Planeta Pivote:

PIVOTES: La Revolución Circular del Riego

A fines de los años 40’, en Colorado (EEUU) un agricultor de 55 años llamado Frank Zybach– inventó una manera de dormir tranquilo por las noches. El granjero Zybach patentó su invento, hoy conocido como pivote central, y en la actualidad estos sistemas riegan millones de hectáreas de cultivos agrícolas en todo el mundo.

Enormes economías de mano de obra, mayor rendimiento de los cultivos y seguridad de cosecha, mayor eficiencia en el uso del agua y ahorros en energía y agroquímicos, además de irrigar terrenos que difícilmente podrían ser regados por otros métodos, son algunos de los argumentos que han llevado a los pivotes al estrellato. Comenzaron desplazando al riego tradicional (gravitatorio) pero ahora se sobreponen incluso al riego localizado. Hoy, en todo el mundo, son decenas de miles los agricultores que duermen tranquilos, arrullados durante la noche por el zumbido de sus pivotes al regar o que a miles de kilómetros de distancia controlan sus equipos en un PC o teléfono móvil.

De estructura rígida y durable, pero versátiles, se los adapta a casi cualquier topografía –con hasta un 30 % de inclinación– sin necesidad de nivelar el terreno y si bien su sello distintivo son las enormes marcas redondas, visibles desde aviones e incluso del espacio, su ingeniería permite adaptarlos a regar –sin pérdida de superficie cultivable– áreas cuadradas o rectangulares.

Pivotes centrales fijos y móviles, con brazo extensible o con cañón de aspersión en la punta, avances frontales (‘lineales’) con sistema de giro o transportables. Van desde los de una torre –una sección– para regar 20 ha o menos, hasta los de cerca de 20 torres y más de 800 m de largo, capaces de regar 200 ha o más. Se movilizan sobre conjuntos de dos o tres ruedas por torre o hasta cuatro ruedas articuladas, las que incluso pueden usar orugas, de modo de adaptarse a casi cualquier condición de suelo.

Tienen sistemas de control que van desde los que se accionan manualmente en el mismo pivote hasta los que permiten el control remoto centralizado de varios pivotes desde un PC o un teléfono móvil.

Usan sistemas de aspersores de alta presión o baja presión con rangos que van de los 6 psi a los 60 psi (4,22 – 42,19 m.c.a.) y con gran variedad de caudales de trabajo: Fixed Pad, Rotators, Spinners, Accelerator, I-Wob; unos desarrollados por Nelson Irrigation otros por Senninger Irrigation, ambas compañías norteamericanas. Los aspersores para pivotes pueden ser con y sin sistema de regulación de presión (autocompensados), los hay de huella seca, los que mojan sólo una fracción de circunferencia, los de aplicación de precisión de baja energía (LEPA en inglés), los spray y todo tipo de aspersores de alto impacto que se ubican en el extremo para regar más terreno.

Estos sistemas pueden regar eficientemente en casi todo tipo de suelos y en la actualidad se utilizan para irrigar una impresionante gama de cultivos. Comenzaron en los más tradicionales: maíz –el cultivo más asociado a los pivotes–, trigo, soja, remolacha, algodón, patatas... luego pasaron con éxito a cultivos como caña azucarera, arroz, espárragos, alcachofa, piña, café, diferentes frutales menores (ej. arándanos) y diferentes hortalizas... para finalmente entrar de lleno en el riego de árboles frutales, entre los que destacan los cítricos, ya que los pivotes pueden tener despejes de hasta 5 m.

 

Además desde hace un tiempo los pivotes están siendo adaptados para realizar aplicaciones cada vez más exactas de fertilizantes y agroquímicos, mantienen el campo disponible para las distintas labores y el paso de maquinaria -o ésta pasa bajo sus arcos- y luego de, por ejemplo 20 años de servicio, pueden ser vendidos, desarmados y luego llevados a regar en otro campo o heredado a la siguiente generación de agricultores.

¿Cómo funcionan los pivotes?

El concepto básico del pivote central consiste en llevar el agua de riego hasta los cultivos mediante una tubería metálica, generalmente de acero galvanizado o aluminio, la que es montada sobre torres de metal que se mueven sobre conjuntos de ruedas, de modo que el pivote gira en círculos manteniendo uno de sus extremos fijos en el centro del campo. A todo lo largo de la tubería cuelgan aspersores, distribuidos de acuerdo a los requerimientos, cuyas cabezas de riego pueden ser ubicadas a distancias variables del suelo.

Algo importante de notar es que las últimas secciones de los pivotes centrales riegan mucha más superficie que las primeras por lo que el costo por hectárea del equipo va disminuyendo dramáticamente en tanto mayor el largo. Por ejemplo, un pivote central estándar que mide cerca de 400 m riega un círculo de aproximadamente 50 ha, en cambio un sistema de 800 m es capaz de regar un círculo de cerca de 200 ha.

La gran mayoría de los sistemas actuales son accionados por motores eléctricos conectados a cajas de cambios en las ruedas de las torres (Valmont, Reinke, Lindsay, Pierce). Otros, T-L por ejemplo, son hidráulicos. Además, en la actualidad, casi todas estas máquinas se mueven sobre ruedas de goma de diversos diámetros y anchos de neumático, las que por lo general se seleccionan procurando minimizar la profundidad de las huellas en el campo. La profundidad de las huellas dependerá del tipo de suelo, de cuánta agua se le aplique -entre otras condiciones de campo- y del peso del pivote.

La tecnología actual permite a los operadores mover los pivotes en cualquier dirección, en el sentido de las agujas del reloj o al contrario, con o sin aplicación de agua en tanto se mueven. Esto permite operar los pivotes con patrones como los del limpia parabrisas de un automóvil, de modo de alternar dentro del círculo entre dos diferentes cultivos con distintos requerimientos de agua y tiempos de riego.

Una firme estructura de arco

       

Tanto los pivotes centrales como los de avance frontal son fabricados principalmente de acero galvanizado o aluminio con la característica estructura de cuerda de arco diseñada en 1968 por Richard Reinke. Este sistema permite un despeje de hasta 5 m bajo los arcos del pivote que se extienden de torre a torre y confiere resistencia a la tubería que forma los arcos. Esto último es importante ya que la tubería de un pivote largo puede pesar por sobre las tres toneladas cuando está lleno de agua.

En general las secciones de los pivotes están conformadas por tubería de 6 5/8, 8 5/8 y 10 pulgadas y se ofrecen varias alturas de despeje, por ejemplo: perfil bajo: 1,85 – 1,95 m, perfil alto: 3,9 – 4 m, perfil ultra alto: 4,9 – 5 m. Al hacerse más alto el pivote se va haciendo más caro ya que todas las piezas deben ser más robustas, la base de las torres más anchas, etc. La altura también incide en la presión de trabajo ya que entre 2 y 5 m hay 3 m.c.a (4,27 psi) de diferencia de presión.

Tal como se arma un mecano los fabricantes pueden construir un pivote combinando diferentes largos de secciones en rangos que van desde tramos de 33 m a tramos de 60 m o más. La combinación de largos se diseña según la topografía del campo que regará el pivote. Los sistemas de pivote central pueden operar en terrenos con hasta un 30% de inclinación.

Los pivotes se adaptan a la forma del terreno

El patrón de riego en círculo de los pivotes centrales muchas veces no coincide con la forma de la mayoría de los predios agrícolas. En un principio esta particularidad no era importante ya que muchos pivotes fueron instalados para regar terrenos de bajo valor, por ejemplo en suelos arenosos, de modo que las esquinas que no recibían agua (improductivas) no preocupaban mayormente a los agricultores. Las áreas entre el círculo de riego y las esquinas de los terrenos generalmente cuadrados o rectangulares donde se instalaban los pivotes eran utilizadas para cultivos de secano, zonas de alimentación animal (feedlots), etc. Pero pasa a ser un verdadero problema cuando se cultiva en terrenos de alto valor.

Los fabricantes de pivotes primero intentaron agregando cañones (aspersores también llamados pitones o pistones) de alto caudal en los extremos de los pivotes, los que se activaban automáticamente cuando el extremo móvil llegaba a la esquina. Esta fue una solución parcial ya que no se moja toda el área de la esquina y además se sufre deriva por viento.

En 1974 se introdujo el sistema de ‘esquinero’, el que consistió en una extensión del pivote central de hasta 80 m, la que cuenta con una torre móvil propia y control. El esquinero se despliega y repliega desde el extremo móvil del pivote activándose automáticamente en las esquinas.

Los sistemas para regar esquinas que utilizan la mayoría de los principales fabricantes se han refinado mucho desde su introducción en los 70’. El primer esquinero era guiado por un alambre enterrado en la ruta que debía seguir la torre del esquinero. Hoy se utilizan sistemas de guía programada y GPS (Sistema de Posicionamiento Global) que abren los esquineros al acercarse a una esquina y lo guía en las irregularidades perimetrales de un terreno. Este no es un sistema barato por lo que sólo se justificará en cultivos de alto valor.

Gran desarrollo de sistemas de aspersión

En el riego localizado la tasa de aplicación de agua estará determinada por el volumen de agua que el sistema aplica por unidad de tiempo. En el caso de los pivotes centrales la tasa de aplicación de agua dependerá del caudal de agua que es bombeado a través del sistema por unidad de tiempo y de la velocidad a que se mueve el pivote. Por ejemplo, si se bombea 100 l/min se aplica menos agua que si se bombea 200 l/min pero además, en un sistema móvil, mientras más rápido gira el equipo en el campo menor es la cantidad de agua que aplica. Se llama ‘tiempo de aplicación’ al tiempo que toma asperjar cada lugar del campo y este depende del radio a que los aspersores tiran el agua. A una velocidad determinada de giro, en tanto mayor sea el radio de aspersión por más tiempo cada punto del campo recibirá agua.

Otra consideración es que en los pivotes la tasa de aplicación varía lateralmente, del centro a la periferia, ya que el pivote va regando un área cada vez mayor en la medida que los aspersores se van ubicando más alejados del centro del sistema. Esto porque las primeras secciones del pivote se mueven proporcionalmente mucho más lento que las más externas. Por ejemplo, la torre más externa de un pivote de 400 m debe recorrer cerca de 2.413,5 m en el tiempo en que la más interior recorre sólo 402,25 m (una proporción de 1 a 6). En tanto que la primera extensión de 60 m apenas riega 1,2 ha, los últimos 60 m deben regar cerca de 16 ha. Pero con un diseño adecuado del sistema de aspersores, un pivote podrá alcanzar la tasa de absorción de agua del suelo con una excelente uniformidad de riego. En términos simples mientras más externo es un aspersor más agua debe aplicar.

Cuando aparecieron los pivotes se usaban aspersores de impacto de alta presión, por lo que el tiempo de aplicación era más largo y la tasa de aplicación era más baja dado el mayor radio de los aspersores. Según el especialista en riego de Colorado State University, I. Broner, los aspersores de impacto de alta presión y ángulo alto tienen una uniformidad de riego más baja, en especial en condiciones ventosas. Además, con el correr del tiempo la energía se ha hecho más cara y escasa, por lo que la industria comenzó a buscar aspersores de baja presión e impacto y boquillas pulverizadoras que funcionaran a presiones de 20 o 30 psi (14,06 – 21,09 mca) para lograr ahorrar hasta un 40 % de la energía que requerían los sistemas de alta presión. Hoy se han dejado de usar los aspersores de impacto que se instalaban sobre los arcos del pivote ya que demandan mucha energía.

Se da una proporción inversa entre la tasa de aplicación y el radio de tiro del aspersor utilizado. Mientras más pequeño el radio, más alta debe ser la tasa de aplicación instantánea, ya que es más corto el tiempo de aplicación que recibe cada punto del campo, lo que representa un problema para el radio pequeño de los emisores de baja presión.

La aplicación de agua a baja presión y bajo volumen implica que la misma cantidad de agua debe ser aplicada en un área más pequeña y al aplicar agua al suelo demasiado rápido resulta en escorrentía y erosión, y por tanto se pierde uniformidad de riego. Por esta razón se han diseñado muchas diferentes clases de aspersores y diversas formas de ubicarlos en el pivote, con el fin de incrementar el área de cobertura de cada emisor. Algunas soluciones se han encontrado en el diseño especial de aspersores que lanzan agua sobre platos deflectores para aumentar el radio y en boquillas giratorias (spinner) que arrojan agua más lejos.

Dada la diversidad de cultivos, suelos y climas, un solo tipo de aspersor no puede cumplir con todos los requerimientos por lo que la industria en la actualidad ofrece más de 40 opciones diferentes de paquetes de aspersores. En los últimos tiempos los ingenieros han desarrollado aspersores que no sólo controlan el tamaño de las gotas, sino que además su trayectoria. Además han logrado perfiles de distribución para situaciones específicas tales como alta demanda de uniformidad, resistencia al viento, penetración en la vegetación y riego en suelos sensibles.  

Otros de los problemas que ya se ha superado es, por ejemplo, que la presión del agua en la tubería cambia con la elevación. La solución fue colocar reguladores de presión y caudal en los aspersores, tecnología que compensa los cambios de presión que se producen a lo largo del pivote cuando éste recorre terrenos ondulados.

El futuro: Telemetría, GPS, elementos de control

Entre los avances del riego por pivote de los últimos tiempos que más se destacan está la tecnología de control. Hoy en día un operador sólo debe realizar una rápida programación en el panel de control para seleccionar la dirección y la velocidad deseada de varios pivotes. Es decir, el operador puede regular al detalle cuándo, cuánta y cómo aplica el agua en cualquier fracción del círculo regado por el pivote. Programar el accionar de un esquinero o que el cañón de punta tire agua (a por ejemplo 25 m) en ciertos lugares y en otros no.

A finales de los 70’ se comenzaron a integrar controles remotos y sistemas de monitoreo a los pivotes centrales. Estos sistemas permiten, a través de señales de radio o tonos de teléfono, encender o apagar los sistemas de riego desde cualquier lugar, monitorear si están funcionando y determinar su posición en el campo.

Los sistemas de control se han hecho cada vez más sofisticados y en la actualidad el operador puede pre-programar el riego con varias semanas de antelación. Las instrucciones pueden incluir diferentes tasas de aplicación de agua, programadas dependiendo del sector del círculo, según los requerimientos del cultivo. En los controles de última generación también pueden programarse operaciones tales como aplicaciones de fertilizantes y pesticidas. Todas esas operaciones pueden así mismo realizarse desde un teléfono móvil o un PC desde cualquier parte del mundo donde se cuente con servicios de Internet o teléfono. Los sistemas de control además cuentan con varios sistemas de alarmas que alertan al operador en caso de malfuncionamiento.

Casi todas las marcas de pivotes que se comercializan en Chile disponen de tres versiones o niveles de tableros de control. Los que van desde lo más básico, un tablero electromecánico, a lo más sofisticado, que incluso cuentan con telemetría.

Una industria en fuerte crecimiento

Las enormes marcas circulares de los pivotes pueden ser vistas desde los aviones e incluso –según dicen- desde las naves espaciales. Los conspicuos círculos son fáciles de encontrar en sistemas informáticos de imágenes satelitales (ej. Google Earth), en particular cuando están ubicadas en medio de las arenas de un gran desierto, como es el caso de -por ejemplo- Egipto y Arabia Saudita. Es así que por medio del análisis de fotos satelitales se ha podido comprobar el explosivo crecimiento del número de pivotes y de la superficie regada por los mismos.

A principios de los 70’ estos círculos fueron mapeados gracias a imágenes captadas por el sistema de satélites Landsat. En las fotos de 1972 se contaron 2.725 máquinas pero en las fotos de 2002 se encontraron con las huellas de 170.000 pivotes que regaban más de 8 millones de hectáreas en EEUU. Además, se observó que otros 88.000 pivotes (y sistemas lineales) operaban en más de una docena de países en todo el mundo. Esta estimación incluyó cerca de 21.000 sistemas en Arabia Saudita, 15.000 en Sudáfrica, 10.000 en España y 8.500 en Brasil. Además se estima que hay otros 2.500 pivotes regando en Argentina, 1.500 en México, 150 en Chile y unos 200 en el resto de Latinoamérica. En general se calcula que la industria a nivel mundial crece a tasas de entre 7 y 11%.

Entre finales de los 60’ y principios de los 80’ existían más de 80 marcas comerciales de pivotes, las que principalmente fabricaban y vendían en EEUU. De todas esas compañías sólo un puñado permanece hoy día en el negocio. A pesar de la concentración en el número de actores a nivel mundial la industria de los pivotes se ha mantenido competitiva, lo que se ha traducido en rápidas mejoras en las prestaciones y capacidades de los equipos.

Como los pivotes han evolucionado hasta poder regar en casi cualquier topografía, gran cantidad de agricultores que regaban por gravedad se han cambiado al riego por pivote, lo que ha modificado radicalmente la proporción de superficie regada mediante ambos sistemas, al menos en EEUU.

Hacia 1979, de los 20 millones de hectáreas bajo riego en EEUU el 62 % correspondía a gravedad, sólo el 17 % era regado mediante sistema de pivote, en tanto que el 21 % restante era regado por otros métodos. Para 2003, con un área bajo riego de 21 millones 600 mil hectáreas, el 51 % correspondía a pivote, el 43 % a riego gravitacional y el resto (6 %) a otros métodos de riego. Esta transformación obedecía principalmente a los ahorros en mano de obra, a una mayor eficiencia de uso del agua y al mayor control del riego, pero también a la posibilidad de regar cultivos en terrenos que no podían ser regados mediante métodos gravitacionales. Los pivotes no requieren nivelar un terreno de topografía irregular, por ejemplo ondulado, y permiten regar suelos que no pueden ser regados mediante métodos tradicionales, como es el caso de suelos muy arenosos.

Casi todas las principales fábricas de pivotes de EEUU están ubicadas en Nebraska (Valmont Industries, T-L Irrigation Company, Lindsay Manufacturing y Reinke Manufacturing Company), Estado en que 72.000 pivotes riegan cerca de 2 millones de hectáreas de los algo más de 3 millones 200 mil ha bajo riego.

Los diferentes representantes locales de las principales compañías están de acuerdo en que los pivotes de las marcas que permanecen en el mercado son en general de buena calidad y que las diferencias sólo comienzan a notarse luego de varios años de uso.

Argumentos a favor de cada marca hay muchos. Algunas empresas destacan lo liviano de sus pivotes, lo que incidiría en un menor desgaste del sistema en general, en una menor profundidad de huella y en menos atascos; otras destacan la robustez de sus sistemas, su durabilidad y que luego de muchos años pueden desarmarse para luego ser armados en otra parte. Unos afirman que los sistemas eléctricos son más complicados y que los hidráulicos riegan de forma más uniforme. Por su parte los que trabajan con sistemas eléctricos argumentan que los sistemas hidráulicos no permiten un adecuado control a distancia de los equipos. O que los motores eléctricos de 1,5 HP –que mueven las torres– son superiores o que los de 0,75 HP son más económicos.

Independientemente de las particularidades de cada producto, lo que queda absolutamente claro es que los pivotes son un gran invento. Una ‘revolución circular’ del riego agrícola cuya tecnología ya se ha consolidado en casi todo el mundo y que hoy busca nuevas aplicaciones. Se esperan avances en la fertirrigación por pivote y en la aplicación de agroquímicos (herbicidas, fungicidas, etc.), disminuyendo enormemente el tiempo y la mano de obra que se dedican a estas labores y convirtiendo a los pivotes –más allá del riego– en estructuras que permiten entrar al campo en todo momento para realizar labores, como fumigar, de forma extraordinariamente económica. Como nos dijo el representante de una de las compañías líderes en Latinoamérica: “Nuestros mejores clientes son los agricultores que ya han comprado un pivote. El que compra un pivote nunca más riega por gravedad e intenta colocar otro en donde puede”.

RECUADRO

Tipos básicos de pivotes:

Pivote central fijo: Un pivote central es un sistema de riego móvil, con un lateral que rota alrededor de un punto fijo o pivote. En este punto fijo se ubica la toma de agua, la que generalmente es bombeada desde una estructura de acumulación ubicada fuera del perímetro de riego.

Pivote central móvil: Es generalmente de menor tamaño que los fijos. Cuando termina un circuito de riego se modifica manualmente la dirección de las ruedas y luego son tirados por un tractor, desde uno de sus extremos, hasta el siguiente circuito de riego. Se requiere de un alimentador de agua (hidrante) en el centro de cada uno de los circuitos de riego (mucha más tubería enterrada). Estos sistemas son mucho más demandantes de mano de obra que los fijos.

Avance frontal o lineal: Se mueven frontalmente cuando riegan y son utilizados para superficies rectangulares. Pueden incluir un sistema de giro que le permite a una misma máquina regar en L (ele) o regar en franjas paralelas. También pueden ser trasladables. Su operatividad es más compleja ya que se complica la alimentación de agua y energía. Algunas soluciones son alimentarlo de agua por un canal lateral (acequia) o mediante una manguera arrastrada. Para esta última solución se requerirá instalar hidrantes, por ejemplo, cada 200 m para una manguera de 100 m, lo que significará cambiar la manguera de hidrante –con la ayuda de un tractor– cada 200 m. La energía eléctrica deberá ser proporcionada por un cable de arrastre o por un generador diesel montado en el pivote. Los lineales soportan inclinaciones mucho menores que los pivotes centrales (más o menos 6%).