos con bordos profundos o cualquier otra práctica para mejorar la infiltración del agua. El pivote se tendrá que mover a mayor velocidad, para compensar el agua adicional que alcanza el suelo.
Los surcos con bordos transversales son uno de los métodos más efectivos para reducir pérdidas por escurrimiento. Es una práctica de labranza mecánica que consiste en colocar montículos de suelo a lo largo del surco a ciertos intervalos para que se estanque el agua. El agua de lluvia o de riego es atrapada y se conserva en los pequeños almacenamientos hasta que se infiltra en el suelo. Se encontró que estas prácticas reducen escurrimientos y se incrementan los rendimientos agrícolas (Jones y Clark, 1982; Lyle y Dixon, 1977). Gerard (1987) presenta en forma detallada estas prácticas.
Otro método para reducir el escurrimiento y mejorar la distribución del agua dentro en el suelo es el cultivo en círculos. Esto es cierto tanto para LEPA como para sistemas de pivote central convencionales. Asimismo, cuando los cultivos se plantan en círculo, el pivote nunca descarga toda el agua en pocos surcos. Se recomienda la programación de riegos usando instrumentos de monitoreo (p.ej. tensiómetros o bloques de cal). Para monitorear la operación del sistema y asegurarse que se entrega la presión adecuada, se instala un medidor de presión en la última caída al final de la línea principal. Los reguladores de presión de 6 psi usados con la mayoría de los cabezales LEPA requieren por lo menos una presión de entrada de 62 KPa (9 psi) para operar adecuadamente.
En los Estados Unidos, toda aplicación de agroquímicos se deberá hacer de conformidad con el programa de mejoramiento de marcas de la Agencia de Protección del Medio Ambiente de E.U. de 1988 y aplicable a los reglamentos estatales. Investigaciones realizadas han probado que LEPA proporciona la aplicación efectiva y segura de fungicidas y herbicidas (Bynum et al 1988). Este modo de aplicación de agroquímicos con LEPA se diseñó para dirigir el agua y los agroquímicos hacia arriba, hasta la parte alta de los cultivos, con objeto de tratar en forma efectiva la parte inferior de las hojas (Figura 1). Cambiar el modo de aplicación de agroquímicos en un pivote de 400 m le toma a una persona menos de una hora. A continuación se resumen resultados de demostraciones de campo desde 1987. Para mayor información ver New (1990) y New et al (1989).
Para la aplicación de insecticidas en el aire o suelo, a los insecticidas comerciales se les añade productos emulsivos para asegurar una buena mezcla con el agua. Sin embargo, de una mezcla de insecticida con el agua puede resultar que el insecticida se remueva de la planta por el agua de riego. En estos casos, se recomiendan portadores de aceite. Es por eso que los insecticidas más apropiados en la aplicación de agroquímicos son aquellos insolubles en el agua pero solubles en aceite. Puesto que la mayoría de los insecticidas contienen productos emulsivos, será necesario añadir aceite no-emulsionante para anular los efectos del emulsionante. Algunos insecticidas tienen baja solubilidad al agua, por lo que no siempre se requiere portador de aceite. Otros insecticidas son fácilmente solubles al agua y no así al aceite. Estos insecticidas funcionarán pobremente, puesto que su alta solubilidad en el agua no se puede nulificar mezclándola con un aceite. Con igual éxito se han usado aceites no emulsivos de origen vegetal o petrolero. Usualmente los aceites se mezclan 1:1 con el insecticida. Si se usa aceite vegetal (semilla de algodón, soya) sólo se debe usar una vez refinado, así como los emulsivos que se añaden durante los últimos refinamientos.
La investigación ha demostrado que los acaricidas pueden aplicarse en forma efectiva en la parte inferior de las hojas de maíz (el área donde viven los ácaros) con pivote central LEPA y modificado para aplicación de agroquímicos (Lyle et al 1989). New et al, 1990, presenta resultados detallados de pruebas de campo. Estos datos muestran que la cobertura de la parte anterior de las hojas inferiores del maíz, aplicando los agroquímicos “Comite” y “Capture” con LEPA, propiciaron un excelente control de ácaros. El aceite de semilla de algodón no emulsificado de 1.75 a 2.34 l/ha se puede mezclar con “Comite”, “Capture” o dimetoato, antes de la inyección para el control de ácaros.
LEPA (aplicación precisa con baja energía) es uno de los métodos de riego más eficientes en la actualidad y funciona con una eficiencia de aplicación empleando el “método de burbuja” del 95 al 98%. LEPA opera con presiones muy bajas y ofrece ahorros importantes en costos de energía. Desde el trabajo experimental original en la universidad de Texas A & M, la tecnología ha evolucionado en forma importante. Se han desarrollado numerosos ensayos de campo para probar los cambios en el concepto y en mejoras del diseño del cabezal de LEPA. Los rendimientos obtenidos con pivotes centrales parcialmente adaptados a LEPAs son mayores para LEPA que para los equipos convencionales en situaciones donde el agua es escasa. La aplicación de agroquímicos con LEPA ha probado ser efectiva para control de las plagas del maíz.
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