Dilución del tanque de fertirrigación: por qué cambia la concentración de nutrientes durante la inyección

Un tanque de fertirrigación atravesado por agua se diluye progresivamente cuando el agua de riego entrante sustituye a la solución nutritiva que sale. Por tanto, un caudal de agua estable a través del tanque no garantiza una tasa de inyección de nutriente constante. Identifique si entra agua durante la inyección, mida los caudales pertinentes y distinga la concentración cambiante del tanque de la concentración que entra en la tubería principal de riego.

Depósitos de solución junto a un inyector de fertirrigación. Esta disposición difiere de un tanque de fertilizante atravesado por agua mediante presión diferencial. Foto: IrriNex.

Identifique qué tipo de tanque utiliza su sistema

Un tanque de presión diferencial forma una derivación entre dos puntos con distinta presión. El agua entra en el recipiente y transporta la solución de vuelta a la tubería de riego. La guía de fertirrigación e inyección de la Universidad Estatal de Nuevo México describe la dilución progresiva de este dispositivo de carga inicial y sus limitaciones cuando se necesita una concentración constante. El recipiente también debe ser adecuado para sus condiciones reales de servicio presurizado.

Un depósito de solución madre que alimenta un inyector dosificador se comporta de otra manera si no recibe agua de reposición. El nivel desciende al extraer solución, mientras que una solución totalmente disuelta y mezclada de forma uniforme puede mantener aproximadamente la misma concentración. Una tapa no convierte un depósito de solución madre en un recipiente a presión. Del mismo modo, que un tanque permanezca lleno durante el funcionamiento de la derivación no significa que conserve su masa inicial de nutriente.

Señale la entrada de agua, la salida de solución, el punto de inyección y cualquier conexión de llenado automático en un esquema sencillo del equipo. Determine si el tanque pierde volumen, recibe agua de reposición o incorpora una cámara de disolución independiente. El capítulo sobre fertirrigación del manual de la FAO distingue los tanques cerrados en derivación de otros sistemas de inyección. No elija una fórmula de concentración basándose únicamente en la palabra «tanque».

Esta guía estudia un nutriente previamente disuelto en un tanque ideal, atravesado por un flujo continuo y mezclado de forma permanente. Sus cifras originales ilustran un balance de masa; no son una receta de fertilización, un ajuste de presión, una recomendación para un cultivo ni un rendimiento medido de un producto IrriNex.

Escriba el balance de masa antes de usar un factor de dilución

Suponga un volumen de líquido V constante, caudales de entrada y salida iguales a q, mezcla completa e instantánea y ausencia de disolución adicional, precipitación, reacción o fugas del nutriente. C es la concentración del nutriente disuelto considerado por encima de una concentración de fondo constante en el agua de origen. Bajo estas hipótesis, la masa de nutriente en exceso dentro del tanque es V × C, y sale a una tasa de q × C.

Con V en litros, q en litros por minuto, C en gramos por litro y el tiempo transcurrido t en minutos, el balance es V × dC/dt = −q × C. Su solución es C(t) = C0 × exp(−q × t ÷ V), donde C0 es la concentración inicial en exceso. El argumento de la exponencial es adimensional. Describe una sustitución continua, no una sucesión de vaciados y llenados completos.

Para una concentración de fondo Cb constante y distinta de cero, la concentración absoluta correspondiente es Cb + (Cinitial − Cb) × exp(−q × t ÷ V). El ejemplo siguiente utiliza la concentración en exceso para separar los nutrientes del agua de origen de la dosis añadida. La masa de producto fertilizante, la masa de un nutriente individual y las sales disueltas totales son cantidades diferentes; debe mantenerse la misma base de concentración durante todo el cálculo.

Los tanques reales pueden apartarse de este modelo por mezcla incompleta, trayectorias del agua que evitan parte del recipiente, sólidos que continúan disolviéndose durante la inyección o cambios de caudal. El cálculo exponencial es un modelo ideal explícito que debe compararse con las mediciones. No sustituye la curva de funcionamiento específica del tanque ni demuestra el comportamiento de un dispositivo cuyo diseño interno se desconoce.

Calcule una curva de dilución y un registro de masas originales

Suponga V = 100 L, q = 5 L/min y C0 = 10 g/L del nutriente añadido considerado. La masa inicial de nutriente es de 1000 g. El tiempo de renovación V ÷ q es de 20 min y la ecuación de concentración queda C(t) = 10 × exp(−t ÷ 20). Todos los resultados mostrados se redondean a partir de esa ecuación.

Tras un tiempo de renovación, han pasado 100 L por un tanque cuyo volumen de líquido sigue siendo de 100 L. Han salido aproximadamente 632.12 g y quedan 367.88 g. Hacer pasar un volumen equivalente al del tanque no sustituye por completo cada molécula de un recipiente mezclado continuamente. Tampoco significa que su concentración haya descendido linealmente hasta cero.

Después de 60 min, ha salido aproximadamente el 95.02 % del nutriente añadido inicialmente al tanque ideal, pero quedan unos 49.79 g. El nivel de líquido sigue sin cambiar. Ni un recipiente que parece lleno ni el paso de varios volúmenes de renovación permiten determinar la masa residual sin un modelo de concentración o una medición.

La masa descargada es Mout(t) = V × C0 × [1 − exp(−q × t ÷ V)]. Es la masa que cruza la salida del tanque. No equivale automáticamente a la masa que ya llegó a cada emisor, quedó retenida en la zona radicular o fue absorbida por las plantas. Esos lugares y procesos requieren balances adicionales.

Distinga la concentración del tanque, la de la tubería principal y la media del evento

Suponga ahora que el caudal total de riego aguas abajo del retorno de la derivación es Q = 200 L/min, incluidos los 5 L/min que regresan del tanque. Los otros 195 L/min siguen la otra trayectoria. No vuelva a sumar el retorno de la derivación a Q. Con mezcla completa en el punto de retorno, la concentración añadida en la tubería principal es q ÷ Q × C(t).

Al inicio, 5 ÷ 200 × 10 = 0.25 g/L, o 250 mg/L del nutriente añadido considerado. A los 20 min, es aproximadamente 91.97 mg/L. Los 3.679 g/L del tanque en ese momento no deben presentarse como la concentración de la tubería principal: la solución se ha diluido con el caudal de agua combinado.

La media del intervalo supera la concentración final porque la descarga inicial estaba más concentrada. Multiplicar la concentración final por todo el intervalo subestimaría la masa entregada durante este perfil descendente. Del mismo modo, una muestra del comienzo del evento no representa todos los minutos posteriores.

Mantenga separados los objetivos de masa y de concentración al usar la guía de cálculo del caudal de inyección en fertirrigación. Completar la dosis total puede coexistir con una concentración variable durante el evento. Saber si ese historial conviene al cultivo y a la red requiere una evaluación agronómica y de distribución, no solo una masa total correcta.

Compruebe qué cambia al modificar el caudal de derivación o el tamaño del tanque

En la ecuación ideal, la relación q ÷ V determina la rapidez con que disminuye la concentración. Un volumen de líquido mayor, con los mismos q y C0, produce una disminución más lenta y también comienza con más masa de nutriente. Si la masa total prevista debe mantenerse fija, aumentar V obliga a cambiar C0. Especifique qué cantidad permanece constante antes de comparar tanques.

Duplicar q de 5 a 10 L/min en el mismo tanque ideal de 100 L reduce a la mitad el tiempo de renovación, de 20 a 10 min. Si el caudal total aguas abajo Q supuesto sigue siendo de 200 L/min y C0 permanece en 10 g/L, la concentración añadida inicial en la tubería principal se duplica, de 250 a 500 mg/L. Que la masa de nutriente disminuya más deprisa en el tanque no significa que el perfil de concentración se haya vuelto constante.

Esta es una comparación matemática, no una instrucción para estrangular la tubería principal o modificar una diferencia de presión. El caudal real de derivación depende del tanque, las válvulas, las conexiones y las presiones de funcionamiento. Un cambio que aumente ese caudal también puede alterar las condiciones en otros puntos. Verifique q y Q reales después de cualquier ajuste autorizado del equipo.

Para un q medido variable y un V constante, la exponencial ideal depende del volumen acumulado de derivación dividido por V. En ese caso, el tiempo transcurrido por sí solo es un predictor incompleto. Utilice una medición de caudal apropiada e interprete correctamente los totales de impulsos, como explica la guía de conversión de impulsos de contadores de riego. Que el controlador esté encendido no demuestra que el caudal de derivación sea constante.

Compare la dilución por paso de agua con la extracción de solución madre preparada

En un depósito de solución madre mezclada uniformemente y sin reposición de agua, extraer solución reduce conjuntamente la masa disuelta y el volumen de líquido. Si ningún otro proceso cambia la solución, la concentración permanece aproximadamente constante hasta agotar el volumen utilizable. En un tanque atravesado por agua, el agua entrante sustituye el volumen extraído y cambia esa concentración. Estas disposiciones necesitan registros de seguimiento diferentes.

UMass Extension explica la concentración de la solución madre y las relaciones de inyección, incluido por qué una relación ajustada no es en sí misma una concentración de nutriente. Una concentración constante de solución madre tampoco garantiza una concentración constante en la tubería principal si cambian su caudal de inyección, el caudal de riego o la relación. Verifique qué representa el denominador de la relación del inyector y mida la entrega real.

Antes de tratar la solución madre como constante, compruebe que se haya disuelto por completo y que sea compatible en las condiciones reales. La guía de solubilidad y compatibilidad de soluciones madre aborda esa decisión de preparación por separado. La sedimentación, la precipitación, la evaporación, un llenado accidental o la disolución continua pueden invalidar la hipótesis de concentración constante.

No traslade el ejemplo del tanque de flujo continuo de 100 L a un depósito de aspiración ni mantenga su inyector funcionando hasta que el recipiente quede físicamente vacío. El volumen utilizable depende del nivel mínimo y de los requisitos de aspiración del equipo. Detenga y rellene según su procedimiento aprobado; un tiempo matemático de agotamiento no anula esos límites operativos.

Compruebe la evolución de la concentración y sitúe el límite de medición

Utilice un dispositivo de muestreo aprobado para recoger muestras con hora registrada en lugares definidos: agua de origen, salida del tanque o solución madre mezclada representativa, tubería principal después de la mezcla y puntos de entrega aguas abajo seleccionados según sea necesario. Una muestra del tanque y otra de un emisor tomadas simultáneamente no representan necesariamente la misma porción de solución, porque la red introduce tiempo de desplazamiento y mezcla.

La conductividad eléctrica, o EC, puede ayudar a seguir una solución conocida mediante un procedimiento calibrado adecuado, pero no identifica de forma única la concentración de cada nutriente. Registre el agua de fondo, el tratamiento de la temperatura, la formulación del fertilizante y la relación de concentración aplicable. El color de la solución y un multiplicador genérico de EC a nutriente no sustituyen esa relación.

No abra un recipiente presurizado para obtener una muestra ni para valorar el fertilizante restante. Use el procedimiento de muestreo previsto y los medios apropiados de aislamiento o despresurización. Mantenga la protección contra el retorno de agua y la inyección involuntaria durante la prueba. La guía de enclavamientos de bomba y autorización de riego aborda un límite de control relacionado. Su ejemplo de bomba no especifica un sistema completo de protección de fertirrigación.

Cierre el evento con un registro de masa residual y presupuesto de agua

La exponencial de un tanque ideal mezclado se aproxima gradualmente a una concentración nula; no llega exactamente a cero en un tiempo finito. En el ejemplo, descargar el 99 % del nutriente añadido inicialmente exigiría aproximadamente 92.10 min y 18.42 m³ de agua en la tubería principal con los caudales constantes supuestos. Es un punto calculado del modelo, no un objetivo recomendado de lavado ni permiso para aplicar ese volumen al cultivo.

Continuar regando únicamente para eliminar un pequeño residuo del tanque puede exceder el volumen de agua admisible en el campo. Establezca conjuntamente la dosis aceptable del evento, su historial de concentración, la gestión del residuo y el procedimiento de limpieza de las tuberías, conforme a las necesidades del cultivo y del equipo. Las autorizaciones de agua y nutrientes deben seguir siendo válidas durante toda la operación.

Conserve el volumen real de líquido, la base de concentración inicial, los registros de caudal de derivación y principal, las horas de muestreo, las estimaciones de masa descargada y residual y cualquier desviación respecto al modelo supuesto. Separe la masa que sigue dentro del tanque de la solución que continúa desplazándose por la red. Esa distinción hace comprensibles y reproducibles el inventario inicial del evento siguiente y la dosis del evento terminado.