La eficiencia de los equipos de riego es fundamental en estos tiempos de altos costos de la energía. Todo indica que tanto en Chile como en el resto de mundo, la energía mantendrá su tendencia alcista, e incluso podría llegar a ser un factor restrictivo para la agricultura irrigada.
En Chile no sólo ha aumentado el costo por kilowatts (kW) sino que además el período en que se castiga el alto consumo se ha extendido y ya comienza a afectar en las puntas de la temporada de riego. Afortunadamente todavía sin pasar de los meses con baja demanda de agua: de marzo a noviembre.
En los países desarrollados ésta es una preocupación creciente, es así que en EEUU se han realizado múltiples estudios y habilitado varios servicios que apuntan al ahorro de energía en la agricultura, en particular en el riego tecnificado.
La importancia del gasto o costo de la energía requerida para el riego de un proyecto agrícola no siempre es sopesado en su justa medida. De hecho, según los expertos, es algo que muchas veces no interesa a los agricultores cuando evalúan los costos de un proyecto de riego. “Ha sido sumamente paulatino, afirma el Gerente Técnico de Tecnar -ingeniero civil- Agustín Hojas, pero está tomando cada vez más importancia porque los márgenes se estrechan y se complica la mano de obra y el costo de la energía. El costo energético es creciente, en términos de moneda dura, y cada año se incrementa la inversión necesaria para regar una misma superficie”.
El ingeniero agrónomo Dr. Eduardo Holzapfel, experto en riego de la Universidad de Concepción, advierte que se debe hacer un análisis global de costos: “La implementación de un equipo tiene un rango de valores, pero los equipos tienen costos de operación por 10, 15 o 20 años, y si se comparan los costos de implementación con los de operación, estos últimos representan un porcentaje mucho mayor del costo final. Se debe analizar seriamente los costos de operación para que un equipo sea sustentable y además se debe considerar los costos probables de la energía a futuro”.
Según Felipe Martin, ingeniero agrónomo y Gerente Comercial de Hidrotec, en campos de -por ejemplo- 100 ha, han constatado ahorros de hasta 1.000.000 de pesos mensuales, sólo en energía: “más los costos anuales de las mantenciones, las que dice pueden subir de 60.000 pesos por hectárea a $ 250.000. En un campo de 100 ha sólo en energía se puede lograr un ahorro de $12.000.000 anuales, más la diferencia en costos de mantenimiento”.
Como veremos, la eficiencia energética es desde hace tiempo una preocupación mundial. En este artículo entregamos algunas recomendaciones de diseño, selección de componentes, construcción y operación de los sistemas de riego tecnificado que pueden llevar a una disminución en los gastos operativos de los equipos de riego.
La ineficiencia energética en la agricultura es una preocupación mundial
Que la mayoría de los sistemas de riego no son tan eficientes como deberían ser, queda en evidencia al revisar un estudio realizado en varios estados de EEUU (Colorado, Wyoming, Nebraska, etc.), el cual mostró que en promedio, cerca del 25 % de la energía eléctrica usada para bombear agua de riego es desperdiciada debido a una pobre eficiencia de las bombas o de los motores que las mueven.
Desde 1988 la NCAT (National Center of Appropriate Technology: Centro Nacional de Tecnologías Apropiadas de EEUU) ha auditado la eficiencia energética de más de 400 sistemas de riego. En la gran mayoría de los casos los técnicos identificaron que se debía realizar al menos un cambio o reparación, la que en poco tiempo se pagaba sola, dado el menor gasto de energía que provocaba. Por lo general los propietarios de esos equipos no tenían conocimiento de la existencia de algún problema.
Otro aspecto importante es el sobre riego, que también desperdicia energía y dinero, además, es común que los problemas con los equipos vayan asociados a problemas de manejo del riego. Muchas veces los sistemas son mal diseñados, son ineficientes o pobremente mantenidos, reduciendo de paso el grado de control del regante sobre la aplicación del agua. En EEUU, México, Australia, Chile, entre otros muchos países, se hacen esfuerzos público-privados en vistas a controlar variables agroclimáticas que permitan ajustar las cantidades de agua aplicada y disminuir el uso de recursos hídricos y energéticos.
Recomendaciones para lograr eficiencia energética
Para minimizar el costo de regar una superficie muchas veces se debe incrementar la inversión inicial en el equipo de riego, de manera de lograr las mínimas pérdidas de carga en el sistema, ya que éstas perseguirán al proyecto durante toda su vida. Por ejemplo, si se diseña una red de matrices y esa red tiene una pérdida de carga de 15 m., serán 15 m. más de presión para cada hora de vida del proyecto.
Cada aspersor gastado puede costar al productor hasta US$ 4 al año en gasto innecesario de energía.
También hay impactos en los costos operativos cuando se sub-dimensiona la red para ahorrar dinero mediante una disminución de los diámetros de la tubería.
Otro aspecto que remarcan los expertos es seleccionar correctamente el equipo de bombeo. Una mala selección de la bomba implica tener por muchos años -por ejemplo- un 10 % menos de eficiencia y como consecuencia, un 10 % más de consumo energético. Lo deseable es instalar equipos de bombeo que trabajen siempre a su máxima eficiencia, para ello se recomienda diseñar los paños de riego y los caudales necesarios para regarlos, lo más homogéneos posibles.
Consideraciones de diseño:
Desde el punto de vista de la energía hay aspectos de diseño que vale la pena considerar para minimizar las pérdidas innecesarias, aunque signifique una mayor inversión inicial. Es una falsa economía el ahorrar dinero instalando válvulas o tubos de PVC subdimensionados, ya que sólo conseguirá grandes pérdidas por fricción y mayores costos de bombeo. Cada minuto que el agua de riego pase a gran velocidad por una válvula o tubería subdimensionada los costos energéticos se incrementarán.
Felipe Martin de Hidrotec afirma que “al aumentar las velocidades del agua dentro de la matriz, se hace pasar más agua (caudal) por una tubería de menor diámetro. Esto implica aumentar las pérdidas de carga por roce, de modo que la bomba deberá ser de mayor potencia y así mismo se deberá contratar una potencia mayor, incrementando el consumo eléctrico. Además, al aumentar la velocidad se producen mayores golpes de ariete en el sistema y por lo tanto la vida útil de éste disminuye”. Según Martin la velocidad no debiera superar los 1,5 m/s.
El ingeniero Waldo Moraga, Gerente Técnico de Spargo recomienda diseñar sin bomba: “Diseñamos la red de acuerdo a criterios de velocidad de flujo, pérdida de carga y de altura. La distribución de la matriz dependerá de la ubicación de la topografía del lugar y de la distribución de los sectores. Tratamos de optimizar el diseño de manera tal que su red hidráulica y sus requerimientos de caudal y presión, en los distintos sectores del campo, se ubiquen en lo posible en el rango de máxima eficiencia de la bomba. Dice Moraga que en general los sectores más altos deben ser más pequeños que los sectores más bajos, porque así la bomba va a entregar mayor caudal a menor presión”.
Sistemas de riego para menos de 24 horas:
Según Agustín Hojas hoy existen posturas agronómicas que exigen regar exclusivamente de día. Pero al regar sólo 16 horas en vez de 24, en la misma proporción se incrementa la capacidad de los equipos. “Los kW/hora promedio que consume el equipo van a ser los mismos, explica Hojas, pero la potencia instalada va a ser mayor porque se debe regar en una fracción del tiempo el mismo volumen de agua. La potencia instalada va a ser mayor, las bombas van a ser más grandes, las cañerías van a ser más grandes y lo mismo los filtros. Si se riega en 2/3 del tiempo el costo de la capacidad instalada (cargo fijo) va a resultar un 50 % más caro”.
Waldo Moraga explica el caso de un proyecto para regar 50 ha de mandarinas en Limarí. “El diseño original era para regar 5 paños en 24 horas y resulta que ahora, por la ampliación del período de sobre consumo (a marzo y noviembre), nos pidieron cambiar el diseño a cuatro sectores para evitar el horario más caro (el nocturno). El proyecto se hizo mucho más costoso ya que la tubería es mucho más grande y la bomba, de más capacidad, va a estar más tiempo parada pero el consumo eléctrico instantáneo va a ser mayor y así mismo el cargo fijo”.
Bombas de riego:
Si una bomba está sobredimensionada o subdimensionada, o si por alguna otra característica no es la adecuada para el sistema, nunca operará eficientemente. No importa las modificaciones que posteriormente se le realicen. Lo óptimo es utilizar equipos de bombeo que trabajen siempre en su máxima eficiencia. Para eso los paños de riego y los caudales requeridos para cada uno de ellos deben ser muy homogéneos, así mismo la presión.
Agustín Hojas explica que a veces cuesta convencer a los clientes de que al tener bombas más grandes no se está ahorrando dinero. “Por ejemplo nos dicen, ‘la competencia me ofrece lo mismo pero en vez de una bomba de 40 HP diseñan con una bomba de 50 HP’. Eso significa que ahorra en diámetro de tubería, en tamaños de filtros, etc., pero al tener una bomba más grande se está hipotecando los costos de operación del cliente”.
Agustín Hojas: “El esquema que a mí me gusta”
Agustín Hojas aconseja en lo posible utilizar estanques en altura pues de esa forma no importa si, al cambiar de sector, se requiere más o menos caudal. La bomba que llena el estanque siempre va a trabajar a máxima eficiencia, e incluso se puede llenar un estanque en altura directamente con una bomba sumergible de un pozo profundo. De forma que se logra levantar cada metro cúbico de agua con la máxima eficiencia y mínimo costo.
Además de ser ingeniero, Hojas es agricultor y cultiva 60 ha de paltos en una ladera de cerro. Desde pozos profundos ubicados en la zona baja del predio, bombea el agua hasta un estanque a 30 m. de altura, luego del cual hay 5 estanques consecutivos. En cada estanque hay una bomba que levanta el agua al siguiente estanque y cada bomba levanta un caudal más pequeño que la anterior, a un estanque que riega la superficie bajo su dominio.
Por ejemplo, la 1ª bomba levanta el 100 % del agua, la segunda el 80 % y al final ya sólo se levanta el 20 % del agua. “De esta forma maximizo el uso de la energía ya que levanto los caudales que preciso, en cada caso con la máxima eficiencia de bombeo. Al regar directamente con una bomba se utiliza la misma cantidad energía en la planta de más arriba que en la de más abajo. Además, la red que se deriva de un estanque es hidráulicamente muy eficiente y muy segura, pues se minimiza el golpe de ariete. La presión está limitada a la altura de agua del estanque, pero cuando hay una bomba detrás de la red y se cierra una válvula, se provoca un incremento de presión o golpe de ariete”, dice Agustín Hojas.
Waldo Moraga señala que en otros casos, con dos bombas en paralelo se puede ser más exacto en el consumo. “En algunos proyectos se ha justificado diseñar con dos bombas en paralelo, al tener sectores de riego mucho más grandes que otros. Algunos sectores funcionan con la bomba A, otros sectores funcionan con la bomba B y otros sectores funcionan con ambas juntas. Lo ideal es que ambas bombas sean iguales para que se pueda alternar entre una y otra, o usar ambas juntas”.
Variadores de frecuencia:
Ante el escenario de alto costo energético, algunos defienden el uso de variadores de frecuencia, como una alternativa para maximizar el ahorro de energía en los sistemas que riegan bloques de distinto tamaño a diferentes alturas. Estos son componentes sofisticados, normalmente utilizados en el sector industrial, que hoy se integran al riego para regular las revoluciones de los equipos de bombeo y adecuar su funcionamiento a la demanda hidráulica del sistema. Pero existen discrepancias.
Waldo Moraga opina que además de encarecer el costo inicial de los proyectos, pues esos equipos para potencias altas son caros, añaden dificultades a los agricultores. Agustín Hojas, por su parte, advierte que se debe tener cuidado con ellos: “Parecen ser equipos eficientes porque se ve trabajar la bomba a menos revoluciones y como consecuencia se tiene una presión más similar a la requerida. Pero si se va a las curvas de bombeo, se aprecian curvas diferentes dependiendo de la velocidad a que trabaja la bomba. Las curvas de eficiencia máxima son decrecientes dependiendo de las velocidades a que trabaja una bomba”.
Emisores de riego:
“Se debe partir el diseño con la selección óptima de los emisores, asegura el Dr. Holzapfel, ya sean aspersores, goteros o microjets. Luego viene el diseño óptimo de las tuberías y finalmente viene la selección óptima del equipo de bombeo. Es decir, se debe trabajar de la base al cabezal”.
Es sabido que no todos los emisores son iguales, y que existen de buena o mala calidad; pero en términos energéticos son los emisores autocompensados los que provocan los mayores impactos.
El ingeniero Agustín Hojas recomienda minimizar el uso de elementos (emisores) autocompensados, aunque dice que bajo ciertas condiciones no existe alternativa y hay que utilizarlos. Pero, advierte el profesional, su uso normalmente lleva a ineficiencias energéticas: “Los goteros autocompenados tienen un vicio. Como los sistemas de riego son más fáciles de diseñar hay gente que tiene la tendencia a usarlos. Con ellos se puede tener laterales más largos, hay que preocuparse menos de las pérdidas de carga y hay que preocuparse menos de afinar el pulso. Finalmente resulta que se debe trabajar a mayores presiones que las realmente requeridas. Incluso permiten tener matrices más pequeñas (más barato) pero por lo general exigen más energía”.
Si las pendientes son relativamente suaves Hojas recomienda trabajar con elementos no compensados, porque exigen un mayor nivel de detalle en el diseño. Los emisores no compensados trabajan con un caudal nominal a una cierta presión, por ejemplo 2 litros/hora a 10 metros de presión y se maneja la descarga del emisor modificando la presión del sistema.
En caso de que se usen emisores autocompensados, Waldo Moraga afirma que es importante que el diseño logre una presión mínima igual a la presión de autocompensación de los emisores. “Por ejemplo, la gran mayoría de los goteros que existen en el mercado chileno, para poder autocompensarse deben llegar a 12 o 13 metros de presión, para después trabajar a 10 m sin problemas”. Eso significa que el equipo deberá poder levantar 2 o 3 m por sobre la presión regular de trabajo de los emisores. Se debe considerar que en el mercado existen emisores que trabajan compensados a sólo 3 o 4 m de presión.
Otro aspecto interesante es que los elementos no compensados son más estables en el tiempo, pues todos los elementos compensados basan sus mecanismos de compensación en la existencia de un elemento elástico. Elementos que con el uso y el clima pueden cambiar sus comportamientos, o perderse con las limpiezas.
No es recomendable hacer trabajar una bomba sumergible directamente contra la red de riego.
Más o menos válvulas:
En relación al posible impacto de válvulas en el consumo de energía, en general con más válvulas se mantiene la matriz más llena, por lo que demora menos en llenarse y se entra antes en régimen de presión y descarga de emisores. “La matriz no se vacía, entonces no tienes que llenar una tremenda matriz, tus goteros entran en un régimen de funcionamiento normal en menos tiempo y por lo mismo el costo energético es menor”, señala Moraga.
Filtros:
Los filtros difieren en la forma como se autolimpian o retrolavan. Existen filtros que requieren mucha agua y energía (presión) para poder limpiarse, y pierden mucha agua y tiempo de riego. Según Moraga: “Si se pone al cabezal un filtro de arena a filtrar agua muy sucia, ese filtro va a retrolavar 10 minutos cada 2 horas, por lo que en 24 se va a retrolavar 12 veces. O sea 2 horas en 24”.
Hojas, por su parte, defiende los filtros de arena ya que por ser tridimensionales dice que filtran mejor materias orgánicas filiformes tales como lamas, además de afirmar que los otros tipos de filtro también usan parte del caudal para lavarse.
Explotación eficiente de aguas subterráneas para riego
El agua en Chile no tiene asignado un costo directo y en el caso de las aguas superficiales, sólo se pagan costos asociados a la administración, mantenimiento o reparación de los sistemas de acumulación y conducción. En el caso de las aguas subterráneas, en cambio, se incorpora el costo de la energía necesaria para su extracción, por lo que los usuarios -por economía- utilizan sólo la estrictamente necesaria.
El ingeniero Ignacio Popelka tiene 25 años de experiencia perforando pozos en distintas hidrogeologías. Es uruguayo y dueño de empresas perforadoras tanto en Chile como en Uruguay. Según Popelka para una eficiente explotación de aguas subterráneas, lo primero es la adecuada selección -en el campo- del punto de máxima probabilidad. “La primera condición para ubicar correctamente un pozo es una previa prospección hidrogeológica a cargo de un profesional. Generalmente se usa la geofísica o cualquier otra técnica debidamente reconocida y aprobada. No coincido con aquellas empresas que le preguntan al cliente: ‘¿Dónde quiere hacer el pozo? o que ofrecen a perforarlo en un lugar cercano a la instalación eléctrica”.
Explica el ‘perforador’ que un pozo mal ubicado entrega poca agua y puede ser mucho más profundo de lo necesario, lo que afecta la eficiencia energética de bombeo. Su segunda consideración apunta a la selección del diámetro final del pozo y su habilitación: “Seleccionar un diámetro pequeño para un gran caudal, va a dar lugar a pozos con bombeo escaso o sub-bombeables, de los que no se puede extraer todo el caudal potencial del pozo. Por el contrario, la selección de un diámetro excesivamente grande en un acuífero pobre, da lugar a un pozo costoso”.
Además se debe considerar que los pozos profundos trabajan con un nivel de agua dinámico, es decir cambiante; por lo que no es recomendable hacer trabajar una bomba sumergible directamente contra la red de riego. Cuando se explota un pozo y desciende el nivel del acuífero, se deberá ajustar la profundidad de la bomba o se modificará la presión y el caudal bombeado, por lo que el sistema no logrará la presión requerida por los emisores de riego. Por esto es más eficiente bombear desde un pozo a un estanque.
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La eficiencia de los equipos de riego es fundamental en estos tiempos de altos costos de la energía. Todo indica que tanto en Chile como en el resto de mundo, la energía mantendrá su tendencia alcista, e incluso podría llegar a ser un factor restrictivo para la agricultura irrigada.
En Chile no sólo ha aumentado el costo por kilowatts (kW) sino que además el período en que se castiga el alto consumo se ha extendido y ya comienza a afectar en las puntas de la temporada de riego. Afortunadamente todavía sin pasar de los meses con baja demanda de agua: de marzo a noviembre. 
