Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias Vol. 32, No. 1, January-March, 2023, ISSN: 2071-0054
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ORIGINAL ARTICLE

Impacts of Wind Pumping on Sprinkler Irrigation for Garlic Cultivation

 

iDNéstor Méndez JurjoIUniversidad de Ciego de Ávila (UNICA), Ciego de Ávila, Cuba.*✉:nestormj@unica.cu

iDOscar Brown ManriqueIUniversidad de Ciego de Ávila (UNICA), Ciego de Ávila, Cuba.

iDManuel Peña CasadevallsIUniversidad de Ciego de Ávila (UNICA), Ciego de Ávila, Cuba.

iDYaily Beltrán PérezIIEmpresa Agroindustrial Azucarera Primero de Enero, Ciego de Ávila, Cuba.


IUniversidad de Ciego de Ávila (UNICA), Ciego de Ávila, Cuba.

IIEmpresa Agroindustrial Azucarera Primero de Enero, Ciego de Ávila, Cuba.

 

*Author for correspondence: Néstor Méndez Jurjo, e-mail: nestormj@unica.cu

ABSTRACT

In order to determine the economic-productive, energy and environmental impacts of wind pumping in sprinkler irrigation for garlic cultivation, the investigation was carried out at "La Cuchilla" farm during 2016-2017, 2017-2018 and 2018-2019 cycles. The mass of the bulbs was 27.47 g, 27.81 g and 27.70 g, respectively, to average 27.66 g and the diameter of the bulbs reached values ​​of 3.92 g, 4.01 g and 3.85 g, respectively. The production volume was 231,400.00 pesos per hectare, the annual costs amounted to 18,929.77 pesos per hectare and the net benefit was 212470.23 pesos per hectare. The favorable production cost per peso of 0.08 cents with a value of 11.22 obtained in the Benefit-Cost ratio was much higher than the unit was. A multi-blade mill was utilized for pumping water instead of a LEPONO brand motorized pump, used by farmers in the region. It has a flow rate of 60 L min-1, maximum head 70 m, turning speed 3400 rpm and current intensity consumed by the 11 A motor and allowed an energy saving of 27.66 kWh corresponding to 146.77 kg of CO2 equivalent per hectare no longer emitted into the atmosphere.

Keywords: 
energy, wind pumping, atmosphere, sprinkling, benefit

Received: 02/2/2022; Accepted: 09/12/2022

Nestor Mendez Jurjo. Dr C., Departamento de Ingeniería Hidráulica. Universidad de Ciego de Ávila. UNICA, Ciego de Ávila, Cuba, e-mail: nestormj@unica.cu.

Oscar Brown Manrique. Dr C., Centro de Estudios Hidrotécnicos (CEH). Universidad de Ciego de Ávila. UNICA, Ciego de Ávila, Cuba, e-mail: obrown@unica.cu.

Manuel Peña Casadevalls. Dr C., Centro de Estudios Hidrotécnicos (CEH). Universidad de Ciego de Ávila, Ciego de Ávila, Cuba, UNICA, e-mail: casadevalls@unica.cu.

Yaily Beltran Perez. MSc., Especialista de Producción. Empresa Agroindustrial Azucarera Primero de Enero, Ciego de Ávila, Cuba, e-mail: yailybeltran@gmail.com.

The authors of this work declare no conflict of interests.

AUTHOR CONTRIBUTIONS: Conceptualization: N. Mendez. Data Curation: N.Mendez, O.Brown. Formal Analysis: N.Mendez, O.Brown, Y.Beltran, M,Peña. Investigation: N.Mendez, O.Brown, Y.Beltran, M,Peña. Methodology: N.Mendez, O.Brown, M,Peña. Supervision: N. Mendez. Validation: N.Mendez, O.Brown, M,Peña, Y.Beltran. Roles/Writing, original draft: N. Mendez. Writing. review & editing: N.Mendez, O.Brown, Y.Beltran, M,Peña,

This article is under license Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)

CONTENT

INTRODUCTION

 ⌅

Wind energy has shown a certain superiority compared to traditional energy sources, which is why it is considered one of the most precious, clean, abundant, cheap, inexhaustible renewable energy sources that is also part of the environment (Chang, 2011CHANG, T.P.: “Estimation of wind energy potential using different probability density functions”, Applied Energy, 88(5): 1848-1856, 2011, ISSN: 0306-2619.). It is predicted that due to greenhouse gas emissions, an increase in global warming between 1.4 and 5.8 °C will be reached by the end of the century, for which all the economies and ecosystems of the world will suffer serious consequences, if the necessary measures to mitigate this problem are not taken (World Bank, 2013WORLD BANK: “Atlas of Global Development: A Visual Guide to the World’s Greatest Challenges. Washington DC: Collins energías alternativas”, Geoenseñanza, 7(1-2): 54-73, 2013.; Chou et al., 2017CHOU, R.R.; MARTÍNEZ, S.K.E.; RAMÍREZ, R.R.: “Energía eólica y aerogeneradores: estudio comparativo de diferentes variantes para el perfeccionamiento de las multiplicadoras”, Revista Universidad y Sociedad, 9(4): 120-127, 2017, ISSN: 2218-3620.). There is a worldwide interest in the protection of the environment, the mitigation of the impact that man has generated on it and the rational use of natural resources. There is also a global benefit for encouraging the use of renewable energies as a means of reducing dependence on fossil fuels, mitigating additional risks, such as progressive pollution and the increase in greenhouse gases they generate (Tsai y Kuo, 2010TSAI, W.T.; KUO, K.C.: “An analysis of power generation from municipal solid waste (MSW) incineration plants in Taiwan”, Energy, 35(12): 4824-4830, 2010, ISSN: 0360-5442, DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2010.09.005.; Gallego et al., 2018GALLEGO, L.Y.A.; ARIAS, G.R.; CASAS, F.F.; SOSA, P.R.: “Analisis de la implementacion de un parque fotovoltaico en la Universidad Central de las Villas”, Ingeniería Energética, 39(2): 82-90, 2018, ISSN: 1815-5901.). The energy sector is key to sustainable development, as well as in the fight against climate change (Correa et al., 2016CORREA, A.P.F.; GONZÁLEZ, G.D.; PACHECO, A.J.G.: “Energías renovables y medio ambiente: su regulación jurídica en Ecuador”, Revista Universidad y Sociedad, 8(3): 179-183, 2016, ISSN: 2218-3620.; Chou et al., 2017CHOU, R.R.; MARTÍNEZ, S.K.E.; RAMÍREZ, R.R.: “Energía eólica y aerogeneradores: estudio comparativo de diferentes variantes para el perfeccionamiento de las multiplicadoras”, Revista Universidad y Sociedad, 9(4): 120-127, 2017, ISSN: 2218-3620.). Based on the above, the objective of the work is to determine the economic-productive, energy and environmental impacts of wind pumping in sprinkler irrigation for garlic cultivation.

MATERIALS AND METHODS

 ⌅

The investigation was carried out in "La Cuchilla" Farm, located in Sabicú Community, at “Primero de Enero” Municipality, Ciego de Ávila Province, between coordinates 21°52' North Latitude and 78°18' West Longitude, with an area of 7.5 ha (Figure 1) and where different crops are grown such as tomato, garlic, beans, corn, cassava, banana, lemon and mango.

FIGURE 1.  Location of the experimental area.

The economic evaluation of the irrigation system was carried out based on the analysis of the costs incurred in the production of the crop and the benefits obtained. The equations used were the following:

B n = ( V p - C a )  (1)
V p = R ∙ P v  (2)
C a = G s a l + G a m o r + G a g u a + G f e r t + G c u l t + G p r e p - s u e l o  (3)
G a m o r = C s ∙ K a  (4)
K a = r ( 1 + r ) T - 1  (5)
G a g u a = ( V a g u a ∙ P a g u a ) ∙ 10 3 A p  (6)
C p p = C a V p  (7)
B C = B n C a  (8)

Where:

Bn: the net benefit ($ ha-1)

Vp: the volume of production ($ ha-1)

Ca: Annual exploitation cost ($ ha-1)

Ac: Crop area (ha)

R: Crop yield (t ha-1)

Pv: Sales price of the crop ($ t-1)

Pagua: Price of applied water ($ m-3)

Gsal: Salary expenditure of the workers ($ ha-1)

Gamor: Amortization expense ($ ha-1)

Cs: Total cost of the system ($ ha-1)

Ka: Amortization coefficient (adim.)

r: Bank interest rate (adim.)

T: Lifetime of the installation (years)

Vwater: Volume of water (m-3)

Gagua: Water consumption expenditure ($ ha-1)

Gfert: Fertilizer expenditure ($ ha-1)

Gcut: Expenditure on cultural activities ($ ha-1)

Gprep-soil: Soil preparation cost ($ ha-1)

Cpp: Cost per production weight ($ ha-1)

B/C: Cost-benefit ratio (adim.)

A Benefit-Cost ratio greater than a unit indicates that the variant under study is economically advantageous. The calculation of energy savings due to the use of the multi-blade mill was estimated from the energy consumption if an electric motor was used, the power of the pump and the pumping time according to the procedure used by Charpentier (2017)CHARPENTIER, W.: Cómo calcular el consumo eléctrico de una bomba de una piscina, [en línea], Puromotores, 2017, Disponible en: https://www.puromotores.com/13074289/.. The equations used were the following:

C e B = P B ∙ T B  (9)
P B = I ∙ V 1000  (10)
T B = T r ∙ N r  (11)

Where:

CeB: Pump energy consumption (kWh)

PB: Pump power (kW)

TB: Pumping time (h)

I: Intensity of the current consumed by the motor (A)

V: Voltage of the motor that supplies the pump (V)

Tr: Irrigation time (h)

Nr: Irrigation number (h)

The calculation of indirect greenhouse gas emissions from electricity consumption was determined using an electrical emission factor that considers the generation of power plants that deliver energy to the national electricity grid (Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales-México, 2021SECRETARÍA DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES-MÉXICO: Aviso. Factor de emisión del Sistema Eléctrico Nacional 2020. Registro Nacional de Emisiones, [en línea], Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales, 2021, Disponible en: https://www.gob.mx/semarnat.). The equation used was the following:

C O 2 e = F e e ∙ C e B 1000 k W h  (12)

Where:

CO2e: Amount of equivalent CO2 that is no longer emitted into the atmosphere (t)

Fee: Electric emission factor (0.494 tCO2e MWh-1)

CeB: Pump energy consumption (kWh)

RESULTS AND DISCUSSION

 ⌅

Agroproductive Analysis of the Crop

 ⌅

The analysis of the mass of the bulbs during the 2016-2017, 2017-2018 and 2018-2019 campaigns is shown in Figure 2, with results of 27.47 g, 27.81 g and 27.70 g, respectively, for an average of 27.66 g. This result is similar to that found by Pupo et al. (2016)PUPO-FERIA, C.; GONZÁLEZ-RAMÍREZ, G.; CARMENATE-FIGUEREDO, O.; PEÑA-MOLINA, L.; PÉREZ-LEMES, V.; RODRÍGUEZ-OBRADOR, E.: “Respuesta del cultivo del ajo (Allium sativum L.) a la aplicación de dos bioproductos en las condiciones edafoclimáticas del centro este de la provincia Las Tunas, Cuba”, Cultivos Tropicales, 37(4): 57-66, 2016, ISSN: 0258-5936. in an experimental plot in areas of "Los Pérez" Farm of "Niceto Pérez García" Strengthened Cooperative of Credits and Services, in the municipality of Las Tunas, between 2011 and 2014. They found mass values ​​of the bulbs of 21.78 g and 22.80g with the application of FitoMas E® and FitoMas E®+EcoMic®, respectively.

The diameter of the bulbs showed values ​​of 3.92 g, 4.01 g and 3.85 g during 2016-2017, 2017-2018 and 2018-2019 cycles, respectively, for an average of 3.93 g (Figure 3). Bulb diameter values ​​of 4.0 cm or higher were found by (Muñoz et al., 2010MUÑOZ, L.; ALMAGUEL, L.; BENÍTEZ, M.; BRITO, G.; CÁCERES, I.; CASTELLANOS, J.; FRAGA, S.; GIL, J.; LÓPEZ, M.; PRATS, A.: “El cultivo y mejoramiento de la producción de ajo en Cuba”, Agricultura Orgánica, 1: 18-21, 2010.) in 55% of the samples evaluated in studies carried out in Cuba with Creole clones. Regarding the diameter of the bulb, it is necessary to consider that it is an indicator that directly influences the quality of the product for marketing, food consumption and use as propagation material (Castellanos et al., 2004CASTELLANOS, J.; VARGAS-TAPIA, P.; OJODEAGUA, J.; HOYOS, G.; ALCANTAR-GONZALEZ, G.; MÉNDEZ, F.; ALVAREZ-SÁNCHEZ, E.; GARDEA, A.: “Garlic productivity and profitability as affected by seed clove size, planting density and plantin method”, HortScience, 39(6): 1272-1277, 2004, ISSN: 0018-5345.; Diriba et al., 2014DIRIBA, S.G.; NIGUSSIE, D.R.; KEBEDE, W.; GETACHEW, T.: “Bulb quality of garlic (Allium sativum L.) as influenced by the application of inorganic fertilizers”, African Journal of Agricultural Research, 9(8): 784-796, 2014, ISSN: 1991-637X.).

FIGURE 2.  Mass of the bulbs.

In Figure 4, it is observed that in the three campaigns evaluated the crop yield reached values of 4.38 t ha-1, 4.51 t ha-1 and 4.46 t ha-1 , respectively, with an average of 4.45 t ha-1. These yields were higher than the average reported in Cuba by Izquierdo & Gómez (2005)IZQUIERDO, H.; GÓMEZ, O.: “«Martínez» un clon de ajo (Allium sativum, L.) de alta calidad fitosanitaria y buen potencial de rendimiento”, Cultivos Tropicales, 26(2): 53, 2005. as well as Izquierdo & Gómez (2007)IZQUIERDO, H.; GÓMEZ, O.: “«Vietnamita», un clon de ajo (Allium sativum l.) de alta calidad fitosanitaria y buen potencial de rendimiento”, Cultivos Tropicales, 28(1): 75, 2007, ISSN: 1819-4087., which was 2.0 t ha-1.

FIGURE 3.  Diameter of the bulbs.

Other authors such as García et al. (2014)GARCÍA, A.M.; MONTOYA, R.C.A.; BARROSO, F.C.L.; PÉREZ, D.C.A.; REYES, M.B.: “Reducción de la fertilización nitrogenada en el cultivo del ajo.”, Hombre, Ciencia y Tecnología, 18(1): 58-67, 2014, ISSN: 1028-0871. reported higher yields of 6.41 t ha-1, with the combined treatment of FitoMas E® + 300 kg of N ha-1. In the southern area of Las Tunas, yields higher than 5 t ha-1 were achieved with the use of different plant growth stimulants and in Sancti Spíritus, 6.81 t ha-1 were achieved with the application of Azospirillum brasilense (González & Rodríguez, 2003GONZÁLEZ, R.L.; RODRÍGUEZ, N.I.: “Influencia de la aplicación de Azospirillum en el crecimiento y desarrollo del cultivo del ajo (Allium sativum L)”, Revista Centro Agrícola, 30(2): 111-117, 2003.)

FIGURE 4.  Agricultural yield of the crop.

The combined effect of the size of the bulbs, the planting season (temperature and photoperiod) and soil moisture, which must be maintained in the range of productive moisture throughout the cycle, are factors that favor yields in garlic cultivation (Muñoz et al., 2010MUÑOZ, L.; ALMAGUEL, L.; BENÍTEZ, M.; BRITO, G.; CÁCERES, I.; CASTELLANOS, J.; FRAGA, S.; GIL, J.; LÓPEZ, M.; PRATS, A.: “El cultivo y mejoramiento de la producción de ajo en Cuba”, Agricultura Orgánica, 1: 18-21, 2010.).

Analysis of Technical Economic Indices

 ⌅

Table 1 shows the fundamental results of the economic technical indices calculated for the wind system with a multi-blade mill for sprinkler irrigation in garlic cultivation. In it, it is observed that the production volume is 231,400.00 pesos per hectare, conditioned by the sale price of garlic with a value of 52.00 pesos per kilogram, according to the Ministry of Finance and Prices MFP-Cuba (2021)MFP-CUBA: Resolución 84. Precios máximos de acopio centralizados y de compra de productos agropecuarios, [en línea], no. GOC-2021-356-EX29, Inst. Ministerio de Financias y precios (MFP)), La Habana, Cuba, 2021, Disponible en: https://www.gacetaoficial.gob.cu/es/resolucion-84-de-2021-de-ministerio-de-finanzas-y-precios..

Table 1.  Economic technical indices
Economic technical indices Valor
Vp ($/ha) 231400,00
Ca ($/ha) 18929,77
Bn ($/ha) 212470,23
Cpp 0,08
B/C > 1 11,22

The annual costs incurred amounted to 18,929.77 pesos per hectare due to the costs of workers' salaries, amortization of the system, water consumption, fertilizers, cultural activities and soil preparation, among others. A net benefit of 212,470.23 pesos per hectare was achieved with a very favorable production cost per peso of 0.08, which indicates that only eight cents must be spent to obtain a peso of product, at the level of one hectare.

The above explained shows that the wind system with a multi-blade mill for sprinkler irrigation in garlic cultivation is economically advantageous, achieving a value of 11.22 in the Benefit-Cost ratio, which is much higher than unity.

The use of the multi-blade mill for pumping water used instead of a LEPONO motorized pump, widely used by farmers in the region, has a flow rate of 60 L min-1, maximum head of 70 m, turning speed of 3400 rpm, intensity of the current consumed by the motor of 11 A and voltage of the motor that feeds the pump of 110 V. It allowed an energy saving of 27.66 kWh, corresponding to 146.77 kg of CO2 equivalent per hectare that were no longer emitted into the atmosphere (Figure 5).

FIGURE 5.  Relationship of energy saving and CO2 not emitted into the atmosphere.

CONCLUSIONS

 ⌅

The improvement of energy efficiency in agriculture requires a transformation of the energy matrix based on the acceptance of renewable energies as an alternative, like wind energy as it is one of the most advantageous for wind pumping.

Favorable economic indices were achieved in terms of crop yield, production volume, net profit, cost per peso of production and cost-benefit ratio, which validate the effectiveness of the research. The satisfaction criteria offered by different companies and institutions demonstrate the scientific, technological and economic relevance of the results.

Energy saved with the use of this wind pumping system is 27.66 kWh, this represents 146.77 kg of CO2 equivalent per hectare no longer emitted into the atmosphere.

REFERENCES

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CASTELLANOS, J.; VARGAS-TAPIA, P.; OJODEAGUA, J.; HOYOS, G.; ALCANTAR-GONZALEZ, G.; MÉNDEZ, F.; ALVAREZ-SÁNCHEZ, E.; GARDEA, A.: “Garlic productivity and profitability as affected by seed clove size, planting density and plantin method”, HortScience, 39(6): 1272-1277, 2004, ISSN: 0018-5345.

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Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias Vol. 32, No. 1, January-March, 2023, ISSN: 2071-0054
 
ARTÍCULO ORIGINAL

Impactos del bombeo eólico en el riego por aspersión para el cultivo del ajo

 

iDNéstor Méndez JurjoIUniversidad de Ciego de Ávila (UNICA), Ciego de Ávila, Cuba.*✉:nestormj@unica.cu

iDOscar Brown ManriqueIUniversidad de Ciego de Ávila (UNICA), Ciego de Ávila, Cuba.

iDManuel Peña CasadevallsIUniversidad de Ciego de Ávila (UNICA), Ciego de Ávila, Cuba.

iDYaily Beltrán PérezIIEmpresa Agroindustrial Azucarera Primero de Enero, Ciego de Ávila, Cuba.


IUniversidad de Ciego de Ávila (UNICA), Ciego de Ávila, Cuba.

IIEmpresa Agroindustrial Azucarera Primero de Enero, Ciego de Ávila, Cuba.

 

*Author for correspondence: Néstor Méndez Jurjo, e-mail: nestormj@unica.cu

RESUMEN

Con el objetivo de determinar impactos económicos-productivos, energéticos y ambientales del bombeo eólico en el riego por aspersión para el cultivo del ajo se realizó la investigación en la Finca "La Cuchilla". La masa de los bulbos fue de 27,47 g; 27,81 g y 27,70 g respectivamente para promediar 27,66 g, el diámetro de los bulbos alcanzó valores de 3,92 g; 4,01 g y 3,85 g durante los ciclos 2016-2017, 2017-2018 y 2018-2019, el volumen de producción fue 231400,00 pesos por hectárea, Los costos anuales ascendieron a 18929,77 pesos por hectárea, el beneficio neto es de 212470,23 pesos por hectárea, el costo por peso de producción favorable de 0,08 centavos, se obtuvo un valor de 11,22 en la relación Beneficio - Costo, muy superior a la unidad. La utilización del molino multipala para el bombeo de agua en lugar de una motobomba de marca LEPONO, utilizada por campesinos de la región, con caudal de 60 L min-1, carga máxima 70 m, velocidad de giro 3400 rpm, intensidad de la corriente que consume el motor 11 A, permitió un ahorro energético de 27,66 kWh, esto representa 146,77 kg de CO2 equivalente por hectárea que se dejó de emitir a la atmósfera.

Palabras clave: 
energético, bombeo eólico, atmósfera, aspersión, beneficio

INTRODUCCIÓN

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La energía eólica ha demostrado cierta superioridad en comparación con las fuentes de energía tradicionales, por lo que se considera una energía renovable de las más preciadas, limpia, abundante, barata, inagotable y que además es parte del medio ambiente (Chang, 2011CHANG, T.P.: “Estimation of wind energy potential using different probability density functions”, Applied Energy, 88(5): 1848-1856, 2011, ISSN: 0306-2619.).

Se pronostica que debido a las emisiones de gases de efecto invernadero se alcance al final del siglo un aumento en el calentamiento global entre 1,4 y 5,8 °C, por lo cual todas las economías y los ecosistemas del mundo sufrirán graves consecuencias de no tomarse las medidas necesarias para mitigar esta problemática (World Bank, 2013WORLD BANK: “Atlas of Global Development: A Visual Guide to the World’s Greatest Challenges. Washington DC: Collins energías alternativas”, Geoenseñanza, 7(1-2): 54-73, 2013.; Chou et al., 2017CHOU, R.R.; MARTÍNEZ, S.K.E.; RAMÍREZ, R.R.: “Energía eólica y aerogeneradores: estudio comparativo de diferentes variantes para el perfeccionamiento de las multiplicadoras”, Revista Universidad y Sociedad, 9(4): 120-127, 2017, ISSN: 2218-3620.).

Existe un interés mundial por la protección del medio ambiente, la mitigación del impacto que ha generado el hombre sobre él y el uso racional de los recursos naturales; también existe un beneficio global por incentivar el uso de las energías renovables como medio de disminución de la dependencia por los combustibles fósiles, atenuando los riegos adicionales, como la progresiva contaminación y el incremento de gases de invernadero, que estos provocan (Tsai y Kuo, 2010TSAI, W.T.; KUO, K.C.: “An analysis of power generation from municipal solid waste (MSW) incineration plants in Taiwan”, Energy, 35(12): 4824-4830, 2010, ISSN: 0360-5442, DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2010.09.005.; Gallego et al., 2018GALLEGO, L.Y.A.; ARIAS, G.R.; CASAS, F.F.; SOSA, P.R.: “Analisis de la implementacion de un parque fotovoltaico en la Universidad Central de las Villas”, Ingeniería Energética, 39(2): 82-90, 2018, ISSN: 1815-5901.). El sector energético es clave para el desarrollo sostenible, así como en la lucha contra el cambio climático (Correa et al., 2016CORREA, A.P.F.; GONZÁLEZ, G.D.; PACHECO, A.J.G.: “Energías renovables y medio ambiente: su regulación jurídica en Ecuador”, Revista Universidad y Sociedad, 8(3): 179-183, 2016, ISSN: 2218-3620.; Chou et al., 2017CHOU, R.R.; MARTÍNEZ, S.K.E.; RAMÍREZ, R.R.: “Energía eólica y aerogeneradores: estudio comparativo de diferentes variantes para el perfeccionamiento de las multiplicadoras”, Revista Universidad y Sociedad, 9(4): 120-127, 2017, ISSN: 2218-3620.). A partir de lo antes expresado, el objetivo del trabajo consiste en determinar los impactos económico-productivos, energéticos y ambientales del bombeo eólico en el riego por aspersión para el cultivo del ajo.

MATERIALES Y MÉTODOS

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La Investigación se desarrolló 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 (Figura 1); donde se desarrollan diferentes cultivos como tomate, ajo, frijoles, maíz, yuca, plátano, limón, mango.

FIGURA 1.  Localización del área experimental.

La evaluación económica del sistema de riego se realizó a partir del análisis de los costos incurridos en la producción del cultivo y los beneficios obtenidos. Las ecuaciones utilizadas fueron las siguientes:

B n = ( V p - C a )  (1)
V p = R ∙ P v  (2)
C a = G s a l + G a m o r + G a g u a + G f e r t + G c u l t + G p r e p - s u e l o  (3)
G a m o r = C s ∙ K a  (4)
K a = r ( 1 + r ) T - 1  (5)
G a g u a = ( V a g u a ∙ P a g u a ) ∙ 10 3 A p  (6)
C p p = C a V p  (7)
B C = B n C a  (8)

donde:

Bn: es el beneficio neto ($ ha-1)

Vp: el volumen de producción($ ha-1)

Ca: Costo anual de explotación ($ ha-1)

Ac: Área de cultivo (ha)

R: Rendimiento del cultivo (t ha-1)

Pv: Precio de venta del cultivo ($ t-1)

Pagua: Precio del agua aplicada ($ m-3)

Gsal: Gasto de salario de los obreros ($ ha-1)

Gamor: Gasto de amortización ($ ha-1)

Cs: Costo total del sistema ($ ha-1)

Ka: Coeficiente de amortización (adim.)

r: Tasa de interés bancaria (adim.)

T: Tiempo de vida útil de la instalación (años)

Vagua: Volumen de agua (m-3)

Gagua: Gasto de consumo de agua ($ ha-1)

Gfert: Gasto de fertilizantes ($ ha-1)

Gcut: Gasto de actividades culturales ($ ha-1)

Gprep-suelo: Gasto de preparación del suelo ($ ha-1)

Cpp: Costo por peso de producción ($ ha-1)

B/C: Relación beneficio costo (adim.)

Una relación Beneficio - Costo mayor que la unidad indica que la variante objeto de estudio es económicamente ventajosa. El cálculo del ahorro de energía por el uso del molino multipala se estimó a partir del consumo de energía si se utilizara un motor eléctrico, la potencia de la bomba y el tiempo de bombeo según procedimiento utilizado por Charpentier (2017)CHARPENTIER, W.: Cómo calcular el consumo eléctrico de una bomba de una piscina, [en línea], Puromotores, 2017, Disponible en: https://www.puromotores.com/13074289/.. Las ecuaciones utilizadas fueron las siguientes:

C e B = P B ∙ T B  (9)
P B = I ∙ V 1000  (10)
T B = T r ∙ N r  (11)

donde:

CeB: Consumo de energía de la bomba (kWh)

PB: Potencia de la bomba (kW)

TB: Tiempo de bombeo (h)

I: Intensidad de la corriente que consume el motor (A)

V: Tensión del motor que alimenta la bomba (V)

Tr: Tiempo de riego (h)

Nr: Número de riego (h)

El cálculo de las emisiones indirectas de gases de efecto invernadero por consumo de electricidad, se determinó mediante un factor de emisión eléctrico que considera la generación de las centrales eléctricas que entregan energía a la red eléctrica nacional (Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales-México, 2021SECRETARÍA DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES-MÉXICO: Aviso. Factor de emisión del Sistema Eléctrico Nacional 2020. Registro Nacional de Emisiones, [en línea], Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales, 2021, Disponible en: https://www.gob.mx/semarnat.). La ecuación utilizada fue la siguiente:

C O 2 e = F e e ∙ C e B 1000 k W h  (12)

donde:

CO2e: Cantidad de CO2 equivalente que se deja de emitir a la atmosfera (t).

Fee: Factor de emisión eléctrico (0,494 tCO2e MWh-1).

CeB: Consumo de energía de la bomba (kWh).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

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Análisis agroproductivos del cultivo

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El análisis de la masa de los bulbos durante las campañas 2016-2017, 2017-2018 y 2018-2019 se muestra en la (Figura 2), con resultados de 27,47 g; 27,81 g y 27,70 g respectivamente para un promedio de 27,66 g. Este resultado es similar al encontrado por Pupo-Feria et al. (2016)PUPO-FERIA, C.; GONZÁLEZ-RAMÍREZ, G.; CARMENATE-FIGUEREDO, O.; PEÑA-MOLINA, L.; PÉREZ-LEMES, V.; RODRÍGUEZ-OBRADOR, E.: “Respuesta del cultivo del ajo (Allium sativum L.) a la aplicación de dos bioproductos en las condiciones edafoclimáticas del centro este de la provincia Las Tunas, Cuba”, Cultivos Tropicales, 37(4): 57-66, 2016, ISSN: 0258-5936. en una parcela experimental en áreas de la finca “Los Pérez” de la Cooperativa de Créditos y Servicios Fortalecida “Niceto Pérez García”, del municipio Las Tunas, entre los años 2011 y 2014 donde encontraron valores de masa de los bulbos de 21,78 g y 22,80 con la aplicación de FitoMas E® y FitoMas E®+EcoMic® respectivamente.

El diámetro de los bulbos manifestó valores de 3,92 g; 4,01 g y 3,85 g durante los ciclos 2016-2017, 2017-2018 y 2018-2019 respectivamente (Figura 3), respectivamente para un promedio de 3,93 g. Valores del diámetro de los bulbos de 4,0 cm o superior fue encontrado por Muñoz et al. (2010)MUÑOZ, L.; ALMAGUEL, L.; BENÍTEZ, M.; BRITO, G.; CÁCERES, I.; CASTELLANOS, J.; FRAGA, S.; GIL, J.; LÓPEZ, M.; PRATS, A.: “El cultivo y mejoramiento de la producción de ajo en Cuba”, Agricultura Orgánica, 1: 18-21, 2010. en el 55% de las muestras evaluadas en estudios realizados en Cuba con clones Criollos.

Respecto al diámetro del bulbo, es necesario considerar que es un indicador que influye directamente en la calidad del producto para la comercialización, el consumo alimento y la utilización como material de propagación (Castellanos et al., 2004CASTELLANOS, J.; VARGAS-TAPIA, P.; OJODEAGUA, J.; HOYOS, G.; ALCANTAR-GONZALEZ, G.; MÉNDEZ, F.; ALVAREZ-SÁNCHEZ, E.; GARDEA, A.: “Garlic productivity and profitability as affected by seed clove size, planting density and plantin method”, HortScience, 39(6): 1272-1277, 2004, ISSN: 0018-5345.; Diriba et al., 2014DIRIBA, S.G.; NIGUSSIE, D.R.; KEBEDE, W.; GETACHEW, T.: “Bulb quality of garlic (Allium sativum L.) as influenced by the application of inorganic fertilizers”, African Journal of Agricultural Research, 9(8): 784-796, 2014, ISSN: 1991-637X.).

FIGURA 2.  Masa de los bulbos.

En la (Figura 4) se observa que en las tres campañas evaluadas el rendimiento del cultivo alcanzó valores de 4,38 t ha-1; 4,51 t ha-1 y 4,46 t ha-1 respectivamente, con un promedio de 4,45 t ha-1. Estos rendimientos fueron superiores a la media informada en Cuba por Izquierdo y Gómez (2005)IZQUIERDO, H.; GÓMEZ, O.: “«Martínez» un clon de ajo (Allium sativum, L.) de alta calidad fitosanitaria y buen potencial de rendimiento”, Cultivos Tropicales, 26(2): 53, 2005.; así como Izquierdo y Gómez (2007)IZQUIERDO, H.; GÓMEZ, O.: “«Vietnamita», un clon de ajo (Allium sativum l.) de alta calidad fitosanitaria y buen potencial de rendimiento”, Cultivos Tropicales, 28(1): 75, 2007, ISSN: 1819-4087., que es de 2,0 t ha-1.

FIGURA 3.  Diámetro de los bulbos.

Otros autores como García et al. (2014)GARCÍA, A.M.; MONTOYA, R.C.A.; BARROSO, F.C.L.; PÉREZ, D.C.A.; REYES, M.B.: “Reducción de la fertilización nitrogenada en el cultivo del ajo.”, Hombre, Ciencia y Tecnología, 18(1): 58-67, 2014, ISSN: 1028-0871. informaron rendimientos superiores de 6,41 t ha-1, con el tratamiento combinado de FitoMas E® + 300 kg de N ha-1. En la zona sur de Las Tunas se lograron rendimientos superiores a las 5 t ha-1 con el uso de diferentes estimulantes del crecimiento vegetal y en Sancti Spíritus se llegó alcanzar 6,81 t ha-1 con la aplicación de Azospirillum brasilense (González y Rodríguez, 2003GONZÁLEZ, R.L.; RODRÍGUEZ, N.I.: “Influencia de la aplicación de Azospirillum en el crecimiento y desarrollo del cultivo del ajo (Allium sativum L)”, Revista Centro Agrícola, 30(2): 111-117, 2003.).

FIGURA 4.  Rendimiento agrícola del cultivo.

El efecto combinado del tamaño de los bulbos, la época de plantación (temperatura y fotoperíodo) y la humedad del suelo, la cual debe mantenerse en el rango de humedad productiva durante todo el ciclo, son factores que favorecen los rendimientos en el cultivo del ajo (Muñoz et al., 2010MUÑOZ, L.; ALMAGUEL, L.; BENÍTEZ, M.; BRITO, G.; CÁCERES, I.; CASTELLANOS, J.; FRAGA, S.; GIL, J.; LÓPEZ, M.; PRATS, A.: “El cultivo y mejoramiento de la producción de ajo en Cuba”, Agricultura Orgánica, 1: 18-21, 2010.).

Análisis de los índices técnico económico

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En la Tabla 1 se muestran los resultados fundamentales de los índices técnicos económicos calculados para el sistema eólico con molino multipala para el riego por aspersión en el cultivo de ajo. En la misma se observa que el volumen de producción es de 231400,00 pesos por hectárea, condicionado por el precio de venta del ajo con un valor de 52,00 pesos por kilogramo según el Ministerio de Finanzas y Precios MFP-Cuba (2021)MFP-CUBA: Resolución 84. Precios máximos de acopio centralizados y de compra de productos agropecuarios, [en línea], no. GOC-2021-356-EX29, Inst. Ministerio de Financias y precios (MFP)), La Habana, Cuba, 2021, Disponible en: https://www.gacetaoficial.gob.cu/es/resolucion-84-de-2021-de-ministerio-de-finanzas-y-precios..

TABLA 1.  Índices técnicos económicos
Índices técnicos económicos Valor
Vp ($/ha) 231400,00
Ca ($/ha) 18929,77
Bn ($/ha) 212470,23
Cpp 0,08
B/C > 1 11,22

Los costos anuales incurridos ascendieron a 18929,77 pesos por hectárea debido a los gastos de salario de los obreros, amortización del sistema, consumo de agua, fertilizantes, actividades culturales y preparación del suelo entre otras; por lo que se logró un beneficio neto de 212470,23 pesos por hectárea con un costo por peso de producción muy favorable de 0,08; lo que indica que para obtener un peso de producto se debe gastar ocho centavos a nivel de una hectárea.

Lo anteriormente explicado demuestra que el sistema eólico con molino multipala para el riego por aspersión en el cultivo de ajo es económicamente ventajoso al lograrse un valor de 11,22 en la relación Beneficio-Costo, que es muy superior a la unidad.

La utilización del molino multipala para el bombeo de agua en lugar de una motobomba de la marca LEPONO, muy utilizada por los campesinos de la región, con un caudal de 60 L min-1, carga máxima de 70 m, velocidad de giro de 3400 rpm, intensidad de la corriente que consume el motor de 11 A y tensión del motor que alimenta la bomba de 110 V, permitió un ahorro energético de 27,66 kWh, lo que representa una cantidad de 146,77 kg de CO2 equivalente por hectárea que se dejó de emitir a la atmósfera como se muestra en la (Figura 5).

FIGURA 5.  Relación de ahorro energético y CO2 dejados de emitir a la atmósfera.

CONCLUSIONES

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El mejoramiento de la eficiencia energética en la agricultura, requiere de una transformación de la matriz energética sobre la base de la aceptación de las energías renovables como alternativa, en especial de la energía eólica por ser una de las más ventajosas para el bombeo eólico.

Se alcanzaron índices económicos favorables en cuanto a rendimiento del cultivo, volumen de producción, beneficio neto, costo por peso de producción y relación beneficio costo, que validan la efectividad de la investigación. Los criterios de satisfacción ofrecidos por diferentes empresas e instituciones demuestran la pertinencia científica, tecnológica y económica de los resultados.

Se ahorró energético con la utilización de este sistema de bombeo eólico es de 27,66 kWh, esto representa 146,77kg de CO2 equivalentes por hectáreas dejadas de emitir a la atmósfera.