Riego localizado mediante tuberías porosas

El riego por exudación (o exudante) es un sistema de riego localizado que aplica el agua de forma continua mediante un tubo poroso que exuda agua en toda su longitud y en la totalidad o parte de su superficie (Pizarro, 1996; Poritex, 2010, 2014). A diferencia con un gotero, que tiene un único punto de emisión, la multitud de puntos de emisión de las tuberías porosas le confieren ventajas e inconvenientes a su comportamiento hidráulico y características puntuales del mismo, como los relacionados con la obturación (Burbano et al., 2000, 2001; Tillo, 2006; Casado y Sirgado, 2015; Porras, 2015, 2015; Portal Frutícola, 2020).

Han existido en el mercado 4 tipos de tubería exudante según Poritex (2014): tubería de polietileno intensamente perforada con rayos láser, tubería de celulosa en la que el agua es transpirada por los espacios intermoleculares de la red celulósica, tuberías de caucho reciclado (TPE) que aplica el agua a través de micro-túneles laberinticos con una pared porosa de 2,6 mm de espesor y la tubería textil exudante (TTE), en la que el agua es exudada entre la trama de un tejido de fibra sintética de poliéster, impregnada con una resina porosa.

Según información brindada por Poritex (2014), la tubería perforada con rayos láser no logró un impacto en la industria del riego presurizado, por su alto costo y por la facilidad con que los micro-orificios se obturaban, especialmente con cristales de los fertilizantes, que precipitaban en los bordes de cada orificio al finalizar el riego, pues éste presentaba irregularidades y aristas causadas por el rayo láser. La tubería de celulosa presentó el inconveniente de su poca durabilidad, tanto por roturas mecánicas (era muy poco resistente a la tracción) como por el efecto de los micro-organismos del suelo, que la utilizaban como sustrato para su alimentación, descomponiéndola biológicamente. La tubería de caucho (TPE) reciclado a pesar de tener una larga vida, también presenta problemas de obturación por concentración de sólidos en suspensión y por formación de cristales de los fertilizantes.

Al evaluar este último tipo de tuberías porosas (TPE) Casado y Sirgado (2015), señalan que las mismas presentan un interés adicional al servir para el reciclado de un elemento problemático a nivel medioambiental como son los neumáticos de caucho, pero indican que Teeluck y Sutton (1998, citado por Casado y Sirgado (2015), al estudiar experimentalmente la variación del gasto desaguado en una TPE, concluyeron que la tubería estudiada no posee las cualidades adecuadas como ramal de riego debido a su alto coeficiente de variación, del 0,20 a 0,35, que además aumento con el paso del tiempo. Por su parte Pinto et al. (2014), en un estudio más reciente, ensayaron una TPE y concluyeron que a todas las presiones ensayadas se obtuvo un resultado satisfactorio del coeficiente de variación (valores próximos a 0,05). Asimismo, observaron unas pérdidas de carga que no parecían corresponder con las obtenidas por las expresiones clásicas y una curva de gasto que no era bien representada por la expresión potencial típica y propusieron otra más compleja, también empírica, que ajustaba mejor sus resultados experimentales.

En la actualidad, el sistema más extendido y utilizado es el tubo textil exudante (TTE), con aplicación continua de agua en toda su longitud y superficie, por ello, en lo adelante se hará énfasis solo en este tipo de tuberías porosas.

En Cuba este método de riego no ha sido aún utilizado por lo que existen vacíos en cuanto a su funcionamiento hidráulico para las condiciones de suelo, calidad del agua y adaptabilidad a diferentes cultivos, lo que requiere que el mismo sea evaluado.

En correspondencia con lo anterior, el presente trabajo tiene como objetivo realizar un estudio del arte sobre el riego localizado mediante tuberías porosas que permita conocer sus características generales, así como algunos resultados de investigación sobre su funcionamiento.

Según datos de diferentes fuentes Poritex (2010, 2014); ArteriaEcoAgro (2019); VisaREg (2019), estas cintas se fabrican en un telar de forma cilíndrica, de manera que se obtiene una cinta continua y sin costuras. Está fabricada con fibras de poliéster e impregnado con una resina permeable al agua que le da rigidez. Se presiona la cinta y se refuerza por ambos lados mediante planchado y bobinado sobre el propio envase.

Al introducirse agua en su interior, el tejido se transforma en un tubo de sección circular de 14,5 mm de diámetro interno, con una pared porosa de1 mm de espesor.

Las micro fibras de polietileno entrecruzadas forman una malla en la cual los poros tienen un tamaño medio de 4 a 5 micras y ocupan el 50% de la superficie.

La Figura 1a muestra la apariencia de la cinta original, mientras que en la 1b puede verse la cinta funcionando en el campo.

Es flexible, enrollable y resistente. No es afectada por las temperaturas extremas y tiene gran resistencia a la tracción y al reventamiento (hasta 15 kg·cm^-2) La durabilidad está enmarcada entre los treinta años.

Ofrece mayor facilidad en su operación y mantenimiento, es fácil de recoger y almacenar para realizar labores culturales, permite realizar fertirrigación con altos niveles de eficiencia.

A diferencia del riego por goteo, requiere un sistema sencillo de filtrado.

La Tabla 1 muestra las características generales de la cinta porosa ofertada por diferentes fabricantes (Poritex, 2014; VisaREg, 2019; Portal Frutícola, 2020).

El concepto de riego mediante sistemas porosos se remonta a la antigüedad donde según Tillo (2006), los fenicios utilizaron un sistema de riego que consistía en vasijas de arcilla porosa enterradas al pie de los olivos. Estas vasijas eran rellenadas de agua a intervalos regulares, la cual se filtraba hasta las raíces de los árboles gracias al efecto capilar según (Martínez de Azagra y del Río (2015), también en Cuba Ortega et al. (1986), indicaron las ventajas de este sistema para la repoblación forestal.

La TTE basa su funcionamiento en este principio, al mismo se le reconoce un carácter de auto regulador de su emisión por cuanto existe interacción, entre los potenciales de humedad del suelo, la carga del sistema (m.c.a.) y laabsorción por parte de la planta. La Figura 2 muestra de forma esquemática según Zaldivar (2020) el funcionamiento de esta interacción.

Según Zaldivar (2020), la ubicación en la Figura de la cinta bajo el área radicular se hace para efecto práctico, ya que el mismo no recomienda una profundidad mayor a los 5 cm.

De acuerdo con el concepto de auto regulación mostrado en la Figura 2, el agua sale de la cinta con una cierta tensión que se va equilibrando en la medida que el suelo se humedece, este equilibrio se rompe con la absorción por parte de la planta y se produce un flujo de entrada (cinta-suelo) y uno de salida (suelo-planta), a medida que es mayos la demanda del cultivo la velocidad de entrada al suelo por parte de capilaridad entre cinta-suelo y al revés ocurrirá lo contrario.

Esta, auto regulación del caudal, permite que el riego se haga en forma continua no existiendo riesgo de saturación del suelo si se trabaja con presiones similares a las que puede alcanzar la succión del suelo cuando alcanza la capacidad de Campo.

(Martínez de Azagra y del Río (2015), al trabajar con potes porosos, en los que se produce el mismo efecto de interacción suelo emisor, explican el fenómeno a través de la ecuación de continuidad y Darcy.

Por su parte Kacimov y Obnosov (2017), utilizando una modificación del modelo de Phillips para flujo no saturado, mostraron una solución para la relación tensión-flujo saturado y no saturado en tuberías porosas en riego sub superficial.

Según datos del Catálogo Técnico, citando varios ensayos realizados en laboratorio a este emisor en 25 muestras de 3 m de longitud (CEMAGREF, 1995; citados por VisaREg (2019), se determinó que la fórmula que define el caudal en función de la presión sigue la siguiente expresión:

A partir de la misma, elaboraron la curva presión gasto que se muestra en la Figura 3

Otros ensayos, tambien en laboratorio, realizados en la Universidad Politecnica de Madrid Casado y Sirgado (2015), con muestras de 1 m de largo, trabajando con presiones desde 1 a 10 m.c.a, encontraron desviaciones promedios relativas de los caudales de 0,22, valores que se reducián a 0,14 para las presiones mayores de 2 m y a 0,11 para las mayores de 4 m, estos autores señalaron que si bien los valores de las desviaciones son más altos de lo que es frecuente en riego por goteo los resultados podrían ser aceptables si se mantienen las características y encontraron además una ecuación del emisor como:

De las evaluaciones realizadas en laboratorio, los catálogos de diferentes fabricantes Poritex (2014); ArteriaEcoAgro (2019); VisaREg (2019), recomiendan trabajar hasta un máximo de 2 bar, aunque la presión de rotura es de 14,5 bar. Se recomienda no sobrepasar 1,2 bar dado que los micro poros de la resina pueden colmatarse y producir un hilo de agua. En atención a lo anterior, una ventaja del sistema puede encontrarse en que al proporcionar un bajo caudal permite abaratar los costos de la red de distribución de riego y regar con por gravedad por las bajas presiones admitidas.

En pruebas de campo Porras (2015) encontró coeficientes de uniformidad (CU) al utilizar riego por exudación, para el inicio de campaña de 94% y para el final 90%, concluyendo este autor que dichos valores para este índice tienen una categoría de excelente. Al comparar este sistema, con el riego por goteo en el cultivo de la quinua (Chenopodium quinoa Willd), encontró una disminución de la cantidad de agua aplicada con la cinta exudante de un 8% a la vez que el rendimiento se incrementó en 1,2 veces en relación a lo obtenido con el riego localizado. De acuerdo con estos resultados Porras (2015) concluyó que al obtener una relación B/C 20% mayor en el riego por exudación frente al gotero, este sistema constituía una mejor opción para el cultivo.

También al comparar el riego por goteo y exudación en lechuga (Lactuca sativa L.), repollo (Brassica oleracea L. var. Capitata) y brócoli (Brassica oleracea L. var. Italica) Benavides et al. (2017), encontraron resultados diferentes y concluyeron que el tratamiento de riego por goteo presentó mayor relación B/C para los cultivos de lechuga y brócoli, mientras que con el sistema de exudación en cultivo de repollo se obtuvo la mayor relación B/C.

Por su parte Burbano et al. (2017), comparó el riego por exudación con el riego por aspersión en 6 cultivos y concluyo que con el riego por exudación se obtuvo un ahorro del 60% del agua en promedio para todos los cultivos y se aumentó el rendimiento de los cultivos de sandía (Citrulus lanatus) de 12 a 31 t·ha^-1, maíz (Zea mays) 1 a 7 t·ha^-1, de 9 a 19 t·ha^-1 en pimentón (Capsicum annuum), de 1 a 2 t·ha^-1 en maní (Arachish ipogaea), de 10 a 24 t·ha^-1 en zapallo (cucrbita máxima) y en cebolla (Allium cepa) de 18 a 36 t·ha^-1. También al evaluar el riego mediante goteo y cinta exudante en túneles de cultivo Lab. Ferrer (2019), encontró que durante el período comprendido en el ensayo (1/8/2019 a 27/8/2019) al mantener un mismo tiempo de riego para ambos sistemas, la tubería exudante utilizo un 52% menos de agua que el riego localizado para mantener al cultivo de tomate en la ¨zona de confort¨ del cultivo.

La Figura 4, de acuerdo a resultados obtenido por Gurovich (1999), muestra que las diferencias en la descarga obtenidas con presiones desde 0,5 hasta 10 m.c.a para tubería virgen usada (1 año) son muy pequeñas, salvo el caso de la presión de operación de 0,5 m.c.a, lo que indica que basta usar una presión (superior a 1 m.c.a) para mantener limpias de sedimentos y/o cristales de sales que pudieran haberse acumulado en la pared interior de la TTE después de un año de uso con aguas salinas.

El rango de descarga es bastante alto (1 a 35 L/h/m de TTE); sin embargo, el incremento en la descarga con aumentos palatinos de presión, crece más sobre los 3 m.c.a, por lo que es posible operar normalmente este tipo de TTE en el que la pérdida de carga no es tan significa de acuerdo a los valores presentados en la Figura 3.

Para determinar las pérdidas de carga a lo largo de la tubería Gurovich (1999), utilizó un tramo de tubería de 200 m de largo conectado a una fuente de agua a presión, y aplico presiones iníciales de 5 y 10 m.c.a, respectivamente. Después de un período de operación continua de 24 horas, midió la presión del agua desde el final de la tubería y luego por tramos de 20 m de longitud hasta el punto de entrega de agua. De esta manera obtuvo las dos curvas de pérdidas de carga, que se muestran en la Figura 5.

De acuerdo con la Figura 5, la pérdida de carga es significativa, aun considerando que hay una reducción continua a lo largo de la tubería por su evacuación, y su presión interna se estabiliza alrededor de 1 m.c.a. a los 140 m del punto de ingreso. Esto indica que la fibra de poliéster impregnada en resina porosa es bastante rugosa en su interior; que este aspecto puede influir significativamente en la uniformidad de la descarga de una TTE específica, según sea su distancia desde el punto de ingreso del agua, lo que podría ser una limitación en su largo máximo la tubería.

El sistema de riego mediante tubería exudante también es recomendado para el riego subterráneo de céspedes Poritex (2010), recomendando en el caso de establecimiento mediante mantas en jardines regar manualmente durante los primeros 3 días, con el objeto que la raíz se conecte con el bulbo de humedad generado por la tubería. También es recomendado para el riego de arbustos y árboles en áreas públicas, añadiendo la ventaja de que al estar instalados sub superficialmente evita el daño que pudiera ocasionar el mantenimiento al jardín y el vandalismo.

De los diferentes trabajos consultados y manuales de los diferentes fabricantes se elaboró la Tabla 2 donde se resumen las posibles ventajas y desventajas del riego mediante manguera exudante.

El riego por tubería exudante es una técnica de riego localizado que aporta agua al suelo y cultivo a través de los poros de la tubería localizada en una franja de humedad a lo largo de la misma. Se fabricada con material geotextil de alta resistencia a la rotura, muy flexible y fácil de manipular. Aunque su costo es ligeramente mayor que el del riego por goteo o micro aspersión, diferentes evaluaciones de campo indican que puede ahorrar entre un 50 al 60% de agua y es capaz de trabajar con menos presión que otras técnicas de riego localizado.

Es una tecnología procedente de Europa (España) su uso se ha extendido a muchos países de América Latina como Chile, Perú, Nicaragua y México. En Cuba esta tecnología es de reciente introducción y está en proceso de evaluación en varios cultivos en la Estación Experimental del Instituto de Investigaciones de Ingeniería Agrícola y en el cultivo del Tabaco en el Instituto de Investigaciones de este cultivo situado en San Antonio de los Baños.