Investigadores de la Universidad Northwest A&F de China han desarrollado un novedoso sistema de riego por goteo alimentado por energía fotovoltaica, que almacena energía en forma de aire comprimido. El uso de aire comprimido no sólo regula el rendimiento del sistema, sino que también garantiza la uniformidad en la salida del riego y mejora la antiobstrucción de las tuberías.
«El riego por goteo con energía fotovoltaica es un enfoque vital para atender las necesidades de riego en regiones con recursos hídricos limitados y deficiencias energéticas, garantizando así el suministro de sustento y productos hortícolas a los habitantes locales», afirman los académicos. «Sin embargo, la susceptibilidad del sistema de riego por goteo a la obstrucción, así como las fluctuaciones en la producción fotovoltaica, pueden afectar significativamente a la calidad del riego».
Para maximizar el equilibrio agua-energía del sistema, los investigadores han utilizado un tanque a presión sellado con una mezcla de aire y agua. Ese tanque está situado entre una bomba y los tubos de goteo. El depósito se llena inicialmente de aire y, una vez que se dispone de energía solar, la bomba empuja el agua hacia el depósito, comprimiendo de hecho el aire que contiene. Una vez alcanzada cierta presión, se abre una válvula que libera el agua almacenada en pulsos. Una vez liberada el agua, el aire vuelve a expandirse, lo que permite repetir el ciclo.
Los sistemas experimentales
«Durante el proceso del ciclo, el volumen de aire del tanque de presión experimenta una expansión durante cada proceso de riego por goteo por pulsos, garantizando así la consistencia tanto del tiempo de chorro por pulsos como del caudal de descarga», explica el grupo. «Aunque la potencia del panel solar y el rendimiento de elevación de agua de la bomba varían debido a variaciones en la irradiación solar o la oclusión de nubes durante distintos periodos del día, estas diferencias sólo alteran el tiempo de elevación e inyección de agua de cada periodo de pulsos en distintas horas del día, sin afectar al proceso de chorro por pulsos».
Para probar el novedoso sistema, los científicos construyeron dos montajes experimentales en Yangling (China). Para analizar el rendimiento hidráulico, utilizaron un panel fotovoltaico de 374 W que alimentaba una bomba de 16 L/min. La bomba impulsaba el agua a través de un tubo central de 48 metros, al que estaban conectados ocho tubos laterales de seis metros de longitud cada uno. En cada bomba se colocaron seis emisores, lo que dio un total de 48 emisores en todo el sistema. Debajo de cada uno de ellos se colocó una taza de medición.
El segundo sistema experimental se centró en las prestaciones antiobstrucción. Para ello, se hizo fluir agua fangosa con un contenido de arena de 2 g/L en cuatro cintas de goteo. Una cinta recibía el agua directamente del depósito de agua contaminada mediante una bomba, mientras que las otras tres tenían un depósito de presión entre la bomba y la cinta. En estas tres últimas, el sistema utilizaba la misma técnica de presión agua-aire que en la primera configuración.
Los resultados
«El sistema funciona en modo de riego por goteo de pulsos cíclicos intermitentes, con el caudal del emisor variando en función de la potencia de la presión de pico para garantizar una uniformidad de caudal no inferior al 91,76%», explicó el grupo. «Además, la presión de pulso dinámica generada por el sistema mejora significativamente el rendimiento antiobstrucción del emisor. Durante las pruebas de obstrucción intensificada, la deposición de sedimentos en el tubo lateral se redujo entre un 78,95% y un 93,36% en comparación con los sistemas de riego por goteo continuo a presión constante».
Además, el equipo realizó un análisis económico del sistema, descubriendo que su implantación costará 373,13 dólares, equivalente a la inversión inicial de 103,84 dólares del riego por goteo tradicional. Sin embargo, si sólo se tiene en cuenta el consumo de energía de funcionamiento y los beneficios medioambientales, se pueden obtener unos beneficios anuales de funcionamiento de hasta 19,41 dólares por mu, que es la unidad tradicional china de superficie de tierra, equivalente a unos 667 m2.
«El sistema ofrece beneficios económicos y ambientales sustanciales sin aumentos significativos en los costes de inversión del sistema, al tiempo que proporciona energía limpia y fácilmente disponible para el funcionamiento eficiente de los sistemas de riego por goteo, contribuyendo así positivamente a la seguridad alimentaria», concluyó el equipo científico.
El sistema se presentó en «The incorporation of solar energy and compressed air into the energy supply system enhances the environmentally friendly and efficient operation of drip irrigation systems» (La incorporación de energía solar y aire comprimido al sistema de suministro de energía mejora el funcionamiento ecológico y eficiente de los sistemas de riego por goteo.), publicado en Agricultural Water Management.
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