Las válvulas accionadas eléctricamente en los sistemas de dosificación de fertilizantes desempeñan un papel crucial al proporcionar una entrega precisa de nutrientes a los cultivos. Esto mejora el crecimiento de las plantas, reduce el desperdicio y minimiza el impacto ambiental. Sin embargo, estos sistemas enfrentan desafíos significativos debido a la naturaleza corrosiva de los fertilizantes y al desgaste inherente de las válvulas.
La Corrosión y los Fertilizantes
El equipo de fertilización a menudo se enfrenta a desafíos de corrosión debido a las propiedades de los fertilizantes. Estas sustancias reaccionan frecuentemente con metales, lo que conduce a la formación de compuestos como amoníaco o sulfuro de hidrógeno. Las soluciones que contienen fertilizantes ácidos con cloruro, especialmente aquellos con un pH por debajo de 3.5, son altamente corrosivas.
Los fertilizantes líquidos a base de nitrógeno, como el nitrato de amonio y la urea, reaccionan lentamente con el acero, y la velocidad de reacción aumenta en las juntas soldadas, pernos y agujeros. Por el contrario, las soluciones a base de fosfato, como el fosfato de amonio, son menos agresivas, ya que pueden crear una capa protectora que resguarda el metal de una mayor reacción con soluciones a base de nitrógeno. Incluso en condiciones de almacenamiento en seco, los fertilizantes pueden absorber humedad del aire y volverse corrosivos.
Resistencia de Materiales a la Corrosión
Las pruebas de corrosión indican que el acero al carbono es vulnerable a los fertilizantes a base de nitrógeno. En contraste, el aluminio, el cromo y el acero inoxidable de cromo-níquel muestran una mayor resistencia. Entre estos, los aceros inoxidables de cromo-níquel destacan por su resistencia en soluciones de fertilizantes mixtos.
- Aceros Inoxidables: Los aceros inoxidables, especialmente el 304 y 316, se utilizan comúnmente para manipular fertilizantes líquidos debido a su resistencia, resistencia a la corrosión, facilidad de limpieza y resistencia al desgaste. El contenido de níquel proporciona resistencia y resistencia a la corrosión, mientras que el cromo forma una fina película de óxido que protege la superficie. Sin embargo, las válvulas de acero inoxidable son propensas a la corrosión por tensiones.
- Aluminio: El aluminio y sus aleaciones son generalmente resistentes a la corrosión al formar una capa protectora de óxido. No obstante, ofrecen baja resistencia a productos químicos que pueden atacar esta capa y son susceptibles al ataque por ácidos y soluciones cáusticas, especialmente en presencia de cloruros, donde pueden presentar grietas por corrosión. Ofrecen la mejor resistencia a la corrosión en el rango de pH de 4.5 a 7.0.
- Acero al Carbono: El acero al carbono es adecuado para manipular amoníaco anhidro pero es susceptible a ácidos y fertilizantes ácidos. Tiene una resistencia limitada a las soluciones de fertilizantes.
- PVC: Los plásticos como el PVC son libres de corrosión y se utilizan en aplicaciones de bajo costo, lo que los hace adecuados para manipular soluciones de fertilizantes corrosivas.
Se pueden agregar inhibidores como tiourea, tiocianato de amonio y benzotiazol Z-mercapto a los fertilizantes para proteger el acero suave expuesto al nitrato de amonio o amoníaco.
Tipos de Válvulas y su Aplicación en Fertirrigación
La maquinaria agrícola es una parte indispensable de la agricultura actual. Mediante sistemas de cartografía controlados por satélite y un control muy preciso de las válvulas instaladas, se calcula la cantidad óptima de fertilizante y semillas para cada lugar del campo, logrando los objetivos de la agricultura de precisión.
Válvulas Específicas para Fertilizantes
- Electroválvulas de Fertilizantes: Se utilizan para controlar la cantidad de agua que se empleará en el riego, la presión a la que realizará la salida del agua, así como el tipo de agua (limpia o reciclada). El sistema "no lee" los porcentajes de cada fertilizante directamente, sino que interpreta estos porcentajes, convirtiéndolos en una relación proporcional de los tiempos de inyección, es decir, el tiempo que cada electroválvula permanece abierta hasta conseguir la conductividad eléctrica (CE) deseada.
- Válvulas de Manguito: Encuentran muchos campos de aplicación en el ámbito agrícola actual, especialmente en aplicaciones de dosificación y regulación. Estas válvulas se usan en pulverizadores de campo para regular o detener de manera fiable el flujo del fertilizante. Otro campo de aplicación son los sistemas de almacenamiento y dosificación, donde controlan el paso del producto.
Válvulas Generales de Riego con Aplicación en Fertirrigación
La elección de las válvulas de riego dependerá de las necesidades y del tipo de instalación.
- Válvula de Esfera (o Bola): Regula el flujo de agua que pasa a través de la instalación de tuberías mediante un mecanismo formado por una esfera o bola. La apertura del paso de agua se controla girando una palanca un cuarto de vuelta. Son muy eficaces, sencillas de utilizar y no suelen presentar fugas si la instalación es correcta.
- Válvula de Compuerta: Formada por una pieza con forma de compuerta o cuchilla. Cuando está abierta, la compuerta permanece colocada en el sobrante de la válvula. El movimiento se acciona mediante una pieza superior que, al girar, controla la posición y altura de la compuerta y, por tanto, el paso de agua. El cierre es hermético, aunque requiere bastante fuerza para su operación.
- Válvula de Mariposa: Constituida por un disco en forma de lenteja en su interior que sirve para regular el paso de agua. Muy utilizada para instalaciones con grandes volúmenes de fluido y en diversos usos, como líquidos con o sin sólidos en suspensión.
- Válvulas Hidráulicas: Su principal función es cerrar el paso del agua una vez finalizado el proceso de riego. Un aspecto a destacar es que utilizan la propia fuerza del agua para regular el flujo.
Válvulas de Seguridad
Las válvulas de alivio de presión o de seguridad están diseñadas para liberar un fluido cuando la presión interna de un sistema supera el límite establecido. Su función es evitar explosiones, fallos de equipos o tuberías por exceso de presión. Existen también válvulas de alivio que liberan el fluido cuando la temperatura supera un límite establecido.
Comprender cómo funciona una válvula de control de riego PGV, PGV-101G
Métodos de Fertilización y Aplicación de Válvulas
El avance tecnológico ha abierto la puerta a mejores prácticas en la fertilización y ofrece nuevos equipos. Para elegir el método de fertilización, es fundamental saber si se requiere una aplicación cuantitativa o proporcional.
Fertilización Cuantitativa
La fertilización cuantitativa es el método tradicional. Se aplicaba el fertilizante en esta forma por no tener la tecnología adecuada para hacerlo diferente o mejor. Normalmente se expresa en kilogramos del nutriente (N, P, K, etc.) por hectárea, en un determinado período de tiempo. Para definir la demanda de nutrientes de un cultivo y elaborar un plan de fertilización cuantitativa, es necesario crear una curva de absorción o extracción de nutrientes en cada etapa.
Cuando el fertilizante es sólido, hay que disolverlo en agua para poder inyectarlo, considerando el límite de solubilidad declarado por el fabricante, que depende de la temperatura. Para aumentar la eficiencia de la fertilización cuantitativa, es recomendable usar inyectores de multicanal.
La aplicación cuantitativa puede ser también automática. El controlador reparte el volumen de fertilizante a lo largo de todo el tiempo destinado al fertirriego y ejecuta automáticamente las fases de llenado y presurización, inyección de fertilizante y transporte. Es posible tener un equipo automático incluso en campos con válvulas manuales, donde la apertura y cierre se hacen manualmente, pero la aplicación del fertilizante es automática. En el controlador del equipo automático de inyección se programa cuántos litros por riego inyectar de cada tanque.
Fertilización Proporcional
La relación kg fertilizante/unidad de superficie no es la más recomendable cuando se cuenta con un sistema de riego. Es mucho más preciso, útil y a la larga fácil de manejar, relacionar los fertilizantes con la dotación de riego que se aporta a los cultivos. Para esta misión se utilizan los sistemas de inyección múltiples automatizados, que conducen los fertilizantes directamente al sistema radicular de manera eficiente, minimizando las pérdidas de nutrientes por precipitación y las obturaciones en el sistema de riego.
Los sistemas de inyección de fertilizantes automatizados de múltiples vías están presentes en cultivos de alta rentabilidad y elevado grado de tecnificación. Estos sistemas permiten realizar múltiples soluciones nutritivas, adaptándose a las necesidades específicas de cada cultivo o estadio de desarrollo. Para lograr esa versatilidad, no hace falta variar constantemente los tipos de fertilizantes o sus mezclas, solo es necesario modificar las consignas a introducir en el sistema de inyección: porcentaje de cada depósito, CE y pH.
Para elaborar una solución nutritiva proporcional hay que tener un análisis de agua reciente y confiable. La conductividad eléctrica (CE) de la solución nutritiva refleja el nivel total de los iones disueltos en el agua. Mantener la CE deseada en el equipo de inyección y en los goteros indica que se está aplicando la solución correcta.
La fertilización cuantitativa se usaba tradicionalmente en todos los cultivos, pero el cultivo en sustratos de bajo volumen exigió el cambio a la fertilización proporcional y de multicanal. Actualmente, muchos agricultores utilizan equipos manuales de multicanal para cultivos extensivos en campo abierto, y en frutales, algunos equipos son automáticos, facilitando la operación y asegurando mayor precisión y eficiencia.
Componentes Clave de los Sistemas de Inyección
Tanques de Fertilizantes y Ácido Nítrico
Normalmente hay tres depósitos de almacenamiento de fertilizantes: uno para Nitrato de Calcio (A), otro para ácido Fosfórico (B) y otro para Nitrato Potásico (C). Si se desea añadir otro tipo de fertilizante, se realiza usando uno de estos depósitos. La cantidad de fertilizante que se añade al tanque es fija y oscila entre el 10% y el 15% para Nitrato de Calcio y Potasio, y alrededor del 5% para el ácido fosfórico. Todos los sistemas automatizados tienen un tanque para regular el pH con ácido nítrico.
Es importante cuidar que no se coloque en el mismo tanque de fertilizante concentrado una fuente de calcio con fuentes de sulfato o de fosfato. El calcio reacciona con estos elementos y forma un sólido (pasta) insoluble. Esta situación pone en peligro el funcionamiento del sistema hidráulico al tapar filtros, goteros y sedimentarse en las paredes de la tubería, especialmente en el tanque de fertilizante, que es muy concentrado y con bajo movimiento.
Sistemas de Inyección
Principalmente hay dos tipos de sistemas de inyección:
- Bombas Motorizadas: Ofrecen una inyección controlada.
- Inyectores Venturi: Son los más generalizados, muy versátiles, fáciles de manejar y económicos. Los venturis tienen un rotámetro transparente y un flotador, lo que permite al operador ver el flujo de fertilizante y ajustarlo con una válvula para inyectar más rápido o más despacio.
Fases de la Fertirrigación
El proceso de fertirrigación se divide en tres fases principales:
- Llenado y Presurización del Sistema: Cuando se inicia un riego en un sistema no antidrenante, el riego comienza con alto caudal y baja presión.
- Inyección del Fertilizante: En esta fase, las válvulas controlan la entrada del fertilizante al sistema.
- Transporte del Último Fertilizante Inyectado: Hay que dejar tiempo para que el último fertilizante inyectado en el cabezal se transporte al sector deseado. Esto se logra aplicando solo agua durante el tiempo necesario, asegurando que el fertilizante se vacíe en el sector correcto y no quede en la tubería o vaya a otro sector en el siguiente riego. Este tiempo se conoce como "Tiempo de avance" y se puede medir físicamente con cambios de conductividad eléctrica, pH o color en cada sector de riego.
Ventajas y Consideraciones
Los sistemas de inyección de abonos y equipos para fertirriego que utilizan bombas dosificadoras ofrecen una precisión superior en el aporte de nutrientes y aseguran una distribución más uniforme y eficiente, superando las limitaciones de los tanques tradicionales.
Es importante tener en cuenta que, al trabajar con equipos agrícolas y de riego, existen riesgos. El usuario debe cumplir con todas las medidas de seguridad pertinentes para todos los equipos y materiales. Por ejemplo, se debe utilizar ropa protectora, calzado y protección ocular según sea necesario. Algunos productos químicos y fertilizantes son peligrosos y su uso está sujeto a las leyes y normativas locales.
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