One of the most important aspects in the development of human beings is the use of various forms to transform energy into electricity from natural resources. This constitutes one of the energy solutions for rural populations according to the needs to be covered through sustainable projects (Ojeda et al., 2017OJEDA, E.; CANDELO, J.E.; SILVA, J.I.: “Solar and Wind Energy Potential characterization to Integrate Sustainable Projects in Native Communities in La Guajira Colombia”, Revista Espacios, 38(37), 1-11, 2017, ISSN: 0798 1015.) and the preservation of the environment (Andrade et al., 2011ANDRADE, C.S.; ROSA, L.P.; DA SILVA, N.F.: “Generation of electric energy in isolated rural communities in the Amazon Region a proposal for the autonomy and sustainability of the local populations”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15(1):493-503, 2011, ISSN: 493-503.). In this sense, there are several investigations that have been carried out in relation to the use of wind energy in rural communities (Munday et al., 2011MUNDAY, M.; BRISTOW, G.; COWELL, R.: “Wind farms in rural areas: How far do community benefits from wind farms represent a local economic development opportunity?” Journal of Rural Studies, 27(1), 1-12, 2011, ISSN: 0743-0167.; Andreu et al., 2013); Huesca et al., 2016HUESCA, M.E.; SHEINBAUM, C.; KÖPPEL, J.: “Social implications of siting wind energy in a disadvantaged region - The case of the Isthmus of Tehuantepec, Mexico. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 58, 952-965, 2016, ISSN: 1364-0321.), which have shown that it is possible to efficiently use the wind energy potential for agricultural production through irrigation systems powered by wind energy. Important steps are being taken in Cuba to put wind pumping in function of crops irrigation, which will allow saving conventional energy resources. Therefore, the objective of this research was to determine the design parameters of the sprinkler irrigation system with wind pumping in garlic cultivation in Primero de Enero Municipality of Ciego de Ávila Province.

The research was carried out during the years 2016, 2017 and 2018 at "La Cuchilla" farm, located in Sabicú Community in Primero de Enero Municipality, Ciego de Ávila Province, between coordinates 21° 52' of North Latitude and 78° 18´ West Longitude, with an area of 7.5 hectares where different crops such as tomato, garlic, beans, corn, yucca, banana, lemon, mango, coconut and others are grown.

The soil of the experimental plot is Typical Red Ferrallitic type, which correlates with the Ferralsols order according to the International Union of Soil Sciences IUSS (2007)IUSS.: “Base Referencial Mundial del Recurso Suelo. Primera actualización. Informes sobre Recursos Mundiales de Suelos, No. 103. FAO, Roma, 2007, ISBN: 1020-430X.. This soil has a depth of 0.35 cm and its hydro-physical properties are presented in Table 1, which shows the values of depth (P _r ), natural humidity (H _n ), soil density (ρ), density of the solid phase (ρ _s ), field capacity (C _c ), total porosity (P _T ), aeration porosity (P _a ) and micro porosity (M _p ). The infiltration test was determined using the Method of Standardized Infiltrometer of Double Cylinder with the Kostiakov Equation Castaño et al. (2008)CASTAÑO, S.; MORENO, L.; DE LA LOZA, A.; AGUILERA, H.; JIMÉNEZ, M.E.; MEDIAVILLA, R.: “Evaluación de pérdidas de agua y parámetros hidráulicos mediante ensayos de infiltración en campo”. Enseñanza de las Ciencias de la Tierra, 16(1), 64-71, 2008, ISSN: 1132-9157.. It allowed finding values of instantaneous velocity of 27.67 mm min^-1, initial velocity of 134.01 mm min^.-1, average speed of 59.78 mm min.^-1, basic speed of 33.67 mm min^.-1 and accumulated speed of 358.69 mm 8h^-1.

The experimental area consisted of a 931.00 m² (95.00 m x 9.80 m) plot with 28 rows planted at a distance of 0.10 m between plants and 0.35 m between rows for a density of 285714 plants per hectare. The crop used was garlic of Gibara variety, which is traditionally sown by farmers in the area. Sprinkler irrigation was used because it is the technique with which they obtain acceptable yields and its use is justified exclusively by the empirical experiences of local producers. This procedure coincides with that investigated by Mendoza et al. (1989)MENDOZA, M.R.G.; RAMIREZ, L.A.; RINCON, M.: “Respuesta del ajo a un gradiente de humedad”. Ingeniería e Investigación, 39-44, 1989, ISSN: 2248-8723.; Hanson et al.,2003HANSON, B.; MAY, D.; VOSS, R.; CANTWELL, M.; RICE R.: “Response of garlic to irrigation water”. Agric. Water Manage, 58, 29-43, 2003, ISSN: 0378-3774.; Prato (2016)PRATO, A.I.: “Evaluación financiera de ajo (Allium sativum L.), morado Nacional y Peruano en el altiplano cundiboyacense, Colombia”. Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria, 17(1), 43-53, 2016, ISSN: 0122-8706. from the use of sprinkler irrigation in this crop.

The irrigation system designed is of sprinkler type, powered by wind energy through a multi blade mill, SAMSON 1888 PAT. D model with tower height of 10 m, rotor diameter of 2.52 m, number of blades 15, pump cylinder diameter of 80 mm, piston displacement of 60 mm and starting speed of 2.5 m s^-1 (Méndez et al., 2019MÉNDEZ, J.N.; BROWN, M.O.; RODRÍGUEZ, C.J; JUNCO, D.P.A.: “Characterization of the Wind Speed to Design an Aspersion Irrigation System with Eolic Pumping”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 28(4): 73-80, 2019, ISSN: 2071-0054.).

The irrigation system consists of the following parts (Figure 1): wind pump, elevated tank with the determined height (H _tan ), system design load (H _D ), conductive pipe with diameter (D _c ) of 50 mm and length (L _c ) of 67.00 m, length from the volumetric pump to the beginning of the plot (L _B-P ) of 67.00 m, slope of the terrain (S _o ), elevation difference between the base of the pump and the plot (Δ _Z ) of 0.50 m measured topographically by a total station of the GGHH-90 model, lateral pipe length (L _L ) of 95 m and six sprinklers (N _a ).

The sprinkler used in the investigation is NaanDanJain 5022 model with low flow impact, 2.5 mm diameter bayonet outlet nozzle and integral jet directing fin. The spacing between laterals and sprinklers was 12 m with an emitter height of 0.60 m above the ground. A fixed lateral pipe and six emitters operating simultaneously (Figure 2) were used in which flow and outlet pressure data were taken at each of the points where the sprinklers were located.

The flow rate of the sprinkler (q _a ) was determined using the Volumetric Gauging Method (Playán et al., 2005PLAYAN, E.; SALVADOR, R.; FACI, J.M.; ZAPATA, N. MARTINEZ, A.; SÁNCHEZ, I.: “Day and night wind drift and evaporation losses in sprinklers solid-set and moving lateral”. Agricultural Water Management 76: 139-159, 2005, ISSN: 1541-1546.). The measurement was made at the nozzle of the sprinkler and the water depth that is supplied to the soil in the unit of time to satisfy the water demand of the crop was determined. Instruments were used as a test tube with a milliliter scale and a digital stopwatch with precision of 2 seconds. The effect caused by the intensity of application of the sprinkler was evaluated by comparing the sprinkler precipitation (I _a ) and the infiltration capacity of the soil (v _i ); having to achieve that I _a < v _i so that surface runoff does not occur.

The working pressure was measured with a Bourdon metal manometer DeWit model, with a total pressure of 11 bar (1100 kPa) and precision of 0.20 bar (20 kPa) as shown in Figure 3. The pressure difference between two sprinklers of a branch, should not be greater than 20% of the working pressure of the sprinkler chosen. Five repetitions of both parameters were carried out to work with the average value.

Irrigation programming was planned based on the water demand of the crop and the hydrophysical properties of the soil; therefore, different parameters were calculated such as: net irrigation depth, gross irrigation depth, sprinkler rainfall, irrigation interval, irrigation number and irrigation time.

The calculation of the gross irrigation depth was based on the relationship between the net irrigation depth required by garlic cultivation according to the characteristics of the existing Red Ferrallitic soil and the estimated efficiency in the irrigation system installed in the experimental plot. The equation used was the following:

Where: L _b is the gross irrigation depth (mm);L_n the recommended net irrigation depth (mm); P _r the depth of the root system (m); ρ the density of the soil (g cm^-3); C_c the field capacity in percentage based on dry soil (% bss); L_p the productive limit of the soil, estimated at 0.80Cc (% bss); NAP is the level of allowable depletion (0.55) according to Sandoval (2017)SANDOVAL, L.M.: “Modelos matemáticos para la estimación de caudales con vertederos de pared delgada y orificios utilizados en sistemas de riego”, 122 pp., Ed. Editorial Universitaria, La Habana, Cuba, 2017, ISBN: 978-959-16-4261-5. and Álvarez (2018)ÁLVAREZ, I.: Metodología para el uso sostenible del agua con fines hidroenergéticos y agrícolas en la cuenca del río Suchiate de Guatemala, 140 pp., Ed. Editorial Académica Española, 2018. ISBN: 978-6202105095. and η_s is the irrigation application efficiency (estimated at 0.70).

The calculation of the irrigation time was obtained from the relationship between the gross irrigation depth and the sprinkler precipitation; the latter was estimated from the flow rate of the sprinkler and the area of soil watered by a sprinkler, which made it possible to know more accurately the amount of water contributed to the crop in the unit of time.

Where:I_a is the sprinkler precipitation (mm h^-1); q_a the flow rate of the sprinkler (L s^-1); A _a the area of soil watered by a sprinkler (m²).

The calculation of the flow rate that the conductive pipe of the irrigation system must conduct was carried out taking into account the evapotranspiration of the crop determined according to Allen et al. (2006)AVILA, R.G.; PEREIRA, L.S.; RAES, D.; SMUTH, M.: “Evapotranspiración del cultivo: guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos Estudio FAO Riego y Drenaje 2006, ISBN 92-5-304219-2. and the efficiency of irrigation application and the gross hydro module, according to Pacheco et al. (2007)PACHECO, J.; ALONSO, N.; PUJOL, P.; CAMEJO, E.: “Riego y Drenaje”. Ed. Editorial Pueblo y Educación, Ciudad de La Habana, Cuba, pp.414, 1995, ISBN: 959-13-0146-4.. With this parameter, the economic diameter of the conductive pipe was determined using Bresse Equation.

Where: Q_c is the flow of the conductive pipe (L s^-1); q_b the gross hydro module (L s^-1 ha^-1); A_p the area irrigated by the system (ha); ET_c the evapotranspiration of the culture (mm month^-1); P_e the effective precipitation (mm month^-1); d irrigation days (0.80.I_r was assumed); η_s is the irrigation application efficiency (dimensionless) and v the average velocity of the water in the pipe (ms^-1).

The hydraulic calculation of the irrigation system was based on the use of the equations that are listed below:

Where: q_L is the flow of the lateral irrigation (m³ s^-1); V_r the volume of the lateral irrigation (m³); hf_c the friction pressure loss in the conductive pipe (m); hf _L the loss of pressure due to friction in the lateral pipe (m); hf_T the total load loss of the system (m); v_c and v _L are the flow velocities, in the conductor and the lateral respectively (m³ s^-1); F_c the Christiansen Multiple Output Correction Factor; N_s the number of sprinkler outlets on the side (dimensionless); H _D the design load of the system (m); P_a the pressure of the sprinkler measured with the manometer (m); H_tan the height of the water storage tank (m); Δ_Z the elevation difference between the base of the pump and the plot (m); C_B the elevation of the location of the pump (m.a.s.l) and C_P the elevation at the beginning of the irrigation plot (m.a.s.l).

In Table 2, the average flow obtained experimentally which was 0.25 L s^-1 and the area irrigated by each sprinkler that was 144 m², are shown. The average precipitation was 6.25 mm h^-1, which provided an irrigation time of 2.68 hours to supply the amount of water demanded by the crop

In Table 3, a summary of the parameters necessary to determine the water demand of the garlic crop is presented. It is observed that based on the local rainfall regime for the months of December to March, the total precipitation in that period is 169.46 mm; however, the one that can be exploited by the crop is 61.67 mm for a rain utilization coefficient of 0.36, which justifies the need for irrigation. On the other hand, it is expressed in the table itself that in the vegetative cycle the net needs are 252.42 mm; while the evapotranspiration of the culture is 314.09 mm, obtaining a negative water balance of 61.67 mm that needs to be replaced by irrigation with the application of a net irrigation depth of 11.75 mm and a gross irrigation depth of 16.78 mm in an irrigation interval that varies in each month from 4 days to 20 days with a mean value of nine days.

The total gross needs for garlic cultivation are 3606.02 m³ ha^-1, which, referring to 0.093 ha, which is the area irrigated by the irrigation system, allows a water volume of 335.72 m³ to be provided throughout the vegetative cycle of the crop. The hydro module obtained ranges between 0.19 L s^-1 ha^-1 and 4.79 L s^-1 ha^-1 with a mean value of 3.04 L s^-1 ha^-1; therefore, the flow that circulates through the conductive pipe is 1.02 m³ h^-1.

In Table 4, the fundamental parameters of the pipes and the sprinkler are shown. It is observed that the diameter selected for the conduit and the lateral is of 50 mm, because with the flow of 1.02 m³ h^-1 an economic diameter of 41.6 mm was obtained and the commercial diameter of 50 mm was adopted, because it allows reducing the losses of energy by friction and localized them to favor the work of the sprinklers. The irrigation system has a difference in level Δ _Z between the base of the pump and the plot of 0.50 m and a pressure of the sprinkler at the most critical point of 6.00 m.

In Table 5, it is shown that with a lateral of 50 mm, the flow through the pipe is 1.50 m³ h^-1, so the irrigation volume is 3.42 m³ (3 420 L). The system guarantees this volume through a water storage tank with a capacity of 5000 L and dimensions of 1.25 m in diameter and 4.10 m long. Total losses were relatively low at 0.13 m, giving a design load of 6.08 m and a tank placement height of 5.58 m (6.00 m).

Uno de los aspectos más importantes en el desarrollo del ser humano es el aprovechamiento de diversas formas de transformación de la energía en electricidad a partir de la utilización de los recursos naturales. Esto constituye una de las soluciones energéticas para las poblaciones rurales de acuerdo a las necesidades que se requieren cubrir por medio de proyectos sostenibles según Ojeda et al. (2017)OJEDA, E.; CANDELO, J.E.; SILVA, J.I.: “Solar and Wind Energy Potential characterization to Integrate Sustainable Projects in Native Communities in La Guajira Colombia”, Revista Espacios, 38(37), 1-11, 2017, ISSN: 0798 1015. y la preservación del medio ambiente (Andrade et al., 2011ANDRADE, C.S.; ROSA, L.P.; DA SILVA, N.F.: “Generation of electric energy in isolated rural communities in the Amazon Region a proposal for the autonomy and sustainability of the local populations”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15(1):493-503, 2011, ISSN: 493-503.). En este sentido son varias las investigaciones que se han realizado en relación con el uso de la energía eólica en comunidades rurales Munday et al. (2011)MUNDAY, M.; BRISTOW, G.; COWELL, R.: “Wind farms in rural areas: How far do community benefits from wind farms represent a local economic development opportunity?” Journal of Rural Studies, 27(1), 1-12, 2011, ISSN: 0743-0167.; Andreu et al. (2013); Huesca et al. (2016)HUESCA, M.E.; SHEINBAUM, C.; KÖPPEL, J.: “Social implications of siting wind energy in a disadvantaged region - The case of the Isthmus of Tehuantepec, Mexico. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 58, 952-965, 2016, ISSN: 1364-0321., las cuales han demostrado que es posible el aprovechamiento eficientemente del potencial energético eólico para la producción agrícola mediante los sistemas de riego accionado con energía eólica. En Cuba se dan pasos importantes para poner el bombeo eólico en función del riego de los cultivos, lo que permitirá el ahorro de recursos energéticos convencionales; por tanto, el objetivo de esta investigación consiste en determinar los parámetros de diseño del sistema de riego por aspersión con bombeo eólico en el cultivo del ajo en el municipio Primero de Enero de la provincia Ciego de Ávila.

La investigación se realizó durante los años 2016, 2017 y 2018 en la finca "La Cuchilla", localizada en la comunidad de Sabicú en el municipio Primero de Enero de la provincia Ciego de Ávila, entre las coordenadas 21°52´ de Latitud Norte y 78°18´ de Longitud Oeste, con una superficie de 7,5 hectáreas donde se desarrollan diferentes cultivos como tomate, ajo, frijoles, maíz, yuca, plátano, limón, mango, coco y otros.

El suelo de la parcela experimental es del tipo Ferralítico Rojo Típico el cual correlaciona con el orden Ferralsoles según la International Union of Soil Sciences IUSS (2007)IUSS.: “Base Referencial Mundial del Recurso Suelo. Primera actualización. Informes sobre Recursos Mundiales de Suelos, No. 103. FAO, Roma, 2007, ISBN: 1020-430X.. Este suelo tiene una profundidad de 0,35 cm y sus propiedades hidrofísicas se exponen en la Tabla 1, en la que se muestran los valores de profundidad (P _r ), humedad natural (H _n ), densidad del suelo (ρ), densidad de la fase solida (ρ _s ), capacidad de campo (Cc), porosidad total (P _T ), porosidad de aireación (P _a ) y microporosidad (M _p ). La prueba de infiltración se determinó mediante el método del infiltrómetro estandarizado de doble cilindro con la ecuación de Kostiákov según Castaño et al. (2008)CASTAÑO, S.; MORENO, L.; DE LA LOZA, A.; AGUILERA, H.; JIMÉNEZ, M.E.; MEDIAVILLA, R.: “Evaluación de pérdidas de agua y parámetros hidráulicos mediante ensayos de infiltración en campo”. Enseñanza de las Ciencias de la Tierra, 16(1), 64-71, 2008, ISSN: 1132-9157. con el que se encontró valores de velocidad instantánea de 27,67 mm∙min^-1, velocidad inicial de 134,01 mm∙min^-1, velocidad media de 59,78 mm∙min^-1, velocidad básica de 33,67 mm∙min^-1 y velocidad acumulada de 358,69 mm∙8 h^-1.

El área experimental consistió en una parcela de 931,00 m² (95,00 m x 9,80 m) con 28 surcos sembrados a una distancia de 0,10 m entre plantas y 0,35 m entre surcos para una densidad de 285 714 plantas por hectárea. El cultivo utilizado fue el ajo de la variedad Gibara, el cual se siembra de forma tradicional por campesinos de la zona. Se empleó del riego por aspersión por ser la técnica con el que obtienen rendimientos aceptables y su utilización se justifica exclusivamente por las experiencias empíricas de los productores locales. Este proceder coincide con lo investigado por Mendoza et al. (1989)MENDOZA, M.R.G.; RAMIREZ, L.A.; RINCON, M.: “Respuesta del ajo a un gradiente de humedad”. Ingeniería e Investigación, 39-44, 1989, ISSN: 2248-8723.; Hanson et al.,2003HANSON, B.; MAY, D.; VOSS, R.; CANTWELL, M.; RICE R.: “Response of garlic to irrigation water”. Agric. Water Manage, 58, 29-43, 2003, ISSN: 0378-3774.; Prato (2016)PRATO, A.I.: “Evaluación financiera de ajo (Allium sativum L.), morado Nacional y Peruano en el altiplano cundiboyacense, Colombia”. Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria, 17(1), 43-53, 2016, ISSN: 0122-8706., a partir de la utilización del riego por aspersión en este cultivo.

El sistema de riego diseñado es del tipo aspersión accionado con energía eólica a través de un molino multipala de la marca SAMSON 1888 PAT. D con altura de la torre de 10 m; diámetro del rotor de 2,52 m; número de palas 15; diámetro del cilindro de la bomba 80 mm; longitud de la carrera 60 mm y velocidad de arranque 2,5 m∙s^-1 (Méndez et al., 2019MÉNDEZ, J.N.; BROWN, M.O.; RODRÍGUEZ, C.J; JUNCO, D.P.A.: “Characterization of the Wind Speed to Design an Aspersion Irrigation System with Eolic Pumping”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 28(4): 73-80, 2019, ISSN: 2071-0054.).

El sistema de riego consta de las siguientes partes (Figura 1): aerobomba; tanque elevado con la altura determinada (H _tan ); carga de diseño del sistema (H _D ); tubería conductora con diámetro (D _c ) de 50 mm y longitud (L _c ) de 67,00 m; longitud desde la bomba volumétrica al inicio de la parcela (L _B-P ) de 67,00 m; pendiente del terreno (S _o ); diferencia de cotas entre la base de la bomba y la parcela (Δ _Z ) de 0,50 m medida topográficamente mediante una estación total de la marca GGHH-90; longitud de la tubería lateral (L _L ) de 95 m y seis aspersores (N _a ).

El aspersor utilizado en la investigación es del modelo NaanDanJain 5022 a impacto de bajo caudal, boquilla de salida a bayoneta de 2,5 mm de diámetro y aleta integral de direccionamiento del chorro. El espaciamiento entre laterales y aspersores fue de 12 m con una altura del emisor de 0,60 m sobre el suelo. Se utilizó una tubería lateral fija y seis emisores funcionando simultáneamente (Figura 2) en la que se tomaron datos de caudal y presión de salida en cada uno de los puntos en donde están ubicados los aspersores.

El caudal del aspersor (q _a ) se determinó mediante el método de aforo volumétrico (Playán et al., 2005PLAYAN, E.; SALVADOR, R.; FACI, J.M.; ZAPATA, N. MARTINEZ, A.; SÁNCHEZ, I.: “Day and night wind drift and evaporation losses in sprinklers solid-set and moving lateral”. Agricultural Water Management 76: 139-159, 2005, ISSN: 1541-1546.). La medición se realizó en la boquilla del aspersor y se determinó la lámina de agua que se aporta al suelo en la unidad de tiempo para satisfacer la demanda hídrica del cultivo. Se utilizó como instrumentos una probeta graduada a escala de un mililitro y un cronómetro digital con precisión hasta los segundos. El efecto que provoca la intensidad de aplicación del aspersor se evalúo mediante la comparación de la pluviometría del aspersor (I _a ) y la capacidad de infiltración del suelo (v _i ); debiéndose logra que I _a < v _i para que no ocurra escorrentía superficial.

La presión de trabajo se midió con un manómetro metálico de Bourdon de la marca DeWit con presión total de 11 bar (1100 kPa) y precisión de 0,20 bar (20 kPa) como se muestra en la Figura 3. La diferencia de presión entre dos aspersores de un ramal, no debe ser mayor al 20% de la presión de trabajo del aspersor elegido. Se realizaron cinco repeticiones de ambos parámetros para trabajar con el valor promedio.

La programación del riego se planificó en función de la demanda hídrica del cultivo y las propiedades hidrofísicas del suelo; por lo que se calcularon diferentes parámetros como: lámina neta de riego, lámina bruta de riego, pluviometría del aspersor, intervalo de riego, número de riego y tiempo de riego.

El cálculo de la lámina bruta de riego se basó en la relación entre la lámina neta de riego requerida por el cultivo del ajo acorde con las características del suelo Ferralítico Rojo existente y la eficiencia estimada en el sistema de riego instalado en la parcela experimental. La ecuación empleada fue la siguiente:

donde: L_b es la lámina bruta de riego (mm); L_n la lámina neta de riego recomendada (mm); P _r la profundidad del sistema de raíces (m); ρ la densidad del suelo (g∙cm^-3); C_c la capacidad de campo en porcentaje en base al suelo seco (%bss);L_p el límite productivo del suelo, estimado al 0,80C_c (%bss); NAP el nivel de agotamiento permisible (0,55) según Sandoval (2017)SANDOVAL, L.M.: “Modelos matemáticos para la estimación de caudales con vertederos de pared delgada y orificios utilizados en sistemas de riego”, 122 pp., Ed. Editorial Universitaria, La Habana, Cuba, 2017, ISBN: 978-959-16-4261-5. y Álvarez (2018)ÁLVAREZ, I.: Metodología para el uso sostenible del agua con fines hidroenergéticos y agrícolas en la cuenca del río Suchiate de Guatemala, 140 pp., Ed. Editorial Académica Española, 2018. ISBN: 978-6202105095.; η_s la eficiencia de aplicación del riego (estimada en 0,70).

El cálculo del tiempo de riego se obtuvo de la relación entre la lámina bruta de riego y la pluviometría del aspersor; esta última se estimó a partir del caudal del aspersor y el área de suelo regada por un aspersor, lo que posibilitó conocer con mayor exactitud 1a cantidad de agua aportada al cultivo en la unidad de tiempo.

donde:I_a es la pluviometría del aspersor (mm∙h^-1); q_a el caudal del aspersor (L∙s^-1); A_a el área de suelo regada por un aspersor (m²).

El cálculo del caudal que debe conducir la tubería conductora del sistema de riego se realizó teniendo en cuenta la evapotranspiración del cultivo determinada según Allen et al. (2006)AVILA, R.G.; PEREIRA, L.S.; RAES, D.; SMUTH, M.: “Evapotranspiración del cultivo: guías para la determinación de los requerimientos de agua de los cultivos Estudio FAO Riego y Drenaje 2006, ISBN 92-5-304219-2., la eficiencia de aplicación del riego y el hidromódulo bruto Pacheco et al. (2007)PACHECO, J.; ALONSO, N.; PUJOL, P.; CAMEJO, E.: “Riego y Drenaje”. Ed. Editorial Pueblo y Educación, Ciudad de La Habana, Cuba, pp.414, 1995, ISBN: 959-13-0146-4.. Con este parámetro se determinó el diámetro económico de la tubería conductora mediante la ecuación de Bresse.

donde: Q_c es el caudal de la tubería conductora (L∙s^-1); q_b el hidromódulo bruto (L s^-1 ha^-1); A_p el área que riega el sistema (ha); ET_c la evapotranspiración del cultivo (mm∙mes^-1);P_e la precipitación efectiva (mm∙mes^-1); d los días de riego (se asumió el 0,80∙I_r); η_s la eficiencia de aplicación del riego (adimensional); v la velocidad media del agua en la tubería (m∙s^-1).

El cálculo hidráulico del sistema de riego se basó en el uso de las ecuaciones que se relacionan a continuación:

donde: q_L es el caudal del lateral de riego (m³ s^-1); V_r el volumen del lateral de riego (m³); hf_cla perdida de carga por fricción en la tubería conductora (m); hf_L la perdida de carga por fricción en la tubería lateral (m); hf_T la perdida de carga total del sistema (m); v_c y v_L las velocidades del flujo en la conductora y el lateral respectivamente (m³ s^-1); F_c el Factor de corrección por salidas múltiples de Christiansen; N_s el número de salidas del aspersor en el lateral (adimensional); H_D la carga de diseño del sistema (m); P_a la presión del aspersor medida con el manómetro (m); H_tan la altura del tanque de almacenamiento de agua (m); Δ_Z el desnivel topográfico entre la bomba y la parcela de riego (m); C_B la la cota de emplazamiento de la bomba (msnm); C_P la cota al inicio de la parcela de riego (msnm).

En la Tabla 2 se muestra que el caudal promedio obtenido de forma experimental es 0,25 L∙s^-1 y el área que riega cada aspersor es de 144 m²; por lo que la pluviometría media es de 6,25 mm∙h^-1, lo que proporciona un tiempo de riego de 2,68 horas para aportar la cantidad de agua demandada por el cultivo.

En la Tabla 3 se presenta un resumen de los parámetros necesarios para la determinación la demanda hídrica del cultivo de ajo. Se observa que, a partir del régimen de precipitaciones de la localidad para los meses de diciembre a marzo, la precipitación total en ese periodo es de 169,46 mm; sin embargo, la que puede ser aprovechable por el cultivo es de 61,67 mm para un coeficiente de aprovechamiento de la lluvia de 0,36, lo que justifica la necesidad de riego. Por otra parte se expone en la propia tabla que en el ciclo vegetativo las necesidades netas son de 252,42 mm; mientras que la evapotranspiración del cultivo es de 314,09 mm, obteniéndose un balance hídrico negativo de 61,67 mm que se requiere reponer mediante la irrigación con la aplicación de una lámina neta de 11,75 mm y una lámina bruta de 16,78 mm en un intervalo de riego que varía en cada mes desde 4 días a 20 días con un valor medio de nueve días.

Las necesidades brutas totales del cultivo del ajo son de 3606,02 m³∙ha^-1, que referidas a 0,093 ha que es el área que riega el sistema de riego, permite aportar un volumen de agua de 335,72 m³ en todo el ciclo vegetativo del cultivo. El hidromódulo obtenido oscila entre 0,19 L∙s^-1 ha^-1 y 4,79 L∙s^-1 ha^-1 con un valor medio de 3,04 L∙s^-1 ha^-1; por lo que el caudal que circula por la tubería conductora es de 1,02 m³∙h^-1.

En la Tabla 4 se exponen los parámetros fundamentales de las tuberías y el aspersor. Se observa que el diámetro seleccionado para la conductora y el lateral de 50 mm, debido a que con el caudal de 1,02 m³∙h^-1 se obtuvo un diámetro económico de 41,6 mm y se adoptó el diámetro comercial de 50 mm, porque permite reducir las pérdidas de energía por fricción y localizadas para favorecer el trabajo de los aspersores. El sistema de riego presenta un desnivel Δ _Z entre la base de la bomba y la parcela de 0,50 m y una presión del aspersor en el punto más crítico de 6,00 m.

En la Tabla 5 se muestra que con un lateral de 50 mm, el caudal que circula por la tubería es de 1,50 m³∙h^-1, por lo que el volumen de riego es de 3,42 m³ (3420 L). El sistema garantiza este volumen a través de un tanque de almacenamiento de agua con capacidad de 5000 L y dimensiones de 1,25 m de diámetro y 4,10 m de largo. Las pérdidas totales fueron relativamente bajas de 0,13 m, dando una carga de diseño de 6,08 m y una altura de colocación del tanque de 5,58 m (6,00 m).