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No.31 / Junio de 2013 ISSN 0123-0409
Dise帽o de campo, adecuaci贸n de tierras y obras de control de inundaciones Septiembre de 2013 Cali, Colombia
Revista Tecnicaña No. 31, Junio de 2013 ISSN 0123 – 0409
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Contenido
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Pág.
JUNTA DIRECTIVA 2012-2014
Presidente
Guillermo Rebolledo Mejía
Vicepresidente
Editorial
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Modelos, prevención y recuperación de suelos con problemas de sales
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Diseño de campo, adecuación de tierras y obras para control de inundaciones
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Cursos académicos: En convenio con la Universidad Autónoma de Occidente
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José Ricardo Cruz Valderrama
Principales Alvaro Gomez Ingenio Pichichí S.A José Rafael Rojas Legarda Providencia S. A. Ricardo Franco Arango Ingenio Mayagüez S.A. Alfonso Camargo Moreno Incauca S.A. José Manuel Quintero Dávila Asesores Quintero Carvajal S.A. Guillermo Rebolledo Mejía Insumos Rebolledo Sioufi Guillermo Caicedo Prado Ingenio Providencia S.A.
Suplentes Alexánder Bohórquez Páez Riopaila S. A. Fabio Vásquez Congote Ingenio Risaralda José Ricardo Cruz Valderrama Cenicaña Juan Felipe Cano Palacio Incauca S.A. Rodrigo Villegas Tascón Oriente S.A. Fernando Marín Valencia Mayagüez S.A. Enrique Molina P. Manuelita S.A.
Directora Ejecutiva (E) Martha Elena Caballero R. Tecnicaña COMITÉ EDITORIAL Alberto Ramirez Martha E. Caballero R. REVISIÓN DE TEXTOS Alberto Ramírez Pérez
Artículos técnicos El riego y el drenaje: claves para mitigar condiciones extremas de clima y aumentar la productividad
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Ricardo Cruz V.
La salinidad como un problema fisiológico
10
Miguel Ángel López Murcia
Alternativas para la optimización del proceso de producción de azúcar en fábrica. Tratamiento de masas cocidas con adsorbentes de alto rendimiento
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E. M. Sarir, C.A. Donado, A. Vawda, L. Jaramillo, C. Reartes
Criterios de calificación y diagnóstico de suelos afectados por sales en Colombia
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Edgar Madero Morales
La salinidad de los suelos en el valle del río Cauca
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Álvaro Calero Aguado, Gustavo Adolfo Romero Lozada y Claudia Martínez Herrera
Cenicaña: ciencia productiva para la agroindustria azucarera de Colombia
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Innovación en la fabricación de cuchillas para mayor rendimiento y menor costo en el corte mecanizado de la caña
40
Lyda Cielo Pantoja
DISEÑO, DIAGRAMACIÓN PREPRENSA, IMPRESIÓN Impresora Feriva S.A. CARÁTULA Diseño: Alejandro Giraldo
Asociación Colombiana de Técnicos de la Caña de Azúcar Calle 58 norte No. 3BN-110 Cali, Colombia Tel. (57) (2) 665 4123 ó 665 3252 Fax: (57) (2) 664 5985 tecnicana@tecnicana.org www.tecnicana.org
La Revista Tecnicaña es un medio de divulgación de información técnica de actualidad en temas relacionados con el cultivo de la caña de azúcar y sus industrias derivadas y publica artículos técnicos acerca de investigaciones realizadas en Colombia y otros países, artículos de revisión y artículos de reflexión, además de informes sobre las actividades de la Asociación. Está dirigida a los profesionales de la agroindustria vinculados con la producción agrícola y la producción industrial de azúcar, etanol, energía y abonos compostados, principalmente. Recibe contribuciones de los asociados y otras personas interesadas, quienes pueden remitir sus propuestas en cualquier momento para consideración del Comité Editorial. Para más información acerca de las pautas editoriales y otros asuntos relacionados con la publicación de artículos y publicidad en la Revista Tecnicaña, por favor contáctenos. Los textos y avisos publicados en la revista son responsabilidad de los autores y anunciadores.
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Para atender las necesidades del gremio, Tecnicaña ha continuado con las actividades de capacitación dirigidas a sus asociados, técnicos y productores del sector agroindustrial de la caña de azúcar, realizando en el último año una serie de eventos, cursos, talleres y congresos nacionales e internacionales.
Editorial
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Guillermo Rebolledo Mejía Presidente Junta Directiva Tecnicaña
Se destaca el VIII Congreso de la Asociación de Técnicos Azucareros de Latinoamérica y el Caribe, ATALAC, celebrado entre el 12 y 14 de septiembre de 2012, sin duda el evento técnico-científico más importante del sector. Con la participación de 1100 investigadores y productores de varios países, se presentaron más de 170 trabajos sobre los avances recientes en la producción de caña de azúcar incluyendo labores de campo, fábrica y usos industriales de derivados y subproductos. La presentación de cada uno de estos trabajos estuvo acompañada por mesas de análisis y discusión, además de visitas de campo en ingenios azucareros de la región. El 24 y 25 de abril, Tecnicaña con el apoyo de Cenicaña y la Universidad Nacional de Colombia sede Palmira, realizó el curso-taller Modelos, Prevención y Recuperación de Suelos con Problemas de Sales. El evento contó con la participación de 100 personas entre profesionales, investigadores y productores de caña de azúcar de Colombia, República Dominicana, Nicaragua, Ecuador, Honduras y Guatemala. En el desarrollo de este curso-taller se abordaron los problemas de la salinización de los suelos en el valle geográfico del río Cauca, una amenaza evidente para la sostenibilidad de la producción de caña de azúcar en la región. Los invitamos este año a participar en los cursos programados tanto en fábrica como en campo, entre los cuales podemos mencionar el de Diseño de Campo, adecuación de tierras y obras para control de inundaciones programado para septiembre. Así mismo invitamos a técnicos nacionales e internacionales a formar parte del Banco de Profesionales para la prestación de servicios especializados en asesorías y asistencia técnica al sector de la agroindustria de la caña de azúcar de Colombia y el mundo. En forma paralela y como complemento a las actividades de capacitación, el interés de Tecnicaña es continuar con la publicación de su revista como un medio de divulgación de avances y novedades de investigación; por lo tanto, invitamos a nuestros lectores a enviarnos artículos técnicos para ser publicados. El éxito de nuestros eventos se debe a la participación de la agroindustria de la caña de azúcar de Colombia, a sus 13 ingenios, a la cadena productiva de la misma, al Centro de Investigación de la Caña de Azúcar, Cenicaña, y al apoyo decidido de las asociaciones de técnicos de Latinoamérica y del resto del mundo.
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Durante más de quince años OGA se ha dedicado al estudio y perfeccionamiento de Sistemas de Transporte Neumático para la aplicación específica en el manejo de azúcar granulada, principalmente en Centrales Azucareros. En este proceso se han analizado y determinado los factores de éxito en múltiples instalaciones de manejo de azúcar, lo que ha logrado hoy tener total efectividad en los sistemas implementados en Ingenios Azucareros de varias partes del mundo.
Transportador neumático OGA Z2-70T instalado en Mefs (Medio Oriente). Flujo de 70 ton/h – Azúcar refinada.
La mayor aplicabilidad de los Sistemas de Transporte Neumático OGA está en el manejo del producto terminado, usualmente desde la descarga de las secadoras hasta los sitios de almacenamiento o acondicionamiento y, posteriormente, el transporte hasta las líneas de empaque. Con el uso de nuestros sistemas, el producto final es completamente protegido para evitar su deterioro o contaminación.
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Eventos
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Modelos, prevención y recuperación de suelos con problemas de sales Este Curso-Taller se realizó con pleno éxito el 24 y 25 de abril y estuvo enmarcado dentro de las actividades de capacitación y transferencia de tecnología de la Asociación Colombiana de Técnicos de la Caña de Azúcar, Tecnicaña. Contó con la participación de 100 personas entre profesionales, investigadores y productores de caña de azúcar de Colombia, República Dominicana, Nicaragua, Ecuador, Honduras y Guatemala. El evento se realizó en las instalaciones del Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT) con el apoyo científico del personal del Centro de Investigación de la Caña de Azúcar de Colombia (Cenicaña) y la coordinación del Ingeniero Agrícola José Ricardo Cruz Valderrama, M.Sc. en Suelos y Administración del Agua. Como temas principales se abordaron el manejo adecuado de los suelos, las labores apropiadas de riego y drenaje y demás labores necesarias para prevenir la presencia de sales y mejorar el uso de los suelos de acuerdo con sus características físicas y químicas. Como una actividad adicional se presentó el programa Salsodimar diseñado por el Dr. Ildefonso Pla Sentis como un método para identificar y utilizar modelos de diagnóstico y prevenir procesos de salinización del suelo.
Tecnicaña aplica la encuesta de evaluación académica entre los participantes en sus eventos con el fin de conocer el logro de los objetivos y la satisfacción alcanzada y tomar, así, acciones de mejoramiento cuando sean necesarias. En este orden de ideas, el evento fue calificado como satisfactorio por el 94.3% de los participantes, en temas como infraestructura y gestión administrativa de Tecnicaña, nivel científico y académico y materiales de apoyo.
Listado de conferencistas participantes en el curso. Miguel Ángel López
Magíster en fisiología de cultivos, de la Universidad Nacional de Colombia. Fisiólogo de Cenicaña.
Gloria Isabel Páez
Geóloga, profesional especializada del Grupo de Recursos Hídricos de la Corporación Autónoma Regional del Valle del Cauca (CVC).
Gustavo Romero
Ingeniero Agrícola Universidad Nacional de Colombia, especialista en adecuación y conservación de suelos.
Jorge Armando Ramírez Magíster en Ciencias Agrarias -suelos, Profesor Universidad Nacional de Colombia. Edgar Madero
Doctor en Ciencias Agropecuarias, manejo de suelos y aguas. Profesor Universidad Nacional de Colombia.
Juan Carlos Osorio
Ingeniero Agrónomo con formación académica en las áreas técnica de manejo de cultivos, mecanización, suelos, aguas y gerencia de procesos agroindustriales.
Ildefonso Pla Sentís
Doctor Ingeniero Agrónomo, PhD Soil Science. Especialista en manejo y conservación de suelos y agua (drenaje agrícola y salinidad de suelos y agua; efectos de cambios climáticos y de cambios de uso de la tierra en la degradación de suelos y agua). Profesor Emérito de la Universidad de Lleida (España).
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Cursos de Capacitación Tecnicaña 2013
Diseño de campo, adecuación de tierras y obras para control de inundaciones Tecnicaña tiene entre sus metas la transferencia de conocimientos al sector azucarero para lo cual cuenta con el apoyo científico y metodológico de profesionales de reconocida trayectoria en el sector de la agroindustria de la caña de azúcar y de conferencistas tanto a nivel nacional como internacional. Este curso se realizará en el mes de septiembre de 2013 en el Centro de Eventos del Valle de Pacífico, Cali, Colombia, y tiene entre sus objetivos mejorar los conocimientos de los participantes en las nuevas tecnologías sobre adecuación de tierras y sus beneficios en el marco del negocio agrícola, involucrando la prevención y mitigación de los efectos producidos por el Cambio Climático para garantizar la sostenibilidad de la agroindustria azucarera en la región. Entre los temas propuestos se pueden mencionar: • Concepto de adecuación de tierras dedicadas a la producción de caña de azúcar. •
La topografía: conceptos y equipos, criterio de levantamiento topográfico, programas para elaboración y presentación de planos topográficos y sistemas de georreferenciación. •
Estudios complementarios sobre suelo, riego, drenaje y obras hidráulicas. •
Diseño de campo para siembra y manejo de plantaciones. •
Nivelación de tierras incluyendo sistemas láser y GPS, usos de maquinaria y equipos, diseño de campo. •
Drenaje regional y local y control de inundaciones en el valle del río Cauca. •
Requerimientos de diseño de campo según sistema de cosecha. •
Legislación y políticas sobre adecuación de tierras. •
Preparación de suelos y surcado piloto automatizado. •
Agricultura de precisión: equipos y software de topografía, diseño, nivelación y surcado. •
Días de campo demostrativos y prácticas.
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Banco
de Profesionales
Cursos académicos
En convenio con la Universidad Autónoma de Occidente Finanzas para no-financieros Inicio:
28 de mayo
Duración:
Horario:
Martes y jueves 6:30 p.m. a 9:15 p.m. Costo:
60 horas $680,000
Excel básico, intermedio y avanzado Inicio:
12 de agosto
Duración:
50 horas
Horario:
Lunes y miércoles 6:30 p.m. a 9:15 p.m.
Costo:
$385,000
Presentaciones orales efectivas y cómo hablar en público Inicio:
20 de agosto
Duración:
30 horas
Horario:
Lunes y miércoles 6:30 p.m. a 9:15 p.m.
Costo:
$450,000
Invitación
a nuestros afiliados Prezi Inicio:
3 de septiembre
Duración:
27 horas
Horario:
Martes y jueves 6:30 p.m. a 9:15 p.m.
Costo:
$380,000
Seminario – Taller: Comunicación escrita en las organizaciones Inicio:
21 de octubre
Duración:
25 horas
Horario:
Lunes y miércoles 6:30 p.m. a 9:15 p.m.
Valor:
$385,000
En convenio con la Fundación Casa de la Lectura Taller de redacción corporativa Inicio:
5 de julio
Duración:
30 horas
Horario:
Viernes 6:00 p.m. a 9:00 p.m.
Valor:
$485,000
Con el objeto de ampliar sus servicios, Tecnicaña invita a todos sus afiliados a formar parte del Banco de Profesionales para la prestación de servicios especializados en asesoría y asistencia técnica al sector de la agroindustria de la caña de azúcar de Colombia y el mundo; los invitamos para que envíen sus hojas de vida al correo electrónico: tecnicana@tecnicana.org
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Artículos técnicos
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El riego y el drenaje: claves para mitigar condiciones extremas de clima y aumentar la productividad Ricardo Cruz V.* En los últimos años se han venido presentando en nuestra región unas condiciones extremas, bien sea por periodos amplios de lluvia o por la ocurrencia de periodos prolongados de sequía, los cuales provocan disminuciones considerables en las producciones de caña. En los periodos secos, las fuentes de agua disponible para riego se agotan, siendo más crítico para las aguas superficiales que sufren una reducción entre el 20% y el 70%, mientras que en las fuentes subterráneas la disminución de los caudales es de 15% - 30%, debido al descenso en los niveles de bombeo. En los periodos lluviosos se presentan inundaciones, altos niveles freáticos o excesos de humedad, que pueden reducir las producciones de caña hasta en 40 t/ha. Si la humedad excesiva ocurre durante las etapas de adecuación del terreno, preparación y siembra, estas labores sufren retrasos y los suelos se compactan, la germinación se reduce, aumentan los costos por resiembras y los equipos de cosecha dañan cepas y compactan el suelo.
El manejo del riego en tiempos de déficit hídrico En cuanto al riego, Cenicaña ha promulgado el uso de una serie de tecnologías para disminuir el volumen de agua utilizada y por ende los costos de riego, tales como el balance hídrico, aforador RBC, control administrativo del riego por surco alterno, politubulares o tuberías con compuertas y riego por aspersión con cañones. Además, el sector cuenta con otras tecnologías de riego para lograr un uso más eficiente y sostenible del recurso hídrico, a saber: • •
Medidores de agua con registro continuo. Riego por pulsos. Riego con caudal reducido, especialmente para el pie de loma. Riego combinado por goteo y caudal reducido. Riego por mangas largas en zonas de balastro. Riego localizado con manguera perforada. Riego por goteo. Riego por pivote central o lineal. • • • • • •
Acciones adicionales para mitigar el déficit hídrico, son: • Nivelar los campos a precisión en dos pendientes. • Evitar la roturación profunda o hacerlo solo en suelos donde sea estrictamente necesario. • Confirmar los entresurcos en forma de “W”. * Ingeniero de suelos y aguas. M.Sc. Cenicaña / jrcruz@cenicana.org
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•
En el riego de socas con encalle al 2x1, colocar el agua en una de las dos calles sin residuos y alternar. •
En el riego de socas con encalle al 4x1, colocar el agua en dos de las cuatro calles sin residuos. •
En los primeros riegos, el regador debe ir guiando el agua y remover los obstáculos a lo largo de los surcos. •
En socas, realizar el primer riego a los 2.5 meses de edad. •
•
Apoyar proyectos regionales de construcción de embalses de regulación invierno-verano. •
Realizar la siembra en el lomo y aporcar alto los cultivos ya establecidos. • Contar con tractores de alto despeje, para realizar las labores en el momento oportuno. En los sitios donde se presentan inundaciones, niveles freáticos altos o excesivos de humedad recurrentes, se recomienda: • Realizar un seguimiento del nivel freático cada 15 días, mediante pozos de observación o baterías piezométricas. • Construir drenes topo en lotes en preparación o levantamiento de soca, cuyo subsuelo sea arcilloso. • Instalar, previo estudio freatimético, sistemas de drenaje entubado a dos niveles, cuya inversión en sitios con nivel freático alto se paga en dos o tres cosechas.
El manejo del drenaje en periodos lluviosos En cuanto al drenaje, las acciones que se deben ejecutar antes o durante las épocas lluviosas, son: •
Taponar los surcos al final, y remover dichos tapones en periodos lluviosos.
Quitar los tapones al final de los surcos para facilitar la salida del agua. •
Limpiar las acequias, colectores y tuberías de drenaje.
•
Re-usar los excedentes de agua. •
•
Capacitar al personal operativo del riego.
Verificar la descarga libre de las acequias de drenaje a los colectores.
•
Participar activamente en las asociaciones de usuarios de los ríos.
•
•
Acordar con los demás usuarios, turnos de captación de las aguas superficiales.
Verificar que los jarillones de los ríos estén en buen estado (hormigueros, grietas, erosión). •
Alistar motobombas para las zonas planas aledañas a los ríos.
9
•
Apoyar proyectos de drenaje con enfoque regional.
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La salinidad como un problema fisiológico Miguel Ángel López Murcia 1
Consideraciones generales Los cultivos están sometidos frecuentemente a condiciones de estrés ocasionadas por factores ambientales o antrópicos, que influyen de manera adversa en su crecimiento, desarrollo y producción. Desde la perspectiva agronómica, el estrés se considera un fenómeno que afecta negativamente la productividad agrícola; por tanto, cuantificar su magnitud y diseñar planes de manejo es una prioridad para mejorar el desempeño de los cultivos en estas condiciones. Para establecer prácticas de manejo apropiadas es necesario conocer los mecanismos de acción a los que la planta recurre en condiciones adversas, ya que la presencia de síntomas visuales y la reducción en producción son consecuencia de una estrategia previa que la planta ha implementado para estabilizar el metabolismo e inclusive para preservar su existencia misma. No obstante, debido a que estos mecanismos de estabilización son limitados, las plantas han desarrollado vías flexibles para adaptarse a los cambios del entorno (Zhu, 2001; Taiz y Zeiger, 2006). La salinidad de los suelos precede al origen de la civilización humana y continúa siendo a la fecha el mayor estrés abiótico que perjudica la productividad y la calidad de las cosechas (Fuentes et al., 2006). Por definición, la salinización es la acumulación excesiva de sales solubles que contribuyen a la degradación de los suelos e interfieren de manera negativa en el crecimiento de las plantas (Otero et al., 2002). Aproximadamente el 20% del área cultivada a nivel mundial y cerca de la mitad de las tierras irrigadas son afectadas por salinidad (Malik et al., 1986; Rhoades et al., 1992). En Colombia, según Otero et al. (2002) cerca de 63,900 km2 (5.6% del territorio nacional) corresponden a áreas salino/sódicas, de las cuales 31,770 km2 (2.8%) reportan grado de
1. Fisiólogo. Cenicaña. malopez@cenicana.org.
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intensidad alto de este proceso, 26.400 km2 (2.3%) son áreas con grado de intensidad moderado y el resto del país (89.3%) corresponde a un grado de intensidad bajo o nulo en el proceso de salinización. Los suelos salinos se caracterizan por presentar niveles tóxicos de cloruro de sodio y sulfato de sodio (Rhoades et al., 1999; Otero et al., 2002; Epstein y Bloom, 2004) con valores de conductividad eléctrica en extractos saturados superiores a 4.0 dS.m-1, conductividad similar a la generada en una solución de 40 mM (2.4 g.L-1) de NaCl (Rhoades et al., 1999; Marschner, 1995). Según Porta et al. (1999) la salinidad en los suelos puede ser originada por diferentes causas, entre las cuales sobresalen: intrusiones de agua de mar, áreas de alta evaporación potencial (climas áridos y semiáridos), aguas subterráneas salinas con niveles freáticos altos y fluctuantes, nivel freático pobre (baja permeabilidad), uso de aguas de mala calidad y actividades agrícolas mal desarrolladas como la fertilización, el riego y el fertirriego.
Efectos fisiológicos de la salinidad La elevada concentración de sales en el suelo afecta, en general, tres procesos fundamentales para las plantas (Leidi y Pardo, 2002): •
Relaciones hídricas •
Balance de energía •
Nutrición
El potencial hídrico de cualquier sistema o punto en un sistema depende de la combinación de los factores siguientes (Taiz y Zeiger, 2006; Squeo, 2007; Buchanan et al., 2000, Azcon-Bieto y Talon, 2008; Porta et al., 1999):
Relaciones hídricas En este punto es fundamental mencionar que el agua y sus iones o
se mueve desde una solución menos concentrada (con menos iones) hacia una solución más concentrada (más iones); sin embargo, en condiciones de exceso de iones en el suelo, las raíces u hojas de las plantas raras veces son capaces de concentrar solutos a niveles superiores a los presentes en la solución del suelo. De acuerdo con el anterior concepto, las sobre-fertilizaciones en suelos normales o la aplicación excesiva de fertilizantes en suelos salinos antes de favorecer la nutrición, la puede llegar a restringir.
moléculas disueltos se mueven entre dos puntos del sistema suelo-plantaambiente siguiendo diferenciales o gradientes en el potencial hídrico y no únicamente diferenciales en el volumen o cantidad de agua. Por definición, el agua y sus iones o moléculas disueltas (nutrientes minerales, herbicidas, entre otros) siempre se mueven desde un lugar de mayor potencial a otro de menor potencial hídrico, teniendo en cuenta que este potencial es una tensión (presión negativa) y por tanto sus valores en condiciones normales en suelos no saturados varían entre -0.2 y -0.8 MPa(Epstein y Bloom, 2004; Taiz y Zeiger, 2006). El potencial hídrico o potencial químico del agua es la forma utilizada para describir el trabajo que una mol de moléculas de la sustancia (agua) puede realizar. Es una medida de la energía libre potencial que posee una mol de moléculas de agua en comparación con el potencial químico del agua pura en condiciones estándar (presión 0.1 MPa, altura y temperatura similar al sistema comparado) el cual es fijado en cero (0) MPa. Para el agua, trabajo se considera llevar a cabo procesos como disolver compuestos o moléculas provenientes de un fertilizante o herbicida, cambiar de estado o moverse, entre otros (Squeo, 2007; Taiz y Zeiger, 2006).
•
Concentración (Ψ S, potencial osmótico de solutos). El agua
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•
Debido a que en su gran mayoría los fertilizantes son sales, la selección de este tipo de productos, sobre todo en suelos con tendencia a la salinidad, debe incluir el Indice de salinidad como criterio técnico. En este punto, fuentes como el nitrato de amonio y el cloruro de potasio poseen elevados niveles de salinidad, comportamiento que plantea una fuerte disminución del potencial osmótico en la solución del suelo, una vez estos productos comienzan su proceso de disolución. Presión (Ψρ, turgencia). El agua fluye desde un sistema con alta presión hasta un sistema con baja presión. Este componente es importante en las células ya que permite generar la turgencia de los tejidos y a la vez explica la forma física que presenta una planta. En condiciones de sequía, la planta pierde turgencia (plasmolisis) dando origen a un ‘decaimiento’ de sus hojas y tejidos, comportamiento que ocasiona la pérdida temporal o
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•
•
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definitiva de la forma normal de la planta.
potencial hídrico y por tanto mejorar la absorción de agua.
Altura (Ψg, potencial gravitacional). Entre dos puntos en un sistema ubicados en cotas diferentes, el agua fluye hacia la cota más baja guiada por la gravedad. Este componente del potencial hídrico ayuda a explicar el movimiento vertical del agua en el suelo, a través de procesos como la infiltración y la percolación.
Las semillas, por su parte, también presentan potenciales mátricos bajos debido a la limitada cantidad de agua presente en su estructura (< 15%, frecuentemente). Un potencial mátrico bajo es una característica fundamental al momento de iniciar el proceso de imbibición luego de la siembra, ya que esto permitirá a la semilla desarrollar un menor potencial hídrico con respecto al suelo que la rodea, y por tanto, facilitará el movimiento del agua hacia su estructura interna.
Capilaridad (Ψ m , potencial matricial). Sólo se presenta en suelos no saturados y es consecuencia de los mecanismos de retención de agua. El balance entre adhesión y cohesión, donde actúan fuerzas capilares de atracción entre moléculas de agua y suelo, es una mezcla de ΨS y Ψρ. Este potencial se origina por las fuerzas de capilaridad y tensión superficial en espacios pequeños. Su valor siempre es negativo, ya que la presión que origina se opone a la expulsión de agua del suelo. Cuanto más seco está el suelo, menor es el potencial mátrico y mayor deberá ser la presión necesaria para extraer agua. En el suelo el potencial mátrico es comúnmente medido con tensiómetro. A nivel de la planta este componente del potencial hídrico es importante en especies con hojas suculentas debido a la magnitud del contacto entre el musigel de las hojas y el agua. La disminución en el potencial mátrico de la hoja en ocasiones es un método eficaz que emplean las plantas xerofíticas para reducir su
Humedad (Ψv, presión de vapor). Es el mismo término que turgencia, pero es más correcto emplear este último para la medición de potenciales en el vapor de agua. •
•
Carga (Ψc, potencial eléctrico). El agua no tiene carga, por tanto se considera que tiende a cero (0). •
Potencial de referencia (Ψ0): Es el potencial hídrico que posee el agua pura en condiciones estándar de temperatura y presión. Es muy difícil establecer un valor concreto, por consenso científico se le ha asignado el valor cero (0). De esta manera, el potencial hídrico del suelo y en general de cualquier componente del sistema suelo-plantaambiente puede ser cuantificado mediante la ecuación siguiente : ψw = ψg + ψm+ ψs + ψp donde,
ψw = potencial hídrico en MPa; ψg = potencial gravitacional; ψm = potencial mátrico; ψs = potencial osmótico, y ψp = potencial de presión. En condiciones de salinidad los suelos presentan elevadas concentraciones de sales solubles en la solución, condición que se manifiesta a través de valores de conductividad eléctrica en pasta de saturación superiores a 4.0 dS.m-1. Bajo estas condiciones, la cantidad de iones, sales y en general solutos, llega a ser tan elevada que el potencial osmótico de la solución del suelo desciende considerablemente alcanzando valores muy negativos que la raíz y la planta en condiciones normales no consiguen igualar o superar (Epstein y Bloom, 2004; Taiz y Zeiger, 2006; Squeo, 2007). Reducciones abruptas en el potencial osmótico llevan a una disminución considerable en el potencial hídrico de la rizosfera, evento que impide el normal funcionamiento del complejo continuo suelo-planta-ambiente. Aun cuando este continuo no funcione de manera correcta, la planta seguirá perdiendo agua en mayor o menor proporción a través de la transpiración, fenómeno que posteriormente se traduce en una pérdida de turgencia y, consecuentemente, en una disminución en la tasa de elongación de tallos y hojas, seguido de un marchitamiento y enrollamiento de éstas (García y Medina, 2003; Fuentes et al., 2006). A nivel bioquímico, la salinidad genera señales asociadas con el aumento del Ca2+ libre intracelular, síntesis de ABA y prolina, entre otros; señales éstas que desencadenan posteriores respuestas adaptativas como cierre parcial de estomas
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(Buchanan et al., 2000; Hasegawa et al., 2000). La reducción en la conductividad hidráulica de las membranas, posiblemente por disminución del número o apertura de los canales de agua (acuaporinas), también se reconoce como una consecuencia de la salinidad (Carvajal et al., 1999). Balance energético Al aumentar la presión osmótica de la solución del suelo, las plantas se ven obligadas a realizar un ajuste celular orientado a disminuir el potencial osmótico y por tanto el potencial hídrico como mecanismo para absorber agua. Ante esta situación, es claro que la puesta en marcha de ajustes o adaptaciones requiere de consumo de energía, lo que a su vez implica un cambio en la priorización del metabolismo o balance energético. En este nuevo balance, el crecimiento y la producción de biomasa se ven desplazados en lugar por la necesidad de mantener la biomasa actual y la viabilidad de la planta como ente vivo (Taiz y Zeiger, 2006). Según Marschner (1995) las sales afectan la división celular y limitan de forma irreversible el crecimiento, hecho atribuido al engrosamiento prematuro de las paredes celulares, condición que se convierte en una barrera física para el aumento de volumen celular. Durante el proceso de ajuste o adaptación es común que ocurra la acumulación de solutos orgánicos e inorgánicos que reducen el potencial osmótico celular; estos compuestos se conocen también como osmolitos compatibles (Azcon-Bieto y Talon; 2008; Wyn Jones y Gorham, 1983). La prolina, el potasio, los azúcares, los polioles, y los ácidos grasos y
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sus derivados son los osmolitos compatibles más comunes (Taiz y Zeiger, 2006).
que resultan en ajuste osmótico y en la protección de las estructuras celulares (Leidi y Pardo, 2002).
La acumulación de prolina en diferentes condiciones de estrés abiótico ha sido reportada en muchas especies vegetales (Delauney y Verma, 1993) incluyendo la caña de azúcar (García y Medina, 2003). De igual manera, el papel benéfico de la prolina en el incremento de la tolerancia a estrés abiótico en las plantas, lo que ha sido demostrado en los últimos años (Hong et al., 2000; Ronde et al., 2000); no obstante, la cantidad de prolina acumulada es demasiado baja para atribuir a este único factor la totalidad del ajuste osmótico de la planta (Zhu, 2001).
Los cambios en el balance de energía de la planta se reflejan macroscópicamente en un menor crecimiento, modificación de la relación parte aérea:raíz y limitación de la expansión foliar, que son resultado de cambios bioquímicos (síntesis de ácido abscísico y solutos osmoprotectores) y fisiológicos (alteración de la permeabilidad de las membranas a los iones y al agua, cierre estomático, disminución de transpiración y fotosíntesis, entre otros). En síntesis, los mecanismos de adaptación puestos en marcha en condiciones de estrés implican el uso de energía por parte de la planta; energía que normalmente puede ser usada en la generación de nueva biomasa.
Otros de los procesos más frecuentes en condiciones de salinidad incluyen la biosíntesis y la acumulación de aminoácidos, azúcares y compuestos de amonio cuaternario (Leidi y Pardo, 2000). Algunos de estos compuestos podrían actuar como protectores físico-químicos reemplazando el agua de la superficie de proteínas y membranas por su naturaleza hidrofílica (Rhodes y Hanson, 1993; Taiz y Zeiger, 2006), mientras que otros podrían tener una función de protección química desactivando radicales libres (Smirnoff y Cumbes, 1989). La respuesta adaptativa a la salinidad está gobernada por señales moleculares que regulan la relación con el medio externo ―por ejemplo, cambios en la actividad de canales y transportadores de membranas― y por la activación y transcripción de genes entre cuyos efectos está la modificación de rutas biosintéticas
Nutrición En el aspecto de nutrición, la salinización produce una serie de modificaciones importantes debido, por un lado, a las variaciones de pH que afectan la disponibilidad de los nutrientes y, por otro, a las interacciones ocasionadas por la presencia en exceso de determinados iones como Na+, Mg2+, NO3-, SO42-, Cl- (Otero et al., 2002). En un suelo salino, la elevada concentración de iones, Na+ y Cl- (o SO 42-), produce una interferencia en la absorción de otros nutrientes como K+, Ca2+ y NO3-, al tiempo que pueden alcanzar niveles citosólicos tóxicos para el metabolismo celular (Epstein y Bloom, 2004; Marschner, 1995). La interferencia en la absorción se manifiesta en reducciones de los contenidos de Ca2+ y K+ a nivel de tejido (Hu y Schmidhalter, 2005), no obstante, las investigaciones rea-
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lizadas por Villafañe (2003) muestran una mayor acumulación de calcio en las hojas de variedades de caña tolerantes a sodio. Las proteínas de membrana que regulan el flujo de iones como las bombas de protones (ATPasas y pirofosfatasas), transportadores secundarios y canales iónicos son las encargadas de mantener el equilibrio iónico de la célula ante cambios en la concentración del medio externo, este proceso se conoce con el nombre de homeostasis iónica (Marschner, 1995; Niu et al., 1995; Maathuis y Amtmann, 1999). Dentro de los factores determinantes de la tolerancia celular a la salinidad y la capacidad de mantener una alta relación K+:Na+ en el citosol son características importantes; sin embargo, este proceso tiene implícito un elevado grado de dificultad, dada la estrecha similitud entre los iones Na+ y K+. El nivel de semejanza en estos iones es de tal magnitud que la planta no cuenta con mecanismos totalmente exactos para distinguir entre uno y otro; de hecho, se plantea que hasta cierto punto el Na+ podría reemplazar en algunas funciones al K +, particularmente en las especies natrofílicas como la remolacha (Marshner, 1995; Epstein y Bloom, 2004). En las células existen transportadores muy selectivos para K+, con una lógica elevada afinidad por este elemento (10 - 50 mM), pero que también pueden llegar a transportar Na+ con baja afinidad y ser bloqueados por altas concentraciones de éste en el medio (Maathuis y Amtmann, 1999; Rodríguez-Navarro, 2000).
Al final, bajo estas condiciones de salinidad y sodicidad, es muy factible que concentraciones importantes de Na+ alcancen el citosol. A partir de ese momento, para la célula es prioritario conservar la relación K+:Na+ para evitar toxicidad. Esto se puede conseguir a través de un sistema de transporte localizado en la membrana del tonoplasto (vacuolar) que acumula Na+ en la vacuola, de manera activa (gasto de energía) en contra de un gradiente de concentración (Marschner, 1995; Taiz y Zeiger, 2006). De igual manera, otro mecanismo de regulación consiste en la extrusión de Na a través de un antiporte Na+/H+ ubicado en el plasmalema; sin embargo, la actividad de este sistema antiporte requiere un gasto energético ya que debe efectuarse un movimiento en contra de un gradiente de potencial electroquímico (Taiz y Zeiger, 2006; Azon-Bieto y Talon, 1993).
Salinidad en caña de azúcar La caña como cultivo se considera moderadamente sensible a la salinidad (Mass, 1990) con un umbral de 1.7 dS.m-1 de conductividad eléctrica, a partir del cual se reduce la producción (Mass y Hoffman, 1977; Mass, 1990). Blackburn (1984) indica que en condiciones de CE hasta de 1.7 dS.m-1 no existe disminución en la productividad, en conductividad entre 1.7 y 3.3 dS.m-1 es de 10%, entre 3.3 y 6.0 dS.m-1 es de 25%, entre 6.0 y 10.4 dS.m-1 es de 50%, alcanzando pérdidas de 100% en niveles iguales o superiores a 18.6 dS.m-1.
Por su parte, Rozeff (1995) plantea que una vez la CE sobrepasa el límite de 3.0 dS.m-1 puede ocurrir una reducción en el crecimiento de la caña de azúcar, no obstante, las plantas, dependiendo del genotipo, pueden sobrevivir a niveles entre 10 y 15 dS.m-1. Wiegand et al. (1996) indican que por cada incremento en una unidad de conductividad eléctrica en la zona de raíces, la población de tallos disminuye en 0.6 tallos/m2, el peso individual del tallo en 0.15 kg y el TCH en cerca de 13.7 TCH. Investigaciones adelantadas por diferentes autores han demostrado efectos adversos de la salinidad en el rendimiento en sacarosa (Benrstein et al. 1966; Ginoza y Moore, 1985), población, longitud de tallos, longitud de los entrenudos, diámetro (Rizk y Norman, 1972; Hussain et al., 2004; SBI, 2013) y producción de biomasa (Ashraf et al., 2007; SBI, 2013). En relación con la calidad de la caña, Fogliata y Aso (1965) encontraron que un aumento en las sales solubles en la solución del suelo causó una acumulación de sales en los jugos lo que disminuyó su pureza y contenido de sacarosa. Por otro lado, los resultados de los trabajos de Lingle y Wiegand (1997) indican que por cada unidad de dS.m-1 que se incrementa la CE de la solución del suelo, se reducen en 0.6% el brix y el pol, y en 1.3% la pureza aparente; además la conductividad eléctrica del jugo aumenta en 0.8 dS.m-1 y el contenido de fibra se reduce en 0.5%. Estos autores consideran que los incrementos en la conductividad eléctrica están asociados con aumentos en la concentración de Cl- en el jugo; de igual manera, la salinidad
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también promueve incrementos en la concentración de los iones K+, Na+, Ca2+ y Mg2+en el jugo de caña. García y Medina (2003) hicieron un análisis comparativo del comportamiento de dos variedades de caña, una tolerante y otra susceptible a la salinidad. Los resultados de esta investigación muestran que la salinización inducida con NaCl tiene efecto negativo sobre el crecimiento de ambos genotipos; sin embargo, en el genotipo resistente el área foliar, el peso seco de raíces y la relación peso seco del sistema radical:peso seco de la parte aérea se redujo en menor proporción. Por otro lado, la acumulación de prolina aumentó en las plantas con tratamientos salinos, especialmente en las raíces y en las vainas foliares. El aumento en prolina fue mayor para los diferentes órganos del genotipo sensible, excepto en la lámina foliar de la hoja en proceso de expansión (TVD). La selección de genotipos orientada a la consecución de progenitores con habilidad para tolerar suelos salinos es una actividad común en centros de investigación donde la magnitud del área cultivada en suelos con estas condiciones lo justifica. Al respecto, el Sugar Breeding Institute en Coimbatore, India, y el Sugarcane Research Institute, Ayub, Agricultural Research Institute, en Faisalabad, Pakistán, adelantan investigaciones en las que la relación K+:Na+ en los brotes foliares muestra en principio ser una variable de correlación positiva con la producción de biomasa; así, una alta relación K+:Na+ estaría correlacionada con alta producción de biomasa en condiciones de salinidad (Ashraf et al., 2007).
Cha-um y Kirdmanee (2009) estudiaron el efecto de la salinidad en variables fisiológicas de caña de azúcar. Los autores evaluaron los efectos de potenciales hídricos de -0.23, -0.67 y -1.20 MP modificados por adición de NaCl (estrés salino) y los mismos valores de potencial hídrico modificados por adición de manitol (estrés por déficit hídrico) sobre las variables: contenidos de clorofila a, clorofila b, carotenoides totales, eficiencia fotoquímica del fotosistema II, rendimiento fotoquímico operacional del fotosistema II, conductancia estomática, tasa de transpiración y tasa de fotosíntesis. Los resultados indican una reducción para todas las variables evaluadas en las plantas sometidas tanto a estrés salino como hídrico en relación con los tratamientos testigo sin estrés; sin embargo, las reducciones fueron más pronunciadas en plantas con tratamientos de estrés salino (adición de NaCl) con respecto a las plantas en los tratamientos con estrés semejando déficit hídrico (adición de manitol) en las hojas de las plantas estresadas se incrementaron significativamente variables como los contenidos de prolina y el quenching no fotoquímico, (NPQ) con particular énfasis en las plantas sometidas al estrés generado por la adición de NaCl. Ul-Haq et al. (2007) evaluaron el efecto de diferentes prácticas de manejo en la recuperación de suelos salino sódicos y su impacto en la producción y calidad del cultivo de caña de azúcar. Entre ellas se evaluó la aplicación de 25, 50, 75 y 100% de una dosis de 19 t.ha-1 de yeso agrícola y su combinación con la aplicación de materia orgánica en dosis de 10
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y 20 t.ha-1 y su aplicación individual. Los resultados indicaron que la aplicación de solo materia orgánica aumentó la longitud de los tallos en 69%, mientras que con la aplicación de yeso y la mezcla yeso más materia orgánica este aumento fue de de 102 y 131%, respectivamente. La aplicación de materia orgánica incrementó la producción en 43%, mientras que la aplicación de yeso, dependiendo de la dosis, la aumentó entre 9 y 92% y la aplicación de la mezcla yeso más materia orgánica entre 90 y 236% respecto al tratamiento control. Institutos de investigación como el Sugar Breeding Institute (SBI) en Coimbatore, India, tomando como base sus experiencias locales en el manejo de plantaciones comerciales de caña de azúcar en condiciones de suelos salinos, plantean como estrategias viables de manejo las prácticas siguientes (SBI, 2013): • Incrementar la tasa de siembra en aproximadamente un 25%. • Aplicación de materia orgánica compostada, preferiblemente rica en calcio. • Aplicación de yeso agrícola. • Uso de agua de riego de buena calidad. • Mejoramiento de drenajes. • Uso de cultivos como coberturas vegetales. • Manejo de nutrientes con especial énfasis en nitrógeno y potasio. • Mejoramiento de la distribución a través del tiempo de los nutrientes vía fertilización fraccionada. • Rotación con cultivos natrófilos (cuando el sistema de cultivo lo permita). • Uso de variedades tolerantes.
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Alternativas para la optimización del proceso de producción de azúcar en fábrica Tratamiento de masas cocidas con adsorbentes de alto rendimiento E. M. Sarir 1, C.A. Donado 2, A. Vawda 3, L. Jaramillo 4, C. Reartes 5
Resumen En este estudio se analiza el uso de productos adsorbentes de alto rendimiento, pendientes de patente, para el mejoramiento en la calidad del azúcar, el reemplazo de sulfitación en meladura y otros químicos de purificación, mediante su aplicación en la etapa de cocimiento en fábricas de azúcar. Se presenta un caso de estudio donde los productos adsorbentes de alto rendimiento aplicados a las masas cocidas mejoraron la calidad del azúcar cristal producido, reemplazando parcialmente la sulfitación en meladura y totalmente la aplicación de hidrosulfito de sodio en tachos de cocimiento. Palabras clave: Tachos de cocimiento, decoloración, masa cocida, adsorbente, sulfitación.
Abstract This study analyzes the use of patent pending high performance adsorbents products, applied to the boiling stage to obtain improvements in sugar quality, replacement of syrup sulphitation and other purification chemicals. It will review and discuss a case study which involves high performance adsorbent application to the massecuite, showing the consequent improvement in crystal sugar quality, complete removal of hydrosulphite applied in pans and partial replacement of syrup sulphitation. Keywords: Boiling pans, decolorization, massecuite, adsorbents, sulphitation.
1. 2. 3. 4. 5.
Ing. Mecánico, CEO y Presidente Carbo UA Ltd., <esarir@carboua.com> Ing. Químico, Gerente de Operaciones Carbo UA Ltd. Brasil, <andresdonado@carboua.com> Ing. Químico, Gerente Técnico Carbo UA Ltd, <avawda@carboua.com> Ing. Agroindustrial, Gerente Regional Carbo UA LatinoAmérica, <jaramillol@carboua.com> Ing. Química, CarboUA Argentina
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En este estudio se revisa un proceso en el cual se incluye la tecnología de Adsorbentes de Alto Rendimiento como alternativa eficiente en términos de costo-beneficio para la decoloración de masas cocidas. Para el efecto, se revisaron los resultados obtenidos en un ingenio de Guatemala durante un ensayo de aplicación en proceso de un producto adsorbente como tratamiento y purificación de masas en los tachos de cocimiento durante el proceso de producción de azúcar blanco. El objetivo del estudio fue reducir o eliminar la sulfitación de meladura y eliminar la aplicación de hidrosulfito de sodio en los tachos, remplazándolos por el producto adsorbente sólido aplicado en el cocimiento, con la finalidad de reducir el contenido de sulfitos en el azúcar a valores por debajo de 10 ppm; a la vez que se mantenían los estándares de calidad del azúcar blanco. Los resultados del ensayo se comparan con datos promedios de la zafra 2013 y muestran una reducción superior a 33% de la sulfitación en meladura, la completa eliminación del uso de hidrosulfito en los tachos y el mejoramiento del color y el contenido de sulfitos en el azúcar final. A continuación se presentan los resultados obtenidos en el caso específico analizado, los problemas de procesos planteados y las soluciones propuestas.
Estudio de Caso Una fábrica de un ingenio en Guatemala con una producción de azúcar blanco aproximada de 450 t/día. La fábrica sulfita la meladura, la cual tiene un color en el rango de 11000 IU. El color objetivo para el azúcar final fue de 300 IU, con un promedio de la zafra de 220 IU, el cual se alcanza con
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la aplicación de hidrosulfito de sodio en los tachos de cocimiento.
Reducir o eliminar la sulfitación de meladura, Reducir el contenido de sulfitos en el azúcar blanco, y Mantener el color del azúcar blanco. •
•
•
Objetivos
Solución Como solución se propone eliminar el consumo de azufre en la sulfitación de meladura y el hidrosulfito de sodio como fuentes generadoras de sulfitos en el azúcar, remplazando ambos químicos por adsorbentes de alto rendimiento aplicados durante el cocimiento en forma directa en la masa cocida. Estos productos adsorbentes proporcionan una mayor decoloración y adsorción de impurezas, lo que posibilita la eliminación del uso de otros químicos de purificación y la obtención de materiales de mejor calidad en el proceso. Lo anterior, a su vez, proporciona como alternativa la reducción de tiempos de lavado y/o caudal de agua en las centrífugas, produciendo menor cantidad de mieles y consecuentemente incremento de la producción de azúcar cristal. E l p ro c e d i m i e nto f u e e l siguiente: (1) El producto absorbente diluido a 30% fue agregado en los tachos, en cada templa en dosis de 100 ppm calculada sobre contenido de sólidos en el tacho. La aplicación se realizó en ‘batch’; para ello, en cada templa se agrega un volumen fijo de la suspensión, calculado para conseguir la dosis deseada; (2) antes de comenzar la adición de adsorbente, se suspendió completamente el uso de hidrosulfito de sodio en los
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tachos de cocimiento; (3) posteriormente, una vez iniciada la aplicación de adsorbente, la sulfitación de meladura fue reducida en más del 33%, punto en que se detuvo el ensayo; (4) el consumo de adsorbente fue finalmente de 0.16 kg/t de azúcar blanco producida.
Cuadro 1. Calidad del azúcar blanco final. Calidad del azúcar blanco
A la capacidad máxima de la planta para una completa suspensión de la sulfitación de meladura se estima un consumo de adsorbente de 0.22 kg/t a la dosis calculada. En el estudio los promedios de los resultados en el período de ensayo se comparan con los promedios de la zafra.
Características
color (IU)
cenizas (%)
sulfitos (ppm)
Promedio zafra 2013
222
0.02
14.4
Periodo con adsorbente (promedio total)
191
0.02
10.3
Periodo con adsorbente (valores con sulfitación reducida 33%)
157
0.02
9.3
Conclusión El uso de las nuevas tecnologías de adsorbentes de alto desempeño en el proceso de fabricación de azúcar muestra alternativas más eficientes para el mejoramiento en las operaciones de purificación, permitiendo mejorar la calidad y las condiciones de proceso de la producción de azúcar. En este caso particular, la aplicación en los tachos de cocimiento permitió una mayor purificación de los materiales de proceso con eliminación y/o reducción de químicos oxidantes como hidrosulfito de sodio y azufre,
Resultados En los Cuadros 1 y 2 aparecen los principales resultados obtenidos en el estudio. Se destacan el ahorro en insumos químicos que ascendió a US$0.3/t y en costo proyectado para la suspensión total de la sulfitación que fue 67% menor debido a la eliminación de dos químicos de proceso (azufre e hidrosulfito).
a la vez que se mejoró la calidad del azúcar blanco producido. Este significativo mejoramiento en el color alcanzado (aproximadamente de 30%) posibilita el ajuste de los parámetros de centrifugado para conseguir incrementos de la producción y ahorro en insumos como energía y agua. Además, la buena relación costo/ beneficio alcanzada con la aplicación del adsorbente en reemplazo de otros químicos de purificación, se refleja en un importante ahorro en los costos por tonelada de azúcar producida.
Cuadro 2. Ahorro en los costos de insumos químicos de purificación. Azufre Características
Hidrosulfito
Adsorbente
Costos
Ahorro
(kg/t)
(US$/t azúcar)
(kg/t)
(US$/t azúcar)
(kg/t)
(US$/t azúcar)
(US$/t azúcar)
(%)
Promedio zafra 2013
2.11
0.80
0.073
0.22
0
0
1.03
0
Periodo con adsorbente (promedio total)
1.35
0.513
0
0
0.16
0.25
0.76
26
0
0
0
0
0.22
0.34
0.34
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proyección
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Criterios de calificación y diagnóstico de suelos afectados por sales en Colombia Edgar Madero Morales* En los valles fértiles con aplicación de riego, la salinidad del suelo es el proceso de degradación más frecuente con la consecuente pérdida de su capacidad de uso y gran impacto en los órdenes ambiental, económico y social. Por tanto, es de gran importancia evaluar en forma adecuada y precisa este proceso, con el fin de buscar soluciones que conduzcan a la selección, desarrollo y aplicación de medidas eficientes para la prevención, control o reversión de dicho problema (Pla, 1997).
Definiciones Suelos salinos Se caracterizan por la concentración de sales, principalmente de SO4= y Cl-, en niveles que no permiten la absorción de agua necesaria para el desarrollo y producción de cultivos. Suelos sódicos Presentan concentraciones de NaHCO3 y/o Na2CO3 en concentraciones que anulan el efecto agregante de Ca y Mg y deterioran sus propiedades hidrológicas.
Ambiente para la acumulación de sales Clima La acumulación de sales en el suelo ocurre principalmente en climas árido, semiárido y subhúmedo y como parámetros para definirla se tienen: El Índice de Disponibilidad de Agua (IDA) que resulta de dividir la precipitación efectiva entre la evapotranspiración potencial durante el año, y la Longitud del Periodo de Crecimiento-LPC o los días del año en que la precipitación es mayor que media evapotranspiración potencial, así: Clima árido (P/ETP < 0.5 y P>ET/2 < 120 días), y Clima semiárido seco a subhúmedo (P/ETP < 0.8 y P>ET/2 < 180 días)
* Profesor Titular. Universidad Nacional de Colombia sede Palmira. Correo electrónico: depingenieríafia_pal@unal.edu.co
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Trudgil (1988) propuso un parámetro cualitativo para definir si el clima es árido o semiárido-subhúmedo. En la propuesta se utiliza un gráfico con cinco distribuciones de lluvias a partir de las cuales se identifica la distribución que más se aproxima a la del sitio en estudio. De estas cinco distribuciones, sólo las tres siguientes favorecerían la acumulación de sales (Figura 1). La lluvia Tipo 3. Representativa de las sabanas cálidas de la región Caribe colombiana, donde durante seis meses al año no hay remoción significativa de solutos.
La lluvia Tipo 5. Es frecuente en las zonas desérticas cálidas y algunas zonas de laderas donde ocurre poca remoción de solutos.
Material geológico Influye en la fertilidad y la saturación de bases del suelo, las cuales son altas para suelos derivados de geologías ígneas, sedimentarias tipo biogénico como la caliza, o derivada de las anteriores, es decir, de Materiales Básicos (Foto 1). El tipo de material parental también define la textura del suelo y, por ende, el drenaje, lo
cual depende del tipo de material de grano fino, medio o grueso.
Posición en el paisaje o relieve Los valles aluviales son los paisajes más propensos a la acumulación de sales, y dentro de ellos los sitios más afectados son la parte distal de los valles aluviales que limita con el valle de inundación del canal principal y las vegas de los ríos afluentes, debido a su posición de descarga y relieve plano-cóncavo (Figura 2).
La lluvia Tipo 4. Distribución representativa de los valles del Cauca y Magdalena Alto, donde la acumulación de sales ocurre en la medida que el drenaje y las lluvias lo permitan.
1
2 3
23
Figura 2. Paisaje típico de valles aluviales y de inundación.
4 5
Figura 1. Tipos de distribución de la precipitación en las diferentes regiones de Colombia, utilizados para predecir acumulaciones de sales en el suelo. Adaptado de Trudgil, 1988.
Foto 1. Ejemplos de rocas ígneas y de caliza frecuentes en suelos de Colombia.
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Al pie de las colinas, donde comienzan los valles aluviales, los suelos por lo general son pedregosos y de consistencia relativamente dura, algunas veces con niveles freáticos colgados y confinados, todo lo cual configura las condiciones para la acumulación de sales.
Calidad del agua1 En la Figura 3 se presenta una interpretación del modelo de salinización de aguas por evaporación, aplicable a la solución del suelo. Para aguas que contienen solutos dominantes y sujetos a evapo-concentración, el primer mineral que se precipita en grandes cantidades es calcita (CaCO3). Lo que suceda con la subsiguiente evapo-concentración depende de si la molaridad-M del Ca es mayor o menor que la alcalinidad (CO3= + HCO3-). Si Ca > álcali, el HCO3- puede desaparecer del agua. La evapoconcentración adicional determina la precipitación del yeso (CaSO4.2H2O). Si Ca > SO4, el resultado podría ser un agua rica en Cl. Si Ca < SO4, el agua contendrá apreciables cantidades de SO4. En contraste, si Ca < álcali, el agua se quedaría sin Ca y el siguiente mineral en precipitar podría ser la arcilla Sepiolita (MgSi 3O 4(OH) 2)). Si el agua contiene Mg > álcali, la evapo-concentración adicional desaparecerá el HCO3- Si Mg < álcali, el agua podría no acumular Mg. Otros posibles agentes que controlan la precipitación de Mg son la SmectitaMg, y la dolomita (CaMg(CO3)2). Teniendo en cuenta que Ca++, ++ Mg , SO4= y Cl- son promotores de la
Figura 3. Evolución química del agua en el suelo por efecto de la evaporación.
estructura física en el suelo y que Na+ y HCO3- son promotores de la dispersión o caos, es recomendable evaluar en los análisis de agua para riego la composición y la concentración total o C.E. de estos iones (≥ 1 dSm-1).
Presencia de organismos Los procesos de respiración junto con la descomposición de plantas y animales en el suelo producen CO2, el cual junto con SO4= (pH < 7.8) controlan el potencial del Ca++ en el suelo y consecuentemente sus relaciones con Na+, a través de la producción de ácido, de la forma siguiente (Foto 2):
Foto 2. Calcificación en un suelo fértil bien drenado
X-H2 + Ca+2 ↔ X-Ca+2 + 2H+ CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ HCO3- + H+ En suelo bien drenado (sistema diluido): << pCO 2 suficiente para mantener soluble al Ca+2 e insuficiente para que Na+ desplace a Ca+2, la relación es la siguiente: CaCO3 + 2HCO3- ↔ Ca+2 + H2O + CO2 pH hasta 8.2
1. Fuente: Adaptado de Tanji, K. 2011. Agricultural salinity assessment and management. 2. RAS = Relación de adsorción de sodio.
En suelo mal drenado (sistema concentrado): >> pCO 2 suficiente para que Na+ desplace a Ca +2, la reacción será: X-Ca + 2Na+ ↔ X-Na2 + Ca+2 Ca+2 + 2HCO3- ↔ CaCO3↓ + CO2 + H2O pH ≥ 8.4 RAS2 en aumento
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Las sales y el desarrollo de las plantas
•
Los efectos de la salinidad en el suelo se pueden dividir en tres categorías: Reducción del potencial osmótico de la solución del suelo, lo cual disminuye el agua disponible, •
Toxicidad específica de iones (Na, Cl, B, seleniatos, arseniatos, molibdatos y vanadatos), e •
Inhibición de procesos biológicos del suelo como amonificación y nitrificación, entre otros. Las sales hidrosolubles retienen firmemente el agua y, por tanto, le restan energía para moverse; por
esta razón, en el proceso de hidratación de la célula un incremento de la concentración de sales nutritivas en el medio externo puede ocasionar la deshidratación irreversible del citoplasma con la muerte de la planta (Foto 3), ya que el medio externo está más concentrado. Como se sabe, el agua se mueve en los sistemas por gradiente energético, de mayor energía a menor energía, y la membrana celular es sólo permeable al agua, mientras que las sales nutritivas implican un gasto de energía para pasar a través de ella. Por tanto, en la situación planteada, el agua se moverá desde adentro hacia afuera, ocasionando la muerte celular (Figura 4).
PO = ρH2O g h
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Ψo = - PO,
Los efectos de la sodicidad se pueden dividir en: •
Deterioro de la estructura física del suelo, lo cual reduce la permeabilidad para fluidos (Foto 4). •
Alcalinidad con todas sus consecuencias sobre los balances de nutrientes y químicos en el suelo.
Foto 3. Cultivo de caña afectado por salinidad. Foto 4. Efectos de sodicidad que afectan la permeabilidad del suelo.
Morfología del suelo
Figura 4. Dinámica del agua en la célula vegetal en función de la concentración de sales del medio externo
En suelos salinos la morfología se caracteriza por la presencia de costras superficiales de color gris a blanco que aparecen en los periodos secos debido a la alta evaporación. En estas condiciones la estructura del suelo se fortalece debido al poder coagulante de las sales sobre los coloides (Foto 5).
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Los parámetros de salinidad utilizados son los siguientes: • • • • Foto 5.Formación de costras en suelos salinos.
En condiciones de sodicidad, las características morfológicas típicas presentan una alta pegajosidad del suelo en condiciones húmedas, lo que le da una firmeza extrema a los agregados, acompañado de reducción química y calcificación, y frecuente aparición de cutanes en la capa B debido a la migración de la arcilla y el humus por dispersión en las épocas de lluvia (Fotos 6, 7 y 8).
Medición de salinidad en el suelo La salinidad del suelo se puede medir: (1) en el extracto de saturación (ES), (2) en la solución del suelo (S) extraída en el campo por vacío, y(3) por electro-conductimetría
Foto 6. Alta pegajosidad característica en suelos sódicos.
De intensidad: CEES, CER, CED en dS/m = mmhos/cm De extensión gravimétrica TSD en mg/L Sales Totales (ST) = ∑ cationes o aniones mmol/L Na+, Ca2+, Mg2+, HBO3-, SO4=, CL-, RAS=Na/[(Ca+Mg)/2]1/2 mm/L-½ (si el anión dominante es HBO3-) ST (me/L) ≈ CEES 25°C *10 1 dS/m =10 me/L [ST] = -360 cm Ψo TDS (mg/L) ≈ CE*800
Los niveles críticos están dados por: CER < 1 a 2 dS/m CEES < 2 a 4 dS/m RASES f(I y ST)
Requerimiento de lavado Cuando las sales provenientes de las aguas de riego no son eliminadas por efecto de las lluvias, los suelos tienden a salinizarse, aun si son bien drenados. Las condiciones extremas ocurren cuando los suelos poseen mal drenaje y las aguas de riego vienen cargadas con altas concentraciones de sales.
Foto 7. Cementación por migración gravitatoria de arcilla y humos dispersos en suelos sodicos.
Se debe proveer, entonces, una lámina de lavado en cada riego y su eficiencia estará en función de la cantidad y distribución de las lluvias, la profundidad del nivel freático, y la calidad del agua de riego.
Bibliografía Pla, L. 1997. Evaluación de los procesos de salinización de suelos bajo riego. Dep. de medio ambiente. Deficiencies del sol. Univ. LleidaEspaña. Rev. Soc. Española Ci. Suelo. 29 p. Pla, I. 2012. Curso sobre manejo de la calidad del agua de riego en agricultura, Octubre 2011. Universidad Nacional de Colombia sede Palmira. FAO. 1997. Zonificación Agroecológica. Boletín 73 de Suelos. http:// www.fao.org/docrep/W2962S/ w2962s00.htm#Contents Trudgil, T. 1988. Soil and vegetation systems. Clarendon Press- Oxford. N. Y. 211p.
Foto 8. La sodicidad favorece los procesos de óxido-reducción y desarrollo de capas cálcicas y petrocálcicas en el suelo.
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La salinidad de los suelos en el valle del río Cauca Álvaro Calero Aguado1, Gustavo Adolfo Romero Lozada2 y Claudia Martínez Herrera3
Introducción La salinidad de los suelos es un proceso natural y dinámico que se presenta por lo general en áreas ‘depresionadas’ donde se acumula agua saturada de sales, en zonas áridas con alta evaporación y baja precipitación, y en zonas de influencia marina (marismas). Este proceso es controlable con un adecuado sistema de riego y drenaje que permita el lavado de dichas sales y la evacuación de los excesos de agua. La ausencia de un sistema adecuado de drenaje en zonas planas con suelos pesados y la presencia de un régimen de lluvias mal distribuidas, así como el continuo e indiscriminado uso del agua de riego, son los principales factores que favorecen la ocurrencia de salinidad por arrastre de sales hacia la superficie del suelo. En el valle geográfico del río Cauca se estima que 80,000 ha se hallan afectadas por problemas de salinidad y drenaje, encontrandose 20, 000 has con algún peligro de salinidad o sodicidad y 40,000 ha que presentan conductividad eléctrica por encima de 4 decisiemens/m y porcentaje de sodio intercambiable mayor de 15. Para mitigar este problema, la Corporación Autónoma del Valle del Cauca (CVC) ha ejecutado algunas obras a nivel regional entre ellas la represa de Salvajina, con el propósito de generar energía, regular el caudal del río Cauca y evitar inundaciones y filtraciones periódicas en épocas críticas, además de la construcción de jarillones sobre el río y sus afluentes, estaciones de bombeo, y canales interceptores y principales de drenaje. En forma paralela, el Programa de Salinidad, Riego y Drenaje de la CVC realizó estudios de salinidad y drenaje por sectores entre afluentes del río Cauca, los cuales son necesarios en la elaboración de proyectos de recuperación de tierras.
Localización La zona en el presente estudio corresponde a la parte plana del valle geográfico del río Cauca, dentro de la jurisdicción del departamento del Valle del Cauca, entre las cordilleras Central y Occidental, desde los municipios de Florida y Candelaria al sur, hasta el municipio de Cartago al norte. Tiene como límites al sur el río Desbaratado, al norte el río La Vieja, al occidente el
1. Ingeniero Agrícola, Coordinador Grupo de Sistemas de Información Ambiental. 2. Ingeniero Agrícola Ingeniero, Grupo de Producción Sostenible. 3. Ingeniera Agrónoma, Profesional especializada, Grupo de Producción Sostenible.
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río Cauca y al oriente la vía troncal de Occidente. Esta zona, comprendida entre 900 y 1200 m.s.n.m., se caracteriza por la presencia de problemas de salinidad y drenaje y forma un corredor edafológico paralelo al río Cauca, que constituye su drenaje natural. Para el estudio la zona se subdividió en sectores que forman subcuencas limitadas por afluentes del río Cauca y ubicadas en su mayoría sobre la margen derecha del mismo, de la forma siguiente: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Río Desbaratado – río Fraile. Río Fraile – río Amaime. Río Amaime – río Zabaletas. Río Zabaletas – río Sonso. Río Sonso – río Guadalajara. Río Guadalajara – quebrada San Pedro. 7. Quebrada San Pedro – río Tuluá. 8. Río Tuluá – río Bugalagrande. 9. Río Bugalagrande – río La Paila. 10. Río La Paila – quebrada Los Micos. 11. Quebrada Los Micos – río La Vieja. 12. Roldanillo – La Unión – Toro (RUT).
Metodología Para el estudio se hicieron observaciones y mediciones sobre las características principales de clima y suelos en la zona, entre los años de 1980 y 1994. Precipitación Para elaborar los hidrogramas de precipitación en el período de estudio y calcular el período de retorno para lluvias de un día de duración, se utilizaron los datos de precipitación registrados en varias estaciones meteorológicas de la región. Freatimetría Para el estudio de los niveles freáticos se tomó como base la información de la red freatimétrica instalada, confor-
mada por 34 pozos de observación. En dichos pozos se utilizaron tubos PVC de 0.75 pulgadas de diámetro y 3 m de longitud, perforados para permitir la entrada del agua freática y protegidos con una envoltura de tela plástica y filtro de grava. La intensidad fue de 1 pozo por cada 170 ha, no obstante ésta fue mayor en aquellas áreas donde los problemas de salinidad eran evidentes. Las lecturas de profundidad del nivel freático se hicieron mensualmente y con base en ellas se elaboraron los mapas de isobatas, isohipsas, profundidades máximas, y mínimas, isoincrementos, hidrogramas y perfiles transversales del nivel freático. En el período de estudio se utilizaron los registros de lecturas diarias de los niveles del río Cauca y sus afluentes. Con estos datos se elaboró el higrograma del río y los perfiles transversales del nivel freático. Estratigrafía En total se realizaron 34 muestreos con barreno hasta 3 m de profundidad en el suelo, que correspondieron a cada uno de los sitios donde se instalaron los pozos de observación, para un promedio de un cateo por cada 170 ha. En cada cateo se analizaron a través del perfil del suelo las características: espesor de los estratos, textura de cada estrato, color y presencia de manchas en húmedo, y contenido de módulos minerales. Conductividad hidráulica La conductividad hidráulica o capacidad para el traslado del agua a través del suelo es importante para el diseño de drenaje subterráneo en aquellas zonas con problemas de inundación. En el estudio se realizaron 31 pruebas
de conductividad hidráulica, utilizando el método del ‘agujero de barreno’. Cartografía de suelos salinos y/o sódicos Para la delimitación del área afectada por sales y/o sodio se utilizó con fines comparativos el Estudio Semidetallado de Suelos del Valle Geográfico del Río Cauca y algunos estudios de salinidad existentes. Los sitios con información de salinidad se marcaron sobre planchas de escala 1:20.000 y con ellos se elaboraron cuadros para evaluar la calidad de la información y los parámetros de comparación. Con esta información se definió el área de posible afectación por sales y/o sodio. Mediante fotointerpretación detallada y con base en la unidad de suelos del Estudio Semidetallado de suelos del Valle Geográfico del Río Cauca, sobre las fotografías aéreas se identificaron los puntos de observación del nuevo trabajo con una densidad de 1:100 ha, requerida para un estudio semidetallado. Los muestreos de suelos en cada una de las observaciones se hicieron por horizontes genéticos o capas contratantes, para determinar pH, conductividad eléctrica en el estrato de saturación (CE), capacidad de intercambio catiónico (CIC), contenido de bases (Ca, Mg, Na, K), y porcentaje de sodio intercambiable (PSI). Para la denominación de los suelos en el mapa se utilizan dos letras mayúsculas seguidas de una o dos minúsculas que indican la pendiente del terreno; ejemplo, PVa significa que se trata del suelo Puerto Molina, con pendiente entre 0 y 3%. En algunos casos después de la letra minúscula que indica la pendiente, aparece E (mayúscula) para indicar que el área se encharca en época de lluvias, ejemplo, JNaE significa suelo Juanchito,
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con pendiente entre 0 y 3% y sujeto a encharcamiento. A estos símbolos se agregan los correspondientes a la afectación por sales y/o sodio. Para la representación de la salinidad se utilizaron los símbolos siguientes: • N: Suelos normales no afectados por sales y/o sodio. • X: Suelos en peligro inmediato de afectación por sodio con PSI entre 7 y 15% (ligeramente sódicos). • Na: Suelos sódicos con PSI > 15%. • Y: Suelos en inmediato peligro de afectación por sales y CE entre 2 y 4 milimhos/cm, ligeramente salinos. • S1: Suelo moderadamente salino con CE entre 4 y 8 milimhos/cm. • S2: Suelo severamente salino con CE entre 4 y 12 milimhos/cm. • S3: Suelos muy severamente salinos con CE entre 12 y 16 milimhos/cm. Estos símbolos se colocan después del correspondiente a cada suelo o grupo de suelos representados en el mapa, ejemplo: PMaX se entiende suelo Palmeras (PM), con pendiente entre 0 y 3% (a) y ligeramente sódico (X). Para mayor información y utilidad de la información en el mapa, se toman como referencia las profundidades 0 - 0.5 m. y 0.50 - 1 m. Cuando la afectación se presenta después de 0.50 m se representa en forma de fracción, por ejemplo: PVaN/X, donde PV significa suelo Puerto Molina, a es la pendiente entre 0 y 3%, y N/X significa normal y ausencia de afectación por sales hasta 0.5 m y ligeramente sódico entre 0.5 y 1 m de profundidad. Calidad del agua para riego Esta propiedad fue clasificada según los criterios siguientes: (1) conductividad eléctrica (CE) por el contenido de sales solubles, (2) salinidad efec-
tiva (SE) y salinidad potencial (SP) de acuerdo con el efecto probable del sodio sobre las características físicas del suelo. Se determinaron la relación de absorción de sodio (RAS), el carbonato de sodio residual (CSR) y el porcentaje de sodio posible (PSP). Como elementos tóxicos se determinaron el boro (B) y los cloruros. De acuerdo con estos índices el agua se puede clasificar como: (1) buena, cuando es adecuada para riego en la mayoría de los cultivos y de los suelos; (2) condicionada, para uso en cultivos poco sensibles a sales y en suelo con buen drenaje natural o con sistemas de drenaje superficial que garanticen la eliminación de las sales por lavados periódicos; y (3) no recomendable para riego.
ticas principales en los sectores donde se realizaron los estudios. A continuación se incluyen algunas de las condiciones y prácticas de manejo de suelos y cultivos que favorecen la presencia de sales en cada uno de los sectores en estudio.
•
•
Sector río Desbaratado – río Fraile
Las calidades de las aguas freáticas en muestras tomadas en pozos de observación, del agua subterránea en pozos profundos y del agua del río Cauca y sus afluentes Zabaletas, Guabas y Sonso fueron determinadas por conductividad eléctrica (CE) y los análisis respectivos en el Laboratorio de Suelos y Aguas de la C.V.C. •
•
Resultados Los resultados permitieron mapificar, tanto en extensión como en profundidad y naturaleza, los grados de afectación por sales, el origen y la fuente de los problemas de drenaje y la calidad de las aguas de riego y freáticas, factores adversos que en conjunto están incrementando los problemas de degradación de los suelos por altas concentraciones de sales y/o sodio con efectos negativos sobre la productividad de las explotaciones de algunos cultivos sensibles a estas condiciones. En el Cuadro 1 aparecen las caracterís-
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•
•
Para las diferentes estaciones y pluviómetros, las precipitaciones para un periodo de retorno de una lluvia en 5 años, fluctúan entre 76 y 85 mm. En la distribución del área por unidades geomorfológicas el 59.7% (17,936 ha) corresponden a explayamientos de los afluentes, 35% (10,587 ha) corresponden a cuerpo y pie de los abanicos, las demás unidades presentan bajos porcentajes. El 17.3% (5183 ha) presenta conductividad entre 0.5 y 1.5 m/d, es decir, moderada. El 70.6% (21,185 ha) tienen conductividad entre moderadamente rápida y rápida (1.5 - 4.5 m/d) y solamente 200 ha tienen calificación muy rápida (> 4.5 m/d). Como isobata promedia (0 – 150 m) se seleccionó noviembre de 1986, con el 22.43% del área afectada por altos niveles freáticos, correspondiente a 6729 ha. Las mayores afectaciones por sodio en el perfil del suelo se encontraron entre 50 y 100 cm de profundidad, lo que corresponde a 9.5% del área (2833 ha); de este total 47% (1400 ha) corresponde a afectaciones por sodio y 2.9% (837 ha) son ligeramente sódicos. En la profundidad entre 0 y 50 cm, 5.6% del área total (1687 ha) se encuentran afectadas y de ella
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Cuadro 1. Características principales de los sectores del valle geográfico del río Cauca incluidos en el presente estudio de salinización. Sector
Características Localización
Clima
Municipio de Candelaria, entre N-872.000 y N-900.000 y Bimodal, 24 ºC, 1180 mm de preE-1.064.000 y E-1.090.000, con una extensión aproxima- cipitación y 484 mm de evaporada de 30,000 ha. La información se tomó en las estaciones ción, y brillo solar de 5.53 h. Cenicaña e Ingenio Central Castilla.
Suelos aluviales con paisajes de planicie del río y de piedemonte con unidades: diques naturales, basines, lechos de los afluentes del río Cauca, explayamientos de los afluentes del río cauca, y cuerpo y pié de los abanicos recientes y sub-recientes.
Río Fraile – río Amaime
Entre la cordillera Central y la margen derecha del río Cauca, en jurisdicción del municipio de Palmira, limitada al sur por los ríos Fraile y Bolo y el Zanjón Chontaduro, al norte con el río Amaime, al este con la carretera de occidente y al oeste con el río Cauca. Entre las coordenadas N-872000 a N-900500 y E-1064.500 a E-1.090.000, en una extensión aproximada de 41,200 ha.
Bimodal, 24 ºC, 1100 mm de precipitación, 485 mm de precipitación y 5.25 h de brillo solar, a 1000 m.s.n.m.
Suelos aluviales formados por sedimentos del río Cauca y sus afluentes que conforman las planicies aluviales del río y del piedemonte. En la primera se distinguen diques naturales, basines y cauces abandonados colmatados; y en la segunda lechos de afluentes, explayamientos y diversos tipos de abanicos.
Río Amaime – río Zabaletas
Se encuentra en el centro del departamento del Valle del Cauca, en jurisdicción del municipio de Cerrito. Limita al occidente con la margen derecha del río Cauca, al oriente con la margen izquierda de la vía Palmira – Buga, al sur con el río Amaime y al norte con el río Zabaletas, entre las coordenadas 910.000 – 928.000 N y 1073.00 – 1090 E, con una extensión aproximada de 14,818 ha.
Bimodal, 23.6 ºC, 1070 mm de precipitación, 4.1 mm de de evaporación diaria a 961 m.s.n.m. En el área existen tres estaciones meteorológicas en el Ingenio Providencia-Castilla.
Está formado por suelos de origen aluvial. En el piedemonte de la cordillera Central predominan los conos de inyección formados por materiales transportados por afluentes comunes.
Río Zabaletas – Se encuentra en el municipio de Guacarí, centro del deparrío Sonso tamento. Limita por el occidente con la margen derecha del río Cauca, al oriente con la margen izquierda de la vía Calí – Cartago, al sur con el río Zabaletas y al norte con el río Sonso, entre las coordenadas 907.500 – 915.500 N y 1075.000 – 1085.000 E con 6048 ha.
Bimodal, 24 ºC, 1000 mm de precipitación, 5 mm de de evaporación diaria y HR de 72.5%, a 1000 m.s.n.m. En el área existe una estación meteorológica localizada en el municipio de Guacarí.
Formado por suelos aluviales en las partes bajas y por conos de deyección en el piedemonte. Presenta topografía plana con pendientes en dirección sur – norte y oriente – occidente.
Río Sonso – río Guadalajara
Cubre parte del municipio de Buga. Limita al sur con el río Sonso, al norte con el río Guadalajara, al oriente con la vía principal Cali – Cartago y al occidente con el río Cauca, entre 1077.000 – 1087.000 N y 912.000 – 924.000 E con una extensión aproximada de 8303 ha.
Bimodal, 24 ºC, 950 m.s.n.m., Suelos aluviales con tres paisajes: planicies 1100 mm de precipitación, 3.9 aluvial, fluvio-lacustre y aluvial de piedemonte. mm de evaporación diaria y brillo solar de 4.5 h. Los datos se tomaron en seis estaciones meteorológicas existentes en la zona.
Quebrada San Pedro – río Tuluá
Cubre la parte plana de los municipios San Pedro-y Tuluá sobre la margen derecha del río Cauca. Se encuentra al sur de la quebrada San Pedro, al norte del río Tuluá, al oriente de la carretera troncal y al oriente del zanjón Burrigá y el río Cauca, entre 933.000 – 951.000 N y 1086.000 – 1100.000 E con una extensión de 13,200 ha
Bimodal, 24 ºC, 940 m.s.n.m., 11000 de precipitación, 3.8 mm de precipitación diaria y 4.3 horas de brillo solar.
Río Bugalagran- Se encuentra en la parte plana de los municipios Bugalade – río La Paila grande y Zarzal al margen derecho del río Cauca. Limita al sur con el río Bugalagrande, al norte con el río La paila, al oriente con la vía Cali – Cartago y al occidente con el río Cauca, entre 957.000 – 973.000 N y 1100.000 y 112.000 E, en una extensión de 10,094 ha Distrito riego RUT (Roldanillo - La Unión – Toro)
Suelos aluviales, con tres formas de paisaje: planicies aluvial, fluvio-lacustre y aluvial de piedemonte. La pendiente es sur – norte (depresión paralela al zanjón Burrigá y al río Cauca) y este –oeste.
Bimodal, 920 m.s.n.m., 24 ºC, Suelos aluviales, con paisajes aluvial del río 1100 mm de precipitación, 5.19 Cauca, fluvio-lacustre y planicie aluvial de piemm de evaporación diaria, y 4.6 h demonte de brillo solar
Localizado en la margen izquierda del río Cauca en los mu- Bimodal, 1000 mm de precipita- Topografía plana, con pendiente sur – norte y nicipios de Roldanillo, La Unión y Toro con una extensión ción, 24 ºC, 915 m.s.n.m., 5.07 pendiente oeste – este y viceversa que converaproximada de 10,000 ha. mm de evapotranspiración diaria gen al centro..
solamente el 2.7% (793 ha) están afectadas por sodio. •
Geomorfología
Río Desbaratado – río Fraile
En el 93.3% de los sitios de muestreo, el agua tomada de pozo profundo presentó valores
•
de salinidad media (C2) y el 6.7% presentó salinidad (C3). Los ríos Fraile (en Juanchito), Párraga, Bolo (en El Lauro), y los zanjones Tortugas y Chontaduro
presentaron salinidad media (C2): Las aguas de los ríos Cauca, Fraile (curso alto) y Desbaratado, y del zanjón Granadillo presentaron baja salinidad (C1).
•
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(12,149 ha) entre moderada y moderadamente rápida y solamente 2232 ha (5.4%) tiene conductividad hidráulica entre lenta a moderadamente lenta.
•
El sodio se encontró principalmente en la profundidad 0.5 - 1.00 m, alcanzando los suelos sódicos y ligeramente sódicos el 31.3%, que corresponden a 12,864 ha.
•
El 75% del área (30,900 ha) presenta niveles freáticos con aguas entre alta y muy alta salinidad, por lo que el nivel debe mantenerse por encima de 1.50 m para garantizar el desarrollo óptimo de los cultivos.
•
Los suelos salino-sódicos alcanzaban 15% en ambas profundidades. Las sales solubles que originan los suelos salinos tienden a concentrarse ligeramente en mayor porcentaje en la profundidad 0.0 - 0.50 m.
•
Septiembre de 1983 presentó la menor área afectada por niveles freáticos perjudiciales, mientras que la mayor área afectada (31% -13,234 ha) ocurrió en junio de 1984.
•
•
Tomando como base los planos de isobatas, en diciembre de 1982 se presentaron 9885 ha (24%) afectadas por nivel freático alto. •
Las altas fluctuaciones en porcentajes de áreas afectadas indican las grandes deficiencias en las infraestructuras de drenaje tanto del sector como a nivel de predio.
Los problemas de salinidad se encuentran en todas las unidades de paisaje, con excepción de los cauces abandonados colmatados que tienen suelos normales. Las mayores áreas afectadas se encuentran en los suelos ubicados en los explayamientos de los afluentes del río Cauca, abanicos recientes y subrecientes, basines, diques naturales y abanicos subrecientes y antiguos, en orden descendente. •
El 75.7% (31,189 ha) del área del sector río Fraile - río Amaime tiene agua freática con salinidad entre alta (C3) y muy alta (C4), mientras que el área restante (10,011 ha) tiene salinidad media (C2). •
El 84% de las aguas freáticas en la muestra tienen valores de pH entre 7.0 y 8.0, el 1.6% tienen valores mayores de 8.0 y el 9% presentan pH menores de 7.0 •
El 90% de las aguas en los pozos de la muestra (146) presentan salinidad media (C2), el 6% tienen salinidad baja (C1) y el 4% presentan salinidad alta (C3). •
Los ríos Cauca, Amaime y Guachal presentaron aguas de baja salinidad (C1). El río Palmira y los zanjones Mirriñaque y Tamborero tienen salinidad media (C2).
El 59% de los pozos de observación distribuidos en 17,700 ha presentaron aguas calificadas como de alta salinidad (C3), el 41% restante mostró salinidad media (C2). Sector río Fraile – río Amaime En el área de este sector se registraron 36 unidades cartográficas entre consociaciones y complejos de suelos. •
No existe levantamiento topográfico del sector, lo cual es un gran limitante en la información para el diseño de proyectos de recuperación en drenaje agrícola. •
La caña de azúcar ocupa el 45% del área con una extensión de 18,463 ha, seguido por los cultivos semestrales en 8252 ha equivalente a 20% del área de cultivos. •
•
En este sector existen siete proyectos con el objeto de evitar las inundaciones por parte del río Cauca y sus afluentes, no obstante no solucionan los problemas de drenaje, siendo comunes los desbordamientos de afluentes por deficiencias en el mantenimiento de las obras. Las lluvias de retorno para un período de 5 años en las zonas sur, central y norte de este sector presentaron valores entre 77 mm y 70 mm. •
Los perfiles estratigráficos de la zona de estudio presentan una alta variación en texturas, como consecuencia de la geomorfología y los depósitos de materiales por el río Cauca. •
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El 55.1% del área, que corresponde a 26,819 ha, presentó una conductividad hidráulica entre rápida y muy rápida; el 29.5%
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Los valores de los gradientes hidráulicos y la dirección general de los flujos subterráneos indican una fuente muy importante de carga de las partes altas a las zonas topográficamente más bajas en donde se presentan, no solamente los mayores problemas de drenaje, sino la mayor concentración de sales transportadas por las aguas superficiales y de escorrentía. •
•
En la época del estudio existían 16,322 ha (39.6% del área) en la profundidad 0 - 0.50 m afectadas por sales. En la profundidad 0.50 - 1.00 m las afectaciones se extendían a 20,830 ha, correspondiente al 50.5% del área total.
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Revista Tecnicaña No. 31, Junio de 2013
Sector rio Amaime – rio Zabaletas • La caña de azúcar es el cultivo más importante en este sector con 10,370 ha que equivalen a 69.98% del área. • La lluvia para un periodo de retorno de 5 años en las estaciones El Alizal y Marsella del Ingenio Providencia fue de 63.64 y 77 mm, respectivamente. • Los perfiles estratigráficos de la zona de estudio presentan gran variación en textura como consecuencia de la geomorfología en las formas depresionadas producidas por el río Cauca y sus afluentes. • La conductividad hidráulica varió entre moderadamente lenta a muy rápida. Existen zonas con condiciones naturales favorables para drenaje donde la conductividad hidráulica varía entre 0.12 y 1.50 m/ día, lo que permite clasificarla como moderadamente lenta y moderada. • Teniendo en cuenta que en el sector se presentan algunos problemas de salinidad y los suelos se explotan con diversidad de cultivos como caña de azúcar, sorgo, algodón y maíz, se sugiere que el nivel freático debe mantenerse a profundidades mayores de 1.50 m. • La época más crítica de los periodos secos durante el tiempo de estudio correspondió a las isobatas de octubre de 1983, sin embargo, fueron afectadas 1041 ha (7.02% del área del sector) por nivel freático entre 0 y 1.50 m de profundidad. • Con base en el análisis del comportamiento del nivel freático y los planos de isobatas, diciembre de 1983 fue la época que presentó un comportamiento medio de las fluctuaciones del nivel freático, con 2719 ha afectadas, que corresponden a 18.34% del área. • En abril de 1984 se presentaron las isobatas correspondientes a un alto incremento en el nivel •
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freático debido principalmente a las lluvias caídas en el sector y los niveles alcanzados por el río Cauca. Aproximadamente 3927 ha (36.5% del área) fueron afectadas por niveles freáticos entre 0 y 1.50 m. de profundidad. Durante todo el tiempo de estudio en este sector permanecieron entre 2000 y 2500 ha afectadas por niveles freáticos entre 0 y 1.50 m de profundidad. El gradiente hidráulico varió entre 2.7% y 7%, presentando los mayores valores en los suelos de la parte oriental del sector y disminuyendo gradualmente hacia las proximidades del río Cauca. Además de la recarga de agua por filtraciones de la parte alta (oriente), existen otras fuentes como las lluvias y las filtraciones del río Cauca. En los suelos del sector se identificaron 2922 ha (19.70% del área) afectadas por sales en la profundidad de 0 - 0.50 m y 4079 ha (27.52%) en la profundidad 0.50 - 1.00 m. Los problemas de salinidad se encuentran en algunas unidades de paisaje en el sector; no obstante la mayor área afectada está ubicada en los suelos de cuerpo o pie de losa abanicos, diques, explayamientos de los afluentes, basín y diques naturales. Los suelos de basín y cuerpo y pie de los abanicos presentan, en términos generales, texturas arcillosas, poco estratificadas, con nivel freático superficial y permanente, además tienen conductividad hidráulica poco favorable, lo que se manifiesta como mal drenaje y salinización de los suelos. En la mayor parte del área, la salinidad del agua freática es alta (> 750 micromhos/cm.) Existen 9253 ha (62.44%) con aguas freáticas cargadas de sales.
La salinidad del agua subterránea es media (CE entre 250 y 750 micromhos/cm.). En la parte occidental existe un área de 121 ha (0.82%) con agua subterránea saturada de sales (> 750 micromhos/ cm). El contenido de sales en el agua del río Cauca permite su utilización. Las aguas de los ríos Amaime, Cerrito y Zabaletas se encuentran entre 250 y 750 micromhos/cm., es decir, tienen salinidad media. •
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Sector río Zabaletas – río Sonso Para calcular el caudal de escorrentía necesario que es evacuar en el sector se sugiere seleccionar la lluvia de 75 mm para un periodo de retorno de 5 años, tomada en la estación pluviométrica de Guacarí. Los perfiles estratigráficos de la zona en estudio muestran una alta variación en estructura del suelo, como consecuencia de la geomorfología en relación con las formas deposicionales producidas por el río Cauca y sus afluentes. La conductividad hidráulica varía entre moderadamente lenta a muy rápida. Existen algunas zonas basín y cuerpo y pie de los abanicos (855 ha) con condiciones naturales no favorables para drenaje, donde la conductividad varía entre 0.12 y 1.5 m/día, lo que permite clasificar esta propiedad entre moderadamente lenta y moderada. En el sector aparecen algunos problemas de salinidad en suelos con cultivos de caña de azúcar, sorgo, soya, maíz y algodón, por lo que el nivel freático debe mantenerse a profundidades mayores de 1.50 m. Las isobatas de septiembre y octubre de 1983 pertenecen a la época más crítica de los periodos secos durante el tiempo de estudio y se encuentran afectadas por niveles
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freáticos entre 0 y 1.50 m de profundidad en 1704 ha (28.18% del área del sector). De acuerdo con el análisis del comportamiento del nivel freático y los planos de isobatas, en febrero de 1984 se presentó un comportamiento medio de las fluctuaciones del nivel freático. Para esta época se tenían 2,326.40 ha afectadas, que corresponden a 38.47% del área. En las isobatas de abril de 1984 se observó un alto incremento en el nivel freático, debido al aumento de las lluvias en el sector y a los niveles altos alcanzados por el río Cauca, que en algunas zonas inundaron parte del sector. Durante todo el tiempo de estudio, en este sector permanecieron entre 2000 y 2500 ha afectadas por niveles freáticos entre 0 y 1.50 m. de profundidad. El gradiente hidráulico varía entre 0.2 y 1.2%, presentando los mayores valores en las áreas de la parte oriental del sector y disminuyendo gradualmente en las proximidades del río Cauca. En el sector existen 701 ha afectadas por sales entre 0 y 1.0 m de profundidad. El mayor porcentaje de área afectada está ubicado en los suelos de cuerpo y pie de los abanicos. Los suelos de basín y cuerpo y pie de los abanicos presentan en general texturas arcillosas, poco estratificadas, con nivel freático superficial y conductividad hidráulica poco favorable, condiciones que facilitan el mal drenaje y la salinización de los suelos. En la mayor parte del área la salinidad del agua freática es media, CE entre 250 y 750 micromhos/cm. Existen 681 ha (11.26% del área) con aguas freáticas cargadas de sales (> 750 micromhos/cm).
La salinidad del agua subterránea es media (C.E entre 250 y 750 micromhos/cm). En el centro del sector existe un área con agua subterránea de buena calidad para riego (C.E < 250 micromhos/cm). El agua del río Cauca tiene menos de 250 micromhos/cm., lo que la califica como aceptable por su contenido de sales. Las aguas de los ríos Zabaletas, Guabas y Sonso se pueden clasificar de salinidad media (250 - 750 micromhos/cm), lo que permite su uso condicionado para riego. •
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sentan conductividad hidráulica moderadamente rápida (1.5 - 3.0 m/día) y el 31% (2600 ha) tienen conductividad rápida (3.0 - 4.5 m/ día) a muy rápida (> 4.5 m/día). Según los niveles freáticos, junio de 1987 se considera como isobata intermedia con el 33.66% del área con niveles entre 0.5 - 1.50 m en una extensión de 2795 ha. En la profundidad 0 y 50 cm, el 22.6% del área total presenta algún grado de afectación por sales; de éstas el 4.8% es sódica, 11.4% es ligeramente sódica, 1.6% ligeramente salino – sódica, 3.2% es salina y 1.6% es ligeramente salina. La mayor afectación por sales se encontró entre 50 y 100 cm en 2167 ha (28.67%); de ellas 8.1% tienen problemas sódicos, el 1.5% salino –sódicos, 13.8% ligeramente sódicos, 4.7% ligeramente salino sódicos y 0.6% salina. En el 62% del área las aguas freáticas presentan alta salinidad (C3), el 32% son medianamente salinas (C2) y el 3% altamente salinas (C4).
Sector rio Sonso – río Guadalajara
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Por unidades geomorfológicas el 36.5% (2756 ha) corresponden a cuerpo y pie de los abanicos recientes y subrecientes, el 22.4% (1692 ha) corresponden a explayamientos de los afluentes del río Cauca, el 1.8% (1273 ha) corresponden a la unidad cubeta, 7.8% en ápice de abanicos y 6.14% a ápice de abanicos antiguos. La topografía general del sector varía entre plana y ligeramente ondulada, la mayor pendiente se presenta en el sentido sureste noroeste con valores de 0.33% en el sentido sur - norte y pendiente de 0.02%. El 70% de los perfiles presentan texturas arcillosas, que originan suelos pesados, con limitaciones para el drenaje y son afectados por sales y/o sodio. Hacia el río Cauca se encuentran perfiles de estratos medianos y livianos, con mejores condiciones físicas y drenaje favorable. El 14.2% del área total (1181 ha) presenta conductividad hidráulica entre lenta y moderadamente lenta (< 0.5 m/día), el 20.04% (1830 ha) tienen conductividad hidráulica moderada (0.5 – 1.5 m/día), el 23.29% (1924 ha) pre-
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Sector quebrada San Pedro - río Tuluá La distribución geomorfológica por paisajes muestra que el cuerpo y pie de los abanicos recientes y subrecientes ocupan el 52.8% del área del sector, le siguen en extensión los explayamientos de los afluentes del río Cauca (20.2%) y las unidades de paisaje cubeta y ápice de los abanicos. A pesar de haber suficiente infraestructura de control de inundaciones, aún existen grandes problemas de drenaje interno debido a las condiciones topográficas y de suelos. En general, el 50% de los perfiles estratigráficos presentan texturas arcillosas, con fuertes limitaciones
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profundidad entre 0 y 50 cm. 1408 ha presentan suelos ligeramente sódicos, 207 ha presentan suelos salinos y 171 ha son ligeramente salinos a ligeramente sódicos.
para los drenajes superficial e interno. •
La conductividad hidráulica en el sector es moderada, con movimientos rápidos de agua en el suelo. En el 1.6% del área es lenta a moderadamente lenta, en el 6.8% es moderada y en el resto del área varía entre rápida y muy rápida (> 3.0 m/día). •
Entre 0 y 50 cm de profundidad en el suelo el grado de afectación por sales de sodio es ligero, siendo en general muy bajo. •
Las aguas del río Cauca y sus afluentes no presentan restricciones para riego por su contenido de sales solubles, con excepción del colector de drenaje de la fábrica del Ingenio San Carlos y el zanjón Pajonales, que presentan ligeras restricciones por conductividad eléctrica. •
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Al confrontar las áreas con problemas críticos de drenaje vs. las que tienen problemas de salinidad, se encontró que aproximadamente el 61% del área total tiene problemas de salinidad y/o drenaje. •
Durante noviembre y diciembre de 1984, el nivel del río Cauca se elevó notoriamente y se detectaron filtraciones que afectan la franja de terrenos próxima al canal marginal. •
Desde las estribaciones de la cordillera Occidental llegan filtraciones al Distrito que causan problemas de drenaje en las partes bajas y favorecen la salinización de los suelos, ya que se trata de aguas cargadas con sales. •
El funcionamiento de la mayoría de los canales de drenaje es deficiente. La entrega de los canales secundarios en el canal principal está sumergida y por lo tanto las aguas permanecen represadas, lo que facilita la sedimentación y la propagación de malezas acuáticas. •
El funcionamiento de los canales de drenaje está íntimamente relacionado con la operación de las estaciones de bombeo de Candelaria y La Cayetana. El bombeo debe garantizar que el nivel de las aguas en el canal principal no sobrepase las entregas de los canales secundarios de drenaje. •
Para cumplir con la recomendación anterior, el nivel del agua en el canal de aducción La Cayetana (entrada a la estación de bombeo) no debe sobrepasar la cota 907.
Sector Roldanillo - La Unión - Toro (R.U.T.) •
La conductividad hidráulica en este sector varía entre moderadamente lenta y muy rápida. •
Se encontraron problemas de salinidad en 2117 ha en la profundidad 0 - 0.50 m y en 3584 ha en la profundidad de 0.50 - 1.0 m. Esto significa que aproximadamente el 36% del área se encuentra afectada por algún problema de salinidad entre 0 y 1.0 m de profundidad en el suelo.
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El agua freática es totalmente salina y en algunos casos se reportaron contenidos altos de iones cloruro, que pueden causar daños en cultivos como vid y cítricos. •
El agua de los aljibes ubicados al oeste del canal interceptor, externos al área de estudio, tienen altos contenidos de sales. •
El agua del canal principal de drenaje es salina, no recomendable para riego. •
En este sector el agua del río Cauca es de buena calidad para riego. •
Teniendo en cuenta los problemas de salinidad existentes. •
en el Distrito RUT, se considera que un nivel freático entre 0 y 1.50 m
El 58% del área (5846 ha) presenta conductividad hidráulica entre rápida y muy rápida (entre 3 y más de 4.5 m/día), que corresponden a las zonas marginales del sector este – oeste. En el centro del sector es lenta (< de 0.5 m/día) y moderadamente rápida (1.5 - 3.0 m/día) en el 42% restante. El grado de afectación por sales a través del perfil del suelo es, en general, baja. En 608,7 ha se presenta afectación por sodio en la
Aproximadamente en el 37% del área el nivel freático permaneció durante la mayor parte del periodo de estudio a profundidades entre 0 y 1.50 m. Este porcentaje aumenta considerablemente durante el periodo de lluvias.
El agua para riego en el sector, proveniente del río Cauca y sus afluentes, no presenta restricciones para uso.
Sector río Bugalagrande – río La Paila • La distribución geomorfológica del sector por paisajes mostró que el cuerpo y el pie de los abanicos, las cubetas y los explayamientos de los abanicos comprenden 29%, 28% y 18%.
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El área con suelos sódicos es de 945 ha, con suelos ligeramente salinos se encontraron 1,0398 ha y 87 ha son ligeramente salinos a ligeramente sódicos.
El agua para riego proveniente del 50% de los pozos en el sector no presenta restricciones por su conductividad eléctrica.
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de profundidad es perjudicial para el suelo y para los cultivos.
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De acuerdo con el diseño de la estación, el mínimo nivel de bombeo es la cota 908.60, por lo cual se requiere la modificación de la estación de bombeo.
Sugerencias Para controlar los altos niveles freáticos ocasionados por los drenajes deficientes, detener el avance de la salinidad y recuperar los suelos ya degradados por efecto de la acumulación excesiva de sales, es necesario hacer un manejo de grandes áreas a nivel de sector y distrito, completando la información básica necesaria para la elaboración de proyectos de drenaje y de riego. Para obtener la información básica con el fin de avanzar en la
elaboración de proyectos de recuperación de suelos salinos y sódicos tendiente a incrementar la productividad de los cultivos es necesario: evaluar y complementar la red hidro-climatológica; determinar las propiedades físicas de los suelos, las láminas de almacenamiento, densidades, porosidades e infiltraciones básicas; determinar los usos consuntivos para los diferentes cultivos en las distintas localidades y suelos; determinar los balances hídricos para sectores y subsectores, en dos o más afluentes del río Cauca; intensificar los análisis de aguas de las diferentes fuentes y en diversos periodos; y hacer los levantamientos topográficos necesarios para realizar los diseños de las obras.
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Trabajos consultados Estudios C.V.C. de salinidad y drenaje de los ríos: •
Desbaratado – río Fraile •
Fraile – río Amaime •
Amaime – río Zabaletas •
Zabaletas – río Sonso. - . •
Sonso – río Guadalajara.•
Guadalajara – quebrada San Pedro.•
Quebrada San Pedro – río Tuluá.•
Tuluá – Río Bugalagrande.•
Bugalagrande – río La Paila.•
La Paila – quebrada Los Micos.•
Quebrada Los Micos – río La Vieja.•
Distrito Roldanillo – La Unión – Toro (RUT).-
CON HECTÁREA APLICADA LAS MALEZAS EN SU CULTIVO
CONTROLAMOS PACORA 800 SC INSUMOS REBOLLEDO SIOUFI
AGROINCA
AGROINCA BIOESTIMULACIÓN
INCAPHOS AGROINCA
AMINA
480 SL
INSUMOS REBOLLEDO SIOUFI
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Fotografía: Cenicaña
Producción de plantas de variedades de caña de azúcar para el establecimiento de semilleros.
Cenicaña: ciencia productiva para la agroindustria azucarera de Colombia El Centro de Investigación de la Caña de Azúcar de Colombia, Cenicaña, apoya la innovación tecnológica en el sector azucarero colombiano a través de investigación, transferencia de tecnología y servicios especializados.
Ejes de trabajo •
Programa de Variedades: obtención de variedades de caña de azúcar que expresen su potencial genético en ambientes específicos y mejoren la productividad y la rentabilidad de las plantaciones para la agroindustria azucarera y la producción de etanol. •
Programa de Agronomía: desarrollo de tecnología para el manejo agronómico del cultivo que mejoren la productividad, la rentabilidad y la calidad de la caña de azúcar.
Programa de Procesos de Fábrica: contribuye al diagnóstico y mejoramiento de las eficiencias de los procesos de preparación, extracción y elaboración de azúcar, así como en eficiencias de fermentación en la producción de etanol carburante y en el planteamiento de nuevos esquemas energéticos. Servicio de Cooperación Técnica y Transferencia de Tecnología: promoción de la adopción tecnológica en el sector agroindustrial de la caña de azúcar con el fin de incrementar la utilización de prácticas sostenibles en las unidades productivas. Servicio de Análisis Económico y Estadístico: ofrece metodologías de análisis económico y estadístico para apoyar la toma de decisiones en investigación y producción comercial (caña, azúcar, alcohol, cogeneración y otros). •
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Servicio de Información y Documentación: mantiene actualizado al sector agroindustrial
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de la caña de azúcar proporcionando el acceso a documentación bibliográfica.
Equipo e infraestructura Talento humano: 207 colaboradores, entre investigadores y profesionales, auxiliares, personal de apoyo operativo, aprendices y estudiantes. En el grupo de directivos, investigadores y profesionales hay 13 personas con doctorado, 20 con maestría y 41 con pregrado. Laboratorios: biotecnología, fitopatología, entomología, microbiología y química. Laboratorio móvil para evaluaciones en las plantas de azúcar y etanol y Banco de germoplasma in vitro. Invernaderos: instalaciones para cruzamientos, manejo sanitario y bioseguridad. Áreas experimentales y otros recursos: cuartos de fotoperiodo, instalaciones para la producción de plantas, campos experimentales, estación meteorológica, taller agrícola, salud ocupacional, oficinas, auditorio y biblioteca.
Fotografía: Cenicaña Cenicaña avanza en investigaciones de transformación genética con Agrobacterium tumefaciens y el aislamiento y caracterización de genes asociados con tolerancia al estrés por déficit y exceso hídrico.
Cenicaña es una entidad sin ánimo de lucro, fundada en 1977 por iniciativa de Asocaña y financiada por los ingenios azucareros y los cultivadores de caña del valle del río Cauca (Cauca, Valle del Cauca, Quindío, Risaralda y Caldas). Fotografía: Cenicaña
El Centro trabaja en la medición del agua de imbibición para mejorar el proceso de extracción y uso del recurso en las fábricas.
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Logros y contribuciones •
Desarrollos e investigaciones adelantados por Cenicaña han contribuido a que el sector azucarero de Colombia se ubique en el primer lugar de productividad de azúcar en el mundo, con más de 14 toneladas de azúcar por hectárea al año. •
Gracias a su rendimiento y productividad, en el 2012 el 89.4% del área destinada al cultivo de caña de azúcar en el valle del río Cauca estaba sembrada con variedades Cenicaña Colombia (CC).
Fotografía: Cenicaña Cenicaña realiza pruebas de manejo de aguas para la implementación de tecnologías de riego y drenaje.
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Diseño de sistemas de información y herramientas para apoyar el enfoque de agricultura específica por sitio en la agroindustria de la caña de azúcar. Las herramientas desarrolladas facilitan la caracterización de condiciones específicas del cultivo en cada sitio y momento, para hacer recomendaciones de manejo y obtener información sobre su comportamiento productivo. •
Fotografía: Cenicaña
Desarrollo y adaptación de tecnologías de riego para hacer un manejo más eficiente del agua. Gracias a estos desarrollos, los productores de caña han disminuido el número de riegos hasta en 50%, apoyando así, el compromiso del sector en la adopción de prácticas sostenibles del cultivo.
Variedad CC 01-1940, seleccionada para las zonas húmedas de la parte plana del valle del río Cauca.
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Investigaciones realizadas con el apoyo de la industria han contribuido a una disminución en las pérdidas de sacarosa y al mejoramiento de la generación y uso de energía térmica y eléctrica en las fábricas. •
Desarrollo de software para balances de materia y energía que facilita la evaluación de la gestión fabril y es una herramienta útil para evaluar escenarios de inversión.
Ubicación y contacto La Estación Experimental de Cenicaña está ubicada en el corregimiento de San Antonio de los Caballeros, en el municipio de Florida, Valle del Cauca, a una hora de la ciudad de Cali.
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Fotografía: Cenicaña Día de campo sobre tecnologías de riego con productores de caña.
Mayor información sobre programas, servicios y atención de visitantes en la página web www.cenicana.org
Fotografía: Cenicaña Calibración radiométrica de la cámara multiespectral utilizada por Cenicaña para la toma de imágenes del valle del río Cauca con mejor resolución espacial.
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Innovación en la fabricación de cuchillas para mayor rendimiento y menor costo en el corte mecanizado de la caña Lyda Cielo Pantoja1 El sector azucarero se encuentra en constante progreso en América Latina. En Colombia este desarrollo ha sido liderado siempre por la industria vallecaucana, que ahora produce no solo azúcar sino también alcohol a partir de la caña. El crecimiento conjunto de estos mercados se suma a un mayor crecimiento del cultivo de la caña y, es aquí donde la cosecha mecanizada se convierte en un proceso importante para lograr la competitividad necesaria. Como contribución al logro de un alto nivel de eficiencia en la cosecha de la caña, la Organización Hércules, empresa vallecaucana, está investigando las características que deben tener las cuchillas utilizadas en las máquinas de corte, para lograr mayor rendimiento en la operación y mejor calidad del corte, considerando las exigencias del cultivo en cuanto a variedades, condiciones del terreno, velocidad del equipo, tratamiento de la cepa, paso de material no productivo y duración del montaje de cuchillas base y trozadoras o picadoras. La investigación se orientó al desarrollo de productos mediante exploración, pruebas, ensayos, innovación y ‘Benchmarking’ para el desarrollo del producto, materiales y procesos, involucrando en este desarrollo el estudio del estado del arte, las propiedades de los productos existentes, como la microestructura, propiedades físico–mecánicas, el desgaste y la energía requerida durante el corte y picado de la caña de azúcar cultivada en la región, con el propósito de adquirir información útil para el desarrollo del producto. (Foto 1).
1. Directora de Calidad Organización Hércules. Ingeniera Industrial de la Universidad Javeriana Cali. Ingeniera Mecánica de la Universidad Autónoma de Occidente. M.Eng de la Universidad del Valle.
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energía de impacto se evaluó usando un péndulo Charpy, en el cual la herramienta convencional impacta la muestra del material. El desempeño de las cuchillas se evaluó mediante el análisis en campo, diseñando un experimento donde se evaluó un universo que cubre las necesidades particulares de diversos ingenios, terrenos, variedades de caña y otros atributos propios de cada prueba para determinar la durabilidad y la calidad de corte, y de los elementos en número de horas en correlación con la materia extraña.
Foto 1. Ilustración de la operación de la cuchilla trozadora
En el proceso de investigación y desarrollo, además de contar con bibliografía, análisis de productos similares, resultados de pruebas y ensayos de laboratorio, se analizó el desempeño de las cuchillas en varios procesos, primero de simulación y luego de campo, con productos manufacturados por la organización para los ensayos en diversas opciones de materiales, con variaciones en la geometría y tratamientos térmicos en los dos tipos de cuchillas: base y picadora. Las labores de caracterización física se soportaron con software de diseño y métodos de análisis de elementos finitos (FEM) que permitieron determinar los aspectos críticos en funcionamiento (Foto 2). La caracterización microestructural de los materiales se apoyó en las técnicas de microscopía óptica, las propiedades físico mecánicas se determinaron adaptando algunas normas SAE y ASTM para metales, mientras que la
Finalmente, para lograr un producto de excelente calidad y con valor agregado, el proceso concluyente para el desarrollo del producto incluyó la búsqueda de los materiales ideales, la determinación de procesos metalmecánicos, térmicos y la retroalimentación de nuestros clientes en la búsqueda del mejoramiento continuo.
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El acero, como todos los materiales, tiene propiedades mecánicas que en este caso interesan, como son las resistencias a la fluencia y la fractura (Figura 1), cuya obtención parte de la calidad intrínseca del acero que ha de ser tratado térmicamente para obtener las propiedades deseadas en el producto final. Fuerza F=F máx F=F fluencia
Zona plástica Ruptura Zona elástica
Desplazamiento Celda de carga
Mordazas
Probeta
Cabezal móvil
Búsqueda de la materia prima El material utilizado en los elementos de corte es de gran importancia, y las propiedades mecánicas del producto final dependen en gran parte de la calidad del proceso de manufactura del fabricante de acero.
Figura 1. Curva de esfuerzo de deformación de materiales.
Foto 2. Ilustración de uso del software FEM. Cortadora base.
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Se realizaron pruebas en laboratorio analizando cuchillas en diversos tipos de acero en aleaciones al cromo, vanadio y otras que mejoran propiedades como la resistencia a la abrasión o al desgaste e impacto. Al final el estudio se identificó una de las aleaciones con mejor desempeño en todas las etapas de fabricación, ensayos de laboratorio y pruebas de campo.
Búsqueda de la geometría ideal En la investigación se encontró conveniente modificar algunos detalles en la forma de las cuchillas de base, para eliminar puntos de concentración de esfuerzos y evitar su temprano deterioro. Asimismo, se comprobó la necesidad de asegurar
total repetitividad en su proceso de fabricación para que la geometría crítica de afilados y áreas de alivio sea siempre la misma, condición que obliga a utilizar equipos de mecanizado con control numérico. La tecnología CNC juega un papel importante para este proceso, ya que ambos tipos de cuchilla (Foto 3) tienen exigencias particulares que deben mantenerse para asegurar la calidad del corte, donde el filo de cada una es crucial para el resultado en los indicadores de la operación de cosecha. Por tal motivo, el estudio del ángulo de bisel es otro factor definitivo en el desarrollo del producto, y
Plano
Tipo sable
Escandinavo
el filo adoptado es objeto de control en la manufactura de las cuchillas.
Búsqueda del tratamiento térmico adecuado Los tratamientos térmicos tienen por objeto mejorar las propiedades y las características de los materiales. Consisten en calentar y mantener las piezas o herramientas a temperaturas adecuadas durante cierto tiempo y enfriarlas luego en condiciones convenientes. De esta forma, se modifica la estructura microscópica de los materiales y se verifican las
Cóncavo
Convexo
Foto 3. Arriba: Tipos de filo para elementos de corte. Abajo: Cuchillas para la cosecha: Picador y Base.
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transformaciones físicas. El tiempo y la temperatura son los factores principales y deben ser previamente fijados de acuerdo con la composición del metal, la forma, el tamaño de las piezas y las características que se desea obtener. Los cambios en la estructura cristalina durante un tratamiento térmico son varios, lo importante dentro de este proceso es obtener la microestructura deseada de forma homogénea para lograr un producto que tenga resistencia al impacto y al desgaste (Figura 2). Utilizando tratamientos térmicos se selecciona el tratamiento adecuado y se emplea tecnología de punta para asegurar un alto desempeño en las cuchillas. La innovación introducida en el proceso de fabricación de cuchillas ha dado hasta ahora excelentes resultados. Actualmente es posible ofrecer un producto de talla mundial y para ello se han realizado las inversiones necesarias con el fin de garantizar procesos estandarizados basados en el mejoramiento con-
Temp
Temp de tratamiento térmico
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tinuo, ajustado a las necesidades cambiantes del mercado, aportando con valor agregado al desarrollo de los objetivos de nuestros clientes: garantizar un excelente rendimiento en el corte mecanizado de caña de azúcar.
Muñiz G, A. Conde, B.J. Fernández, R. Varela, I. García, J Damborenea. 2003. Tratamiento térmico con láser de cuchillas de acero para uso agrícola. Revista de Metalurgia de Madrid Consejo Superior de Investigaciones Científicas.
Bibliografía consultada
W.G. Hunter, J.S. Hunter Ed. Reverté S.A. Barcelona. 1989. Estadística para experimentadores.
Fernando Casanova y Yesid Aguilar. 2007. A study on the wear of sugar cane rolls. Revista Sciencedirect (Elsevier). José Marulanda y Alberto Zapata., 2009. Construccion de una máquina para ensayo en desgaste abrasivo. Publicado en Scientia et Technica Año XV, No 41 Universidad Tecnológica de Pereira. Hugo Gonzáles, Wilmer Pérez, Maria Luisa Anaya. 2007. Resistencia al desgaste de cuchillas de arados rotativos en operación en suelos tropicales. Publicado en Scientia et Technica, Universidad Tecnológica de Pereira.
H. Appold, K. Feiler, A. Reinhard, P. Schmidt. Tecnología de los metales para profesiones técnico-mecánicas. Editorial Reverté Barcelona España. Hugo Alberto González Sánchez; Alejandro Toro Betancur; Fernando Álvarez Mejía; Elkin Alonso Cortés Marín. 2008. Correlación entre propiedades anatómicas, resistencia a flexión estática y energía requerida para el corte de la caña de azúcar. Publicación Facultad Nacional de Agronomía, Medellín.
1ra etapa: Calentamiento 2da etapa: Mantenimiento a temperatura 3ra estapa: Enfriamiento
Tiempo 1ra estapa
2da estapa
3ra estapa
Figura 2. Estructuras cristalinas de los materiales (cúbica, centrada en la cara, tetragonal centrada en el cuerpo, cúbica centrada en el cuerpo).
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Revista Tecnica単a No. 31, Junio de 2013
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No.31 / Junio de 2013 ISSN 0123-0409
Dise帽o de campo, adecuaci贸n de tierras y obras de control de inundaciones Septiembre de 2013 Cali, Colombia