Introduction

Pesticide application technology has experienced significant advances in recent decades, driven by the need to optimize agronomic efficiency and reduce environmental impact (Rodrigues, 2005RODRIGUES. G.J.: Critérios rastreáveis na aplicaçao de insetcida no controle do bicho mineiro do cafeeiro. Universidade Federal de Viçosa. Tese (Doutorado em Mecanizaçao Agrícola). Universidade Federal de Viçosa. Viçosa. MG. Brasil. 108 p. 2005.). However, critical challenges persist, such as inefficient pesticide application, which can result in inadequate deposition of the active ingredient-either through excess, increasing the risk of contamination, or through insufficient application, compromising pest control (Ferguson et al., 2018FERGUSON. C.J.; CHECHETTO. R.; ADKINS. S.W.; HEWITT. J.A.; CHAUHAN. S.B.; KRUGER. R.G.; O’DONNELL. C.C.: “Effect of spray droplet size on herbicide efficacy on four winter annual grasses”. Crop Protection. 112: 118-124. 2018. ISSN: 0261-2194.). This problem largely stems from an unbalanced approach that prioritizes chemical selection over application technique, despite the latter determining up to 70% of treatment success (Garcerá et al., 2017GARCERÁ. C.; FONTE. A.; MOLTÓ. E.; CHUECA. P.: “Sustainable use of pesticide applications in citrus: A support tool for volume rate adjustment”. International Journal of Environmental Research and Public Health. 14(7): 715. 2017. ISSN: 1660-4601.). In a global context demanding sustainability, with stricter regulations (e.g. European Union Directive 2019/782 (2019)EUROPEAN UNION DIRECTIVE 2019/782.: Sustainable use of pesticides. Inst. Official Journal of the European Union. 2019. and consumers demanding food with less residue, precision spraying has become indispensable. Here, droplet size emerges as a key factor: it directly influences leaf coverage, drift and product retention (Butler et al., 2020BUTLER. E.M.; TUCK. C.; MILLER. P.: “The effect of some adjuvants on sprays produced by agricultural flat fan nozzles”. Crop protection. 127: 104962. 2020. ISSN: 0261-2194.). Technologies such as sensor-assisted spraying and anti-drift nozzles (e.g. air-induced) seek to optimize this parameter, but their effectiveness depends on rigorous, evidence-based calibration (Grella et al., 2017GRELLA. M.; GALLART. M.; MARUCCO. P.; BALSARI. P.; GIL. E.: “Ground deposition and airborne spray drift assessment in vineyard and orchard: The influence of environmental variables and sprayer settings”. Sustainability. 9(5): 728. 2017. ISSN: 2071-1050.). Hydraulic nozzles, widely used in conventional agriculture (85% of the equipment, according to FAO (2021FAO: Guidelines for pesticide application techniques in agriculture. Inst. Food and Agriculture Organization of the United Nations. Rome. Italy. 2021.), are the central component that defines the droplet spectrum (Rodrigues, 2005RODRIGUES. G.J.: Critérios rastreáveis na aplicaçao de insetcida no controle do bicho mineiro do cafeeiro. Universidade Federal de Viçosa. Tese (Doutorado em Mecanizaçao Agrícola). Universidade Federal de Viçosa. Viçosa. MG. Brasil. 108 p. 2005.). Recent studies show that their performance is determined by: geometric characteristics (spray angle, type of induced turbulence); operating conditions (pressure, flow rate, broth formulation); environmental factors (wind, relative humidity) (Nuyttens et al., 2023NUYTTENS. D.; DE SCHAMPHELEIRE. M.; BAETENS. K.; SONCK. B.: “Effect of nozzle type and pressure on spray droplet characteristics”. Biosystems Engineering. 225: 1-12. 2023.). In particular, hollow cone nozzles-recommended for insecticides-generate a heterogeneous distribution profile, with greater deposition at the periphery of the jet (Cunha et al., 2023CUNHA. J.P.A.R.; ALVARENGA. C.B.; TEIXEIRA. M.M.: “Spray drift reduction with air induction nozzles: A review”. Agronomy. 13(2): 456. 2023.). However, their efficiency critically depends on maintaining optimal pressures (200-1000 kPa) and monitoring the coefficient of discharge (Cd), whose ideal value (0.611) ensures turbulent flow and uniformity (ISO 25358, 2023ISO 25358: Crop protection equipment - Droplet size measurement - Terminology and standardised methodologies. Inst. International Organization for Standardization (ISO). Geneva. 2023.). This work evaluates the operational performance of hollow cone nozzles under different pressures, using traceable methodologies ASABE S572.1. (2023)ASABE S572.1.: Spray nozzle classification by droplet spectra. American Society of Agricultural and Biological Engineers (ASABE). 2023. to generate parameters that optimize: target deposition (≥30 impacts/cm² on leaflets, according to EPA criteria); drift minimization (<10% of droplets <150 µm in wind conditions ≤10 km/h); economic efficiency (up to 20% reduction in input use; data from Foquino et al. (2023)FOQUINO. L.E.S.; CUNHA. J.P.A.R.; FERREIRA. M.C.: “Optimization of pesticide application rates in soybean: A cost-benefit analysis”. Journal of Agricultural Engineering. 54(1): 78-89. 2023..The integration of these technical advances with sustainable agronomic practices not only improves productivity but also aligns agriculture with the Sustainable Development Goals (SDGs 12 and 15), reducing risks for operators and ecosystems.

Materials and Methods

The tests were conducted in the Agricultural Mechanization Laboratory of the Department of Agricultural Engineering at the Federal University of Viçosa, using a test bench built in accordance with ISO 5682/1 (1986)ISO 5682/1: Equipment for crop protection - Spraying equipment - Part 2. Inst. International Organization for Standardization (ISO). Geneva. Geneva. 5 p. 1986., designed to determine the flow rate and volumetric distribution of nozzles (Rodrigues et al., 2004RODRIGUES. G.J.; TEIXEIRA. M.M.; FERREIRA. L.R.; FERNANDES. H.C.; HERRERA. P.M.: “Avaliação de um conjunto de bicos para uso em uma barra para aplicação de herbicidas em lavouras de café em formação”. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias. 13(2): 17-21. 2004. ISSN: 1010-2760.). Hydraulic pressure was generated by a piston pump with a maximum flow rate of 20 L min-1 and a maximum pressure of 500 kPa, driven by a 220 V electric motor with a power equivalent to 2.2 kW. The bench is equipped with a pressure regulation and fluid filtration system. Pressure was measured with a calibrated Famagras pressure gauge, with a nominal capacity of 1578.6 kPa and a resolution of 19.73 kPa (Rodrigues et al., 2004RODRIGUES. G.J.; TEIXEIRA. M.M.; FERREIRA. L.R.; FERNANDES. H.C.; HERRERA. P.M.: “Avaliação de um conjunto de bicos para uso em uma barra para aplicação de herbicidas em lavouras de café em formação”. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias. 13(2): 17-21. 2004. ISSN: 1010-2760.). Calibration was performed using a standard mass system to obtain the relationship between indicated and actual pressure. The system consisted of a PH-80 hydraulic pump and an Enerpac RCH-120 hollow-piston hydraulic cylinder. This system was mounted on a reaction structure equipped with a metal rod to load masses in increments of approximately 10 kg. Three loads of approximately 205 kg were applied to verify the repeatability of the readings. This allowed the calibration curve of the pressure gauge under study to be obtained. The calibrated pressure gauge was mounted on the test bench, where the spray nozzles were tested. Conical ceramic nozzles, model JA-1 (1 mm diameter) and JA-2 (1.3 mm diameter), produced by Jacto, were used. These nozzles are recommended for operating at pressures of 414 to 1448 kPa in hydropneumatic sprayers. The flow characteristics of the nozzles to be evaluated are shown in Table 1.

For the flow study, 14 nozzles from the JA-1 series and 14 from the JA-2 series were randomly selected and individually tested. The nozzles were placed on the test bench and fitted with a plastic tube to direct the sprayed liquid into a 2000 mL collection vessel with an accuracy of 10 mL. Tests were conducted at four pressures: the minimum and maximum recommended by the manufacturer. and two intermediate pressures: 414, 620, 1034, and 1448 kPa. Each measurement lasted 60 seconds. with five repetitions. Statistical analysis of the data consisted of determining measurement accuracy using the Student t test for a 95% confidence interval. Equation 1 $L=\frac{t*DP}{\sqrt{n}}$ was used to determine the flow measurement error. The maximum allowable error for this type of study was 5%. For the calculated error below the established limit. the average was accepted as representative of the sample (Sánchez. 1988SÁNCHEZ. D.P.R.: Estadística modelos y métodos. Ed. Alianza. Editorial AS. Madrid. España. 402 p. 1988.).

where:

L = absolute error. L;

t = Student's t-score;

SD = standard deviation;

n = number of samples.

From the absolute error determination. the percentage error relative to the mean was calculated. A table was created using Excel to perform the calculations. Another study was conducted to determine the coefficient of discharge (CD). This coefficient utilizes all the factors that characterize the discharge dynamics of a given nozzle (Rodrigues et al. 2004RODRIGUES. G.J.; TEIXEIRA. M.M.; FERREIRA. L.R.; FERNANDES. H.C.; HERRERA. P.M.: “Avaliação de um conjunto de bicos para uso em uma barra para aplicação de herbicidas em lavouras de café em formação”. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias. 13(2): 17-21. 2004. ISSN: 1010-2760.). The velocity of the liquid as it passes through the nozzle orifice is critical to the spraying process.

It can be calculated using Equation 2 $v_i=C_v{\left[2\frac{\Delta p}{{\rho }_1}\right]}^n$ (Srivastava et al. 1993SRIVASTAVA. A.K.; GOERING. C.E.; ROHRBACH. R.P.; BUCKMASTER. D.R.: Engineering principles of agricultural machines. Inst. American society of agricultural engineers (ASAE) St. Joseph. Mich. USA. 265-324 p. publisher: American society of agricultural engineers St. Joseph. Mich. 1993.).

where:

vi = liquid velocity. m s^-1;

C_v = velocity coefficient;

Δp = total pressure. Pa;

n = coefficient that depends on the flow regime and the type of emitter; for turbulent flow. it is equal to 0.5;

^ρ ₁ = liquid density. kg m^-3.

The flow rate provided by the nozzle is another important factor and can be determined by Equation 3 $Q=v*C_A*A$ (Srivastava et al. 1993SRIVASTAVA. A.K.; GOERING. C.E.; ROHRBACH. R.P.; BUCKMASTER. D.R.: Engineering principles of agricultural machines. Inst. American society of agricultural engineers (ASAE) St. Joseph. Mich. USA. 265-324 p. publisher: American society of agricultural engineers St. Joseph. Mich. 1993.).

where:

Q = nozzle flow rate, m³ s^-1;

v = jet velocity, m s^-1;

C_A = area coefficient;

A = nozzle orifice área, m².

The area coefficient accounts for the contraction of the liquid as it passes through the orifice. Combining equations 2 $v_i=C_v{\left[2\frac{\Delta p}{{\rho }_1}\right]}^n$ and 3 $Q=v*C_A*A$ . the nozzle flow can be written according to equation 4 $Q=C_v{\left[2\frac{\Delta p}{{\rho }_1}\right]}^{\frac{1}{2}}{C}_A*A$ (Srivastava et al. 1993SRIVASTAVA. A.K.; GOERING. C.E.; ROHRBACH. R.P.; BUCKMASTER. D.R.: Engineering principles of agricultural machines. Inst. American society of agricultural engineers (ASAE) St. Joseph. Mich. USA. 265-324 p. publisher: American society of agricultural engineers St. Joseph. Mich. 1993.).

The flow coefficient can be calculated using Equation 5 $C_D=C_v*C_A$ . which ultimately allows the flow rate to be determined according to Equation 6 $Q=C_D*A{\left(2gh\right)}^{\frac{1}{2}}=C_D*A{\left[2\frac{\Delta p}{{\rho }_1}\right]}^{\frac{1}{2}}$ .

The coefficient of discharge depends on the size and design of the orifice and represents the relationship between the actual and theoretical possible flow. Therefore. for a given nozzle. the liquid flow delivered by the nozzle is related to the square root of the pressure. The slope of this line will be C_DA/. from which the coefficient of discharge (C_D) can be determined. The value of the coefficient of discharge (C_D) should be close to 0.611. a value used for orifices with turbulent flow (Srivastava et al. 1993SRIVASTAVA. A.K.; GOERING. C.E.; ROHRBACH. R.P.; BUCKMASTER. D.R.: Engineering principles of agricultural machines. Inst. American society of agricultural engineers (ASAE) St. Joseph. Mich. USA. 265-324 p. publisher: American society of agricultural engineers St. Joseph. Mich. 1993.).

Results and Discussion

Flow measurements were made with an error of less than 1% in all cases. falling below the maximum limit of 5% proposed by Sánchez (1988)SÁNCHEZ. D.P.R.: Estadística modelos y métodos. Ed. Alianza. Editorial AS. Madrid. España. 402 p. 1988.. With these values. the calculated average flow rate can be considered representative of the sample. Nozzle JA-1 had an average flow rate of 0.297 L min^-1 at a pressure of 414 kPa, reaching 0.574 L min^-1 at a pressure of 1447 kPa (Figure 1), similar to those proposed by the manufacturer. Nozzle JA-2 had an average flow rate of 0.575 L min^-1 at the lowest pressure and 1.146 L min^-1 at the highest. JA-2 had twice the flow rate of JA-1 at the same pressure. a characteristic that will allow different flow rates to be obtained when calibrating the equipment. The comparative analysis between the flow rates obtained and those provided by the manufacturer was performed using the L&O statistical method (Leite & Oliveira. 2002LEITE. H.G.; OLIVEIRA. F.T.: “Statistical procedure to test the identity of analytical methods”. Communications in Soil Science and plant Analysis. New York. 7 e 8: 1-23. 2002.). Another analysis was performed using the Fisher "F" test and the behavior of the residues analyzed using the "T" test. A correlation coefficient analysis was also performed. With these three analyses. it can be considered that the values obtained experimentally are statistically similar to those provided by the manufacturer with a 1% significance level. The experimental results confirm that the flow rates measured in both nozzles (JA-1 and JA-2) do not present statistically significant differences (p > 0.01) with respect to the values provided by the manufacturer. which validates the reliability of the technical specifications under controlled conditions. This finding is consistent with previous studies according to ISO 5682-1 (2022)ISO 5682-1: Métodos de prueba para pulverizadores. Inst. nternational Organization for Standardization (ISO). Geneva. Genova. 2022. on the calibration of hydraulic nozzles.

Figure 2 shows the flow curves versus the square root of pressure for the experimental data. It can be seen that the performance of each nozzle is represented by the fitting equation used to determine the discharge coefficient.

It can be seen that the performance of each nozzle is represented by the fitting equation used to determine the coefficient of discharge. The coefficient of discharge calculated from the values in Figure 2 was 0.232 for nozzle JA-1 and 0.286 for nozzle JA-2. These averages are considerably lower than the 0.611 accepted for turbulent flow orifices. Srivastava et al. (1993)SRIVASTAVA. A.K.; GOERING. C.E.; ROHRBACH. R.P.; BUCKMASTER. D.R.: Engineering principles of agricultural machines. Inst. American society of agricultural engineers (ASAE) St. Joseph. Mich. USA. 265-324 p. publisher: American society of agricultural engineers St. Joseph. Mich. 1993. obtained a CD equivalent to 0.274 for nozzles with a diameter of 2.39 mm. The CD values (0.233 for JA-1 and 0.286 for JA-2) are significantly lower than the theoretical value of 0.611 for turbulent flow according to Srivastava et al. (1993)SRIVASTAVA. A.K.; GOERING. C.E.; ROHRBACH. R.P.; BUCKMASTER. D.R.: Engineering principles of agricultural machines. Inst. American society of agricultural engineers (ASAE) St. Joseph. Mich. USA. 265-324 p. publisher: American society of agricultural engineers St. Joseph. Mich. 1993.. which suggests: energy losses due to orifice geometric design or cavitation effects and practical implications to achieve target flow rates. higher pressures are required. increasing the risk of drift (≥15% of droplets <150 µm at >1000 kPa. according to ASABE S572.1. (2023)ASABE S572.1.: Spray nozzle classification by droplet spectra. American Society of Agricultural and Biological Engineers (ASABE). 2023..

Conclusions

Introducción

La tecnología de aplicación de fitosanitarios ha experimentado avances significativos en las últimas décadas, impulsados por la necesidad de optimizar la eficiencia agronómica y reducir el impacto ambiental (Rodrigues, 2005RODRIGUES. G.J.: Critérios rastreáveis na aplicaçao de insetcida no controle do bicho mineiro do cafeeiro. Universidade Federal de Viçosa. Tese (Doutorado em Mecanizaçao Agrícola). Universidade Federal de Viçosa. Viçosa. MG. Brasil. 108 p. 2005.). Sin embargo, persisten desafíos críticos, como la aplicación ineficiente de pesticidas, que puede resultar en una deposición inadecuada del principio activo-ya sea por exceso, aumentando el riesgo de contaminación, o por defecto, comprometiendo el control de plagas (Ferguson et al., 2018FERGUSON. C.J.; CHECHETTO. R.; ADKINS. S.W.; HEWITT. J.A.; CHAUHAN. S.B.; KRUGER. R.G.; O’DONNELL. C.C.: “Effect of spray droplet size on herbicide efficacy on four winter annual grasses”. Crop Protection. 112: 118-124. 2018. ISSN: 0261-2194.). Esta problemática deriva, en gran medida, de un enfoque desequilibrado que prioriza la selección del producto químico sobre la técnica de aplicación, a pesar de que esta última determina hasta el 70% del éxito del tratamiento (Garcerá et al., 2017GARCERÁ. C.; FONTE. A.; MOLTÓ. E.; CHUECA. P.: “Sustainable use of pesticide applications in citrus: A support tool for volume rate adjustment”. International Journal of Environmental Research and Public Health. 14(7): 715. 2017. ISSN: 1660-4601.). En un contexto global que exige sostenibilidad, con regulaciones más estrictas (ej. European Union Directive 2019/782 (2019)EUROPEAN UNION DIRECTIVE 2019/782.: Sustainable use of pesticides. Inst. Official Journal of the European Union. 2019. y consumidores demandando alimentos con menores residuos, la pulverización de precisión se ha vuelto indispensable . Aquí, el tamaño de las gotas emerge como un factor clave: influye directamente en la cobertura foliar, la deriva y la retención del producto (Butler et al., 2020BUTLER. E.M.; TUCK. C.; MILLER. P.: “The effect of some adjuvants on sprays produced by agricultural flat fan nozzles”. Crop protection. 127: 104962. 2020. ISSN: 0261-2194.). Tecnologías como la pulverización asistida por sensores y boquillas anti-deriva (ej. de aire inducido) buscan optimizar este parámetro, pero su eficacia depende de una calibración rigurosa basada en evidencia (Grella et al., 2017GRELLA. M.; GALLART. M.; MARUCCO. P.; BALSARI. P.; GIL. E.: “Ground deposition and airborne spray drift assessment in vineyard and orchard: The influence of environmental variables and sprayer settings”. Sustainability. 9(5): 728. 2017. ISSN: 2071-1050.). Las boquillas hidráulicas, ampliamente utilizadas en la agricultura convencional (85% de los equipos, según datos de la FAO (2021)FAO: Guidelines for pesticide application techniques in agriculture. Inst. Food and Agriculture Organization of the United Nations. Rome. Italy. 2021., son el componente central que define el espectro de gotas (Rodrigues, 2005RODRIGUES. G.J.: Critérios rastreáveis na aplicaçao de insetcida no controle do bicho mineiro do cafeeiro. Universidade Federal de Viçosa. Tese (Doutorado em Mecanizaçao Agrícola). Universidade Federal de Viçosa. Viçosa. MG. Brasil. 108 p. 2005.). Estudios recientes demuestran que su desempeño está determinado por: características geométricas (ángulo de chorro, tipo de turbulencia inducida); condiciones operativas (presión, caudal, formulación del caldo); factores ambientales (viento, humedad relativa) (Nuyttens et al., 2023NUYTTENS. D.; DE SCHAMPHELEIRE. M.; BAETENS. K.; SONCK. B.: “Effect of nozzle type and pressure on spray droplet characteristics”. Biosystems Engineering. 225: 1-12. 2023.). En particular, las boquillas de cono hueco -recomendadas para insecticidas- generan un perfil de distribución heterogéneo, con mayor deposición en la periferia del chorro (Cunha et al., 2023CUNHA. J.P.A.R.; ALVARENGA. C.B.; TEIXEIRA. M.M.: “Spray drift reduction with air induction nozzles: A review”. Agronomy. 13(2): 456. 2023.). No obstante, su eficiencia depende críticamente de mantener presiones óptimas (200-1000 kPa) y de monitorear el coeficiente de descarga (Cd), cuyo valor ideal (0.611) asegura flujo turbulento y uniformidad (ISO 25358, 2023ISO 25358: Crop protection equipment - Droplet size measurement - Terminology and standardised methodologies. Inst. International Organization for Standardization (ISO). Geneva. 2023.). Este trabajo evalúa el desempeño operativo de boquillas de cono hueco bajo distintas presiones, empleando metodologías trazables ASABE S572.1. (2023)ASABE S572.1.: Spray nozzle classification by droplet spectra. American Society of Agricultural and Biological Engineers (ASABE). 2023. para generar parámetros que optimicen: deposición objetivo (≥30 impactos/cm² en folíolos, según criterios de la EPA); minimización de deriva (<10% de gotas <150 µm en condiciones de viento ≤10 km/h); eficiencia económica (reducción de hasta 20% en uso de insumos; datos de Foquino et al. (2023)FOQUINO. L.E.S.; CUNHA. J.P.A.R.; FERREIRA. M.C.: “Optimization of pesticide application rates in soybean: A cost-benefit analysis”. Journal of Agricultural Engineering. 54(1): 78-89. 2023.. La integración de estos avances técnicos con prácticas agronómicas sostenibles no solo mejora la productividad, sino que también alinea la agricultura con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS 12 y 15), reduciendo riesgos para operadores y ecosistemas.

Materiales y Métodos

Las pruebas se realizaron en el Laboratorio de Mecanización Agrícola del Departamento de Ingeniería Agrícola de la Universidad Federal de Viçosa, utilizando un banco de pruebas construido de acuerdo con la Norma ISO 5682/1 (1986)ISO 5682/1: Equipment for crop protection - Spraying equipment - Part 2. Inst. International Organization for Standardization (ISO). Geneva. Geneva. 5 p. 1986., diseñado para determinar el caudal y la distribución volumétrica de las boquillas (Rodrigues et al., 2004RODRIGUES. G.J.; TEIXEIRA. M.M.; FERREIRA. L.R.; FERNANDES. H.C.; HERRERA. P.M.: “Avaliação de um conjunto de bicos para uso em uma barra para aplicação de herbicidas em lavouras de café em formação”. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias. 13(2): 17-21. 2004. ISSN: 1010-2760.). La presión hidráulica fue producida por una bomba de pistón, con un caudal máximo de 20 L min^-1 y una presión máxima de 500 kPa, y accionada por un motor eléctrico de 220 V con una potencia equivalente a 2,2 kW. El banco dispone de un sistema de regulación de presión y filtración del líquido.

La presión se midió con un manómetro Famagras calibrado, cuya capacidad nominal es de 1578,6 kPa y con una resolución de 19,73 kPa (Rodrigues et al., 2004RODRIGUES. G.J.; TEIXEIRA. M.M.; FERREIRA. L.R.; FERNANDES. H.C.; HERRERA. P.M.: “Avaliação de um conjunto de bicos para uso em uma barra para aplicação de herbicidas em lavouras de café em formação”. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias. 13(2): 17-21. 2004. ISSN: 1010-2760.). La calibración se realizó utilizando un sistema de masa estándar para obtener la relación entre la presión indicada y real. El sistema estuvo compuesto por una bomba hidráulica, modelo PH-80, y un cilindro hidráulico de pistón hueco, modelo RCH-120, marca Enerpac. Este sistema se montó sobre una estructura de reacción equipada con una varilla metálica, para colocar masas en incrementos de aproximadamente 10 kg. Se realizaron tres cargas de aproximadamente 205 kg, con el objetivo de verificar la repetibilidad de las lecturas. Esto permitió obtener la curva de calibración del manómetro en estudio. El manómetro calibrado se fijó en el banco de pruebas, donde se realizó el estudio de las boquillas pulverizadoras. Se utilizaron boquillas cónicas fabricadas en cerámica, modelo JA-1 (1 mm de diámetro) y JA-2 (1,3 mm de diámetro), producidas por la empresa Jacto, recomendadas para trabajar preferentemente entre presiones de 414 a 1448 kPa en pulverizadores hidroneumáticos. Las características técnicas de flujo de las boquillas a evaluar se muestran en la Tabla 1.

Para el estudio del caudal se eligieron aleatoriamente 14 boquillas de la serie JA-1 y 14 de la serie JA-2, las cuales fueron evaluadas de forma individual. Las boquillas se colocaron en el banco de pruebas y se les colocó un tubo de plástico para dirigir el líquido rociado a un vaso recolector con una capacidad de 2000 mL y una precisión de 10 mL. Las evaluaciones se realizaron a cuatro presiones, la mínima y máxima recomendadas por el fabricante y dos intermedias, es decir 414, 620, 1034 y 1448 kPa. Cada medición se realizó durante 60 segundos, con cinco repeticiones. El análisis estadístico de los datos consistió en determinar la precisión de las mediciones, aplicando la prueba “t” de Student para una confiabilidad del 95%. Se utilizó la Ecuación 1 $L=\frac{t*DP}{\sqrt{n}}$ para determinar el error de medición del flujo. El error máximo permitido para este tipo de estudio fue del 5%. Para el error calculado inferior al límite establecido se aceptó el promedio como representativo de la muestra (Sánchez, 1988SÁNCHEZ. D.P.R.: Estadística modelos y métodos. Ed. Alianza. Editorial AS. Madrid. España. 402 p. 1988.).

donde:

L = error absoluto, L;

t = valor “t” del estudiante;

DP = desviación estándar;

n = número de muestras.

A partir de la determinación del error absoluto se calculó el error porcentual referido a la media. Para realizar los cálculos se creó una tabla utilizando el programa “Excel”. Se realizó otro estudio para determinar el coeficiente de descarga (CD). Este coeficiente utiliza todos los factores que caracterizan la dinámica de descarga de una boquilla determinada (Rodrigues et al., 2004RODRIGUES. G.J.; TEIXEIRA. M.M.; FERREIRA. L.R.; FERNANDES. H.C.; HERRERA. P.M.: “Avaliação de um conjunto de bicos para uso em uma barra para aplicação de herbicidas em lavouras de café em formação”. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias. 13(2): 17-21. 2004. ISSN: 1010-2760.). La velocidad del líquido al pasar por el orificio de la boquilla es fundamental en el proceso de pulverización.

Se puede calcular utilizando la Ecuación 2 $v_i=C_v{\left[2\frac{\Delta p}{{\rho }_1}\right]}^n$ (Srivastava et al., 1993SRIVASTAVA. A.K.; GOERING. C.E.; ROHRBACH. R.P.; BUCKMASTER. D.R.: Engineering principles of agricultural machines. Inst. American society of agricultural engineers (ASAE) St. Joseph. Mich. USA. 265-324 p. publisher: American society of agricultural engineers St. Joseph. Mich. 1993.).

donde:

v_i= velocidad del líquido, m s^-1;

Cv = coeficiente de velocidad;

Δp = presión total, Pa;

n = coeficiente que depende del régimen de flujo y del tipo de emisor, para flujo turbulento equivale a 0,5;

ρ₁ = densidad del líquido, kg m^-3.

El caudal proporcionado por la boquilla es otro factor importante y puede determinarse mediante la Ecuación 3 $Q=v*C_A*A$ (Srivastava et al., 1993SRIVASTAVA. A.K.; GOERING. C.E.; ROHRBACH. R.P.; BUCKMASTER. D.R.: Engineering principles of agricultural machines. Inst. American society of agricultural engineers (ASAE) St. Joseph. Mich. USA. 265-324 p. publisher: American society of agricultural engineers St. Joseph. Mich. 1993.).

dónde:

Q = caudal de la boquilla, m³ s^-1

v = velocidad del chorro, m s^-1;

C_A = coeficiente de área;

A = área del orificio de la boquilla, m².

El coeficiente de área considera la contracción del líquido a su paso por el orificio. Combinando las ecuaciones 2 $v_i=C_v{\left[2\frac{\Delta p}{{\rho }_1}\right]}^n$ y 3 $Q=v*C_A*A$ , el flujo de la boquilla se puede escribir de acuerdo con la Ecuación 4 $Q=C_v{\left[2\frac{\Delta p}{{\rho }_1}\right]}^{\frac{1}{2}}{C}_A*A$ (Srivastava et al., 1993SRIVASTAVA. A.K.; GOERING. C.E.; ROHRBACH. R.P.; BUCKMASTER. D.R.: Engineering principles of agricultural machines. Inst. American society of agricultural engineers (ASAE) St. Joseph. Mich. USA. 265-324 p. publisher: American society of agricultural engineers St. Joseph. Mich. 1993.).

El coeficiente de descarga se puede calcular mediante la Ecuación 5 $C_D=C_v*C_A$ , que finalmente permite determinar el caudal según la Ecuación 6 $Q=C_D*A{\left(2gh\right)}^{\frac{1}{2}}=C_D*A{\left[2\frac{\Delta p}{{\rho }_1}\right]}^{\frac{1}{2}}$ .

El coeficiente de descarga depende del tamaño y diseño del orificio y representa la relación entre el flujo posible real y teórico. Por lo tanto, para una boquilla determinada, el flujo de líquido proporcionado por la boquilla está relacionado con la raíz cuadrada de la presión. La pendiente de esta recta será C_DA/, a partir de la cual se podrá determinar el coeficiente de descarga (C_D). El valor del coeficiente de descarga (C_D) debe ser cercano a 0,611, valor utilizado para orificios con flujo turbulento (Srivastava et al., 1993SRIVASTAVA. A.K.; GOERING. C.E.; ROHRBACH. R.P.; BUCKMASTER. D.R.: Engineering principles of agricultural machines. Inst. American society of agricultural engineers (ASAE) St. Joseph. Mich. USA. 265-324 p. publisher: American society of agricultural engineers St. Joseph. Mich. 1993.).

Resultados y discusión

Las mediciones de caudal se realizaron con un error inferior al 1% en todos los casos, quedando por debajo del límite máximo del 5% propuesto por Sánchez (1988)SÁNCHEZ. D.P.R.: Estadística modelos y métodos. Ed. Alianza. Editorial AS. Madrid. España. 402 p. 1988.. Con estos valores, el caudal medio calculado se puede considerar representativo de la muestra. La boquilla JA-1 presentó un caudal promedio de 0,297 L min^-1 a una presión de 414 kPa, alcanzando 0,574 L min^-1 a una presión de 1447 kPa (Figura 1), caudales similares a los propuestos por el fabricante. La boquilla JA-2 presentó un caudal promedio de 0,575 L min^-1 a la presión más baja y 1,146 L min^-1 a la más alta. El JA-2 presentó el doble de caudal que el JA-1 a la misma presión, característica que permitirá obtener diferentes caudales al momento de calibrar el equipo. El análisis comparativo entre los valores de caudal obtenidos y el proporcionado por el fabricante se realizó mediante el método estadístico L&O (Leite y Oliveira, 2002LEITE. H.G.; OLIVEIRA. F.T.: “Statistical procedure to test the identity of analytical methods”. Communications in Soil Science and plant Analysis. New York. 7 e 8: 1-23. 2002.). Otro análisis se realizó aplicando la prueba “F” de Fischer y el comportamiento de los residuos analizados mediante la prueba “T”. También se realizó un análisis del coeficiente de correlación. Con estos tres análisis se puede considerar que los valores obtenidos experimentalmente son estadísticamente similares a los proporcionados por el fabricante con un 1% de significancia. Los resultados experimentales confirman que los caudales medidos en ambas boquillas (JA-1 y JA-2) no presentan diferencias estadísticamente significativas (p > 0.01) respecto a los valores proporcionados por el fabricante, lo que valida la fiabilidad de las especificaciones técnicas bajo condiciones controladas. Este hallazgo es consistente con estudios previos según la norma ISO 5682-1 (2022)ISO 5682-1: Métodos de prueba para pulverizadores. Inst. nternational Organization for Standardization (ISO). Geneva. Genova. 2022. sobre calibración de boquillas hidráulicas.

La Figura 2 muestra las curvas de flujo en función de la raíz cuadrada de la presión para los datos experimentales. Se puede observar que el desempeño de cada boquilla está representado por la ecuación de ajuste utilizada para determinar el coeficiente de descarga.

Se puede observar que el desempeño de cada boquilla está representado por la ecuación de ajuste utilizada para determinar el coeficiente de descarga. El coeficiente de descarga calculado con los valores de la Figura 2 fue de 0,232 para la boquilla JA-1 y de 0,286 para la boquilla JA-2. Estos promedios son considerablemente menores que 0,611, que se acepta para orificios de flujo turbulento. Srivastava et al. (1993)SRIVASTAVA. A.K.; GOERING. C.E.; ROHRBACH. R.P.; BUCKMASTER. D.R.: Engineering principles of agricultural machines. Inst. American society of agricultural engineers (ASAE) St. Joseph. Mich. USA. 265-324 p. publisher: American society of agricultural engineers St. Joseph. Mich. 1993. obtuvo un C_D equivalente a 0,274 para boquillas con 2,39 mm de diámetro. Los valores de C_D (0,233 para JA-1 y 0,286 para JA-2) son notablemente inferiores al valor teórico de 0,611 para flujo turbulento según Srivastava et al. (1993)SRIVASTAVA. A.K.; GOERING. C.E.; ROHRBACH. R.P.; BUCKMASTER. D.R.: Engineering principles of agricultural machines. Inst. American society of agricultural engineers (ASAE) St. Joseph. Mich. USA. 265-324 p. publisher: American society of agricultural engineers St. Joseph. Mich. 1993., lo que sugiere: pérdidas energéticas por diseño geométrico del orificio o efectos de cavitación e implicaciones prácticas para alcanzar caudales objetivo, se requieren presiones más altas, incrementando el riesgo de deriva (≥15% de gotas <150 µm a >1000 kPa, según ASABE S572.1. (2023)ASABE S572.1.: Spray nozzle classification by droplet spectra. American Society of Agricultural and Biological Engineers (ASABE). 2023..

Conclusiones