DIAGNOSTICO TÉCNICO Y ECONÓMICO DE LOS SISTEMAS ACTUALES

DE ASPERSIÓN TIPO CAÑON, EN CAÑA DE AZÚCAR;

CORPORACIÓN SAN DIEGO S. A., ESCUINTLA

SEDE REGIONAL DE ESCUINTLA

ESCUINTLA, NOVIEMBRE DE 2013

EDY ABEL AIFÁN SANTOS

CARNET 20821-01

TESIS DE GRADO

LICENCIATURA EN CIENCIAS AGRÍCOLAS CON ÉNFASIS EN CULTIVOS TROPICALES

FACULTAD DE CIENCIAS AMBIENTALES Y AGRÍCOLAS

UNIVERSIDAD RAFAEL LANDÍVAR

CIENCIAS AMBIENTALES Y AGRÍCOLAS

TRABAJO PRESENTADO AL CONSEJO DE LA FACULTAD DE

DIAGNOSTICO TÉCNICO Y ECONÓMICO DE LOS SISTEMAS ACTUALES

DE ASPERSIÓN TIPO CAÑON, EN CAÑA DE AZÚCAR;

CORPORACIÓN SAN DIEGO S. A., ESCUINTLA

EL TÍTULO DE INGENIERO AGRÓNOMO CON ÉNFASIS EN CULTIVOS TROPICALES EN EL GRADO ACADÉMICO DE LICENCIADO

PREVIO A CONFERÍRSELE

ESCUINTLA, NOVIEMBRE DE 2013

SEDE REGIONAL DE ESCUINTLA

EDY ABEL AIFÁN SANTOS

POR

TESIS DE GRADO

UNIVERSIDAD RAFAEL LANDÍVAR

FACULTAD DE CIENCIAS AMBIENTALES Y AGRÍCOLAS

LICENCIATURA EN CIENCIAS AGRÍCOLAS CON ÉNFASIS EN CULTIVOS TROPICALES

DR. CARLOS RAFAEL CABARRÚS PELLECER, S. J.

DRA. MARTA LUCRECIA MÉNDEZ GONZÁLEZ DE PENEDO

DR. EDUARDO VALDÉS BARRÍA, S. J.

LIC. ARIEL RIVERA IRÍAS

LIC. FABIOLA DE LA LUZ PADILLA BELTRANENA DE LORENZANA

SECRETARIA GENERAL:

VICERRECTOR ADMINISTRATIVO:

VICERRECTOR DE INTEGRACIÓN UNIVERSITARIA:

VICERRECTOR DE INVESTIGACIÓN Y PROYECCIÓN:

P. ROLANDO ENRIQUE ALVARADO LÓPEZ, S. J.

VICERRECTORA ACADÉMICA:

RECTOR:

AUTORIDADES DE LA UNIVERSIDAD RAFAEL LANDÍVAR

AUTORIDADES DE LA FACULTAD DE CIENCIAS AMBIENTALES Y AGRÍCOLAS

DECANO: DR. ADOLFO OTTONIEL MONTERROSO RIVAS

VICEDECANO: ING. MIGUEL EDUARDO GARCÍA TURNIL

SECRETARIA: ING. REGINA CASTAÑEDA FUENTES

DIRECTOR DE CARRERA: ING. LUIS FELIPE CALDERÓN BRAN

TERNA QUE PRACTICÓ LA EVALUACIÓN

NOMBRE DEL ASESOR DE TRABAJO DE GRADUACIÓN

LIC. DAVID HAROLDO JUÁREZ QUIN

MGTR. LUIS AMÉRICO MÁRQUEZ HERNÁNDEZ

ING. GUSTAVO ADOLFO MÉNDEZ GÓMEZ

ING. RUDY OSBERTO CABRERA CRUZ

Escuintla, 25 de septiembre de 2013. Honorable Consejo

Faculta de Ciencias Ambientales y Agrícolas

Presente.

Distinguidos Miembros del Consejo:

Por este medio hago constar que estoy de acuerdo con los cambios establecidos por la terna revisora en el Informe Final de Tesis del estudiante Edy Abel Aifan Santos, que se identifica con carné 20821-01, titulado, DIAGNOSTICO TECNICO Y ECONOMICO DE LOS SISTEMAS ACTUALES DE ASPERSION TIPO CAÑON, EN CAÑA DE AZUCAR; CORPORACION SAN DIEGO S.A. ESCUINTLA el cual considero que cumple con los requisitos establecidos por la Facultad para proceder a la defensa privada.

Atentamente,

AGRADECIMIENTOS A mi asesor Ing. Agr. M. Sc. David Juárez Quim por su valiosa asesoría, revisión y corrección de la presente investigación. A la Corporación San Diego, por permitirme terminar la carrera universitaria y realizar mi trabajo de investigación. A mi esposa por apoyarme en la edición de la presente tesis. A Porfirio Paredes, Reyes Mateo y Alfonso Rivera por su apoyo en las evaluaciones de campo.

DEDICATORIA

A Dios: Por haberme dado la vida y permitirme llegar hasta este momento

tan importante de mi formación profesional. Y por su infinita bondad y amor.

Mis Padres: José Abel Aifan Yupe y Marta Santos de Aifan Mi Esposa: Wendy Yolanda Morales Quiroa Mis Hijos: Abel Antonio, Maria Renée, Astrid Lily y Andrea Michelle Mis hermanos: Nevil, Mara, Lilian, Gerson, Ingrid, Osiel y Jakeline Mis sobrinos: Oshin, Katerine, Nevil, Hazari, Alan, Mayerli, Mélani, Nuryan,

Galilea, Diego, Emily, Mariané y Karin Mi patria: Guatemala Universidad: Rafael Landivar

INDICE GENERAL

RESUMEN i

SUMMARY ii

I. INTRODUCCION 1

II. MARCO TEORICO 3

2.1 Importancia del cultivo de la caña de azúcar 3

2.2 Taxonomía de la caña de azúcar 4

2.2.1 Morfología de la caña de azúcar 4

2.2.2 Fenología de la caña de azúcar 6

2.2.3 Requerimientos climáticos y edáficos 6

2.2.4 Necesidades hídricas de acuerdo con el estado de desarrollo en la caña de azúcar 7 2.2.5 Consumo de agua de la caña de azúcar 10

2.2.6 Curva del coeficiente de crecimiento del cultivo (Kc) 11

2.2.7 Demanda de agua del cultivo (ETo) 12

2.2.8 Efectos en el rendimiento relativo de caña de azúcar por uniformidad de riego 12

2.3 Aspectos históricos del riego 13

2.4 Relación suelo planta ambiente 14

2.4.1 Disponibilidad de agua en el suelo 15

2.5 Uniformidad de riego 16

2.5.1 Uniformidad de distribución (UD) 17

2.5.2 Coeficiente de Uniformidad de Christiansen 17

2.6 Sistemas de riego utilizados en el cultivo de la caña 18

2.7 Evaluación técnica de riego por aspersión 22

2.8 Evaluación económica 23

2.9 Evaluación financiera 23

2.9.1 Indicadores financieros 24

III. JUSTIFICACION 28

3.1 Definición del problema y justificación 28

IV. OBJETIVOS 29

4.1 Objetivo general 29

4.2 Objetivos específicos 29

V. METODOLOGIA 30

5.1 Localización 30

5.2 Clima y Suelo 30

5.3 Sujetos de análisis 31

5.4 Tipo de investigación 31

5.5 Instrumento 32

5.5.1 Metodología 32

5.5.2 Equipo y materiales 32

5.6 Procedimientos 33

5.6.1 Aspecto técnico 33

5.6.1.1 Muestreo de suelos 33

5.6.1.2 Velocidad de infiltración 34

5.6.1.3 Disponibilidad de la fuente de agua 35

5.6.1.4 Determinación de la lámina bruta y caudal total del sistema de riego por aspersión 37 5.6.1.5 Determinación de la intensidad de aplicación de riego 37

5.6.1.6 Evaluación Uniformidad de Distribución de riego (UD) 38

5.6.1.7 Cálculo de la demanda de agua de la caña de azúcar 40

5.6.1.8 Curva del coeficiente de crecimiento del cultivo (Kc) 41

5.6.1.9 Cálculo de la carga hidráulica del proyecto 42

5.6.1.10 Evaluación y cálculo de la unidad de bombeo 44

5.6.2 Aspecto económico 45

5.6.2.1 Evaluación económica del proyecto de riego en finca María Laura 45

5.6.3 Variables de respuestas 48

5.6.4 Indicadores 49

VI. RESULTADOS Y DISCUSIONES 50

6.1 Aspecto técnico 50

6.1.1 Lámina de riego aplicada, frecuencia y tasa de aplicación de agua por día 50 6.1.2 Demanda de agua del cultivo en la localidad de la finca María Laura en el municipio de Iztapa, Escuintla 51

6.1.3 Determinación de la frecuencia de riego de diseño 52

6.1.4 Uniformidad de Distribución 56

6.1.5 Carga dinámica total y unidad de bombeo 61

6.2 Aspecto económico 63

6.2.1 Evaluación económica 63

6.2.1.1 Inversión inicial 64

6.2.1.2 Costos de producción y utilidades del cultivo 64

6.2.1.3 Costos de operación 65

6.2.1.4 Egresos 66

6.2.1.5 Ingresos y ahorros por la implementación de riego 67

6.2.1.6 Indicadores financieros 67

VII. CONCLUSIONES 74

VIII. RECOMENDACIONES 76

IX. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 77

X. ANEXOS 79

INDICE DE CUADROS

CUADRO PAGINA

1 Análisis de suelos realizados en el laboratorio agronómico de

CENGICAÑA 34

2 Mediciones realizadas en campo abierto 37

3 Promedio de evapotranspiración mensual (CENGICAÑA) 41

4 Datos para determinar las pérdidas por fricción en el lateral crítico 43

5 Demanda de agua del cultivo por día 51

6 Cálculo de factores hidráulicos para determinar la carga requerida en la entrada del lateral 61

7 Cálculo de factores hidráulicos para determinar la eficiencia y CDT del sistema de riego 62 8 Bomba y motor del sistema de riego evaluado 62

9 Unidad de bombeo para el sistema de riego por aspersión tipo cañón 63

10 Costos de inversión inicial 64

11 Producción de caña por hectárea 65

12 Detalle de costos de operación por hectárea riego en el sistema de riego por aspersión 65

13 Egresos por implementación de riego en el proyecto de riego por aspersión en la finca María Laura por año 66

14 Ingresos obtenidos por implementar riego en el proyecto de riego por aspersión 67

15 Flujo de caja para el cálculo de indicadores financieros 68 16 Cálculo de valor presente neto de la operación actual del proyecto de riego evaluado 68

17 Cálculo del Valor Presente Neto con el factor de actualización de 10% con las modificaciones propuestas para el proyecto de riego por aspersión en la finca María Laura Iztapa, Escuintla 69

18 Cálculo de Valor Presente Neto con el factor a de actualización del 33% para el cálculo de la Tasa Interna de Retorno, para el proyecto de riego en la finca María Laura Iztapa, Escuintla 70

19 Cálculo de relación Beneficio Costo de la producción de caña bajo riego con un sistema de riego por aspersión tipo cañón en un área de 100 has en finca María Laura Corporación San Diego S.A. 71 20 Cálculo del periodo de recuperación de la inversión en el sistema de riego por aspersión en finca María Laura Corporación San Diego S.A. 72

21 Resumen de los indicadores financieros de acuerdo al rediseño del proyecto de riego y costos de operación 73

INDICE DE FIGURAS

FIGURA PAGINA

1 Rangos típicos esperados del valor de Kc para las cuatro etapas del crecimiento 11

2 Ubicación del proyecto de riego en la finca María Laura 31

3 Muestras de suelo para análisis en el laboratorio de suelos de CENGICAÑA 34

4 Instalación de cilindros de aluminio para evaluación de la velocidad de Infiltración 35

5 Limpieza del pozo antes del aforo 35

6 Esquema del diseño del pozo 36

7 Aforo escalonado del pozo en 24 horas continuas 36

8 Colocación de pluviómetros para la prueba de pluviometría de riego por aspersión 38

9 Medición del volumen recogido en los pluviómetros 39

10 Medición del caudal en aspersores marca Nelson y modelo F-100 39

11 Evapotranspiración Potencial, Estación meteorológica de CENGICAÑA en la finca Amazonas de ingenio Santa Ana 41

12 Curva del coeficiente de crecimiento de la caña de azúcar en

Guatemala 42

13 Demanda de agua por día de la caña de azúcar en el periodo de riego 09-10 en la finca María Laura 52

14 Comparativo de la frecuencia de riego calculada vrs frecuencia actual 54

15 Demanda de agua del cultivo por mes 54

16 Curva de infiltración básica, proyecto de riego por aspersión en finca María Laura 55

17 Resultados de la evaluación de pluviometría y cálculo de mm de lluvia 57

18 Valores ordenados y desviaciones en relación a la media de la prueba pluviometría 58

19 Uniformidad de distribución deficiente y riego insuficiente en algunas

zonas del campo 59

20 Representación grafica del periodo de recuperación del capital invertido en el proyecto de riego por aspersión tipo cañón en finca María Laura, Corporación San Diego S.A. 72

i

DIAGNOSTICO TÉCNICO Y ECONÓMICO DE LOS SISTEMAS ACTUALES DE ASPERSIÓN TIPO CAÑON, EN CAÑA DE AZÚCAR; CORPORACIÓN SAN DIEGO

S.A. ESCUINTLA

RESUMEN El objetivo del estudio fue diagnosticar la situación económica y técnica de los sistemas de aspersión tipo cañón en la caña de azúcar (Saccharum officinarum. Poaceae), mediante la evaluación de campo, análisis económico y financiero. Se evaluó el sistema de riego semi fijo tipo cañón. La investigación se realizó en la finca María Laura, ubicada en el municipio de Iztapa, Escuintla. Las variables de respuesta fueron: uniformidad de distribución, la lámina diaria aplicada, demanda de agua del cultivo de la caña de azúcar, disponibilidad en la fuente, potencia requerida de la bomba y motor de la unidad de bombeo, costo de riego por milímetro aplicado, rentabilidad económica actual del sistema de riego por aspersión. Los resultados obtenidos mostraron que la distancia entre aspersores no es la adecuada ya que se tiene un 72% de uniformidad de distribución lo que se traduce como una eficiencia baja ya que el mínimo aceptable es de 80%. La unidad de bombeo está sobredimensionada de acuerdo a los cálculos hidráulicos. Se pudo determinar que el alto costo de operación es por el alto consumo de combustible, sistema de pago de la mano de obra y por el movimiento de tubería de la línea central. En el análisis financiero se obtuvo un VAN de – 3,326 lo que indica es que no es rentable el sistema de riego por aspersión.

ii

TECHNICAL AND ECONOMIC DIAGNOSIS OF THE CURRENT CANYON TYPE SPRAYING SYSTEMS IN SUGAR CANE, SAN DIEGO S.A. CORPORATION,

ESCUINTLA

SUMMARY

The objective of this study was to diagnose the economic and technical status of the canyon type spraying systems in sugar cane (Saccharum officinarum, Poaceae), through field evaluation and economic and financial analyses. The semi-fixed, canyon type irrigation system was evaluated. The research was carried out in María Laura farm, located in the municipality of Iztapa, Escuintla. The response variables were: distribution uniformity, daily film applied, water required by sugar cane, availability of the source, power required for the pump and motor of the pumping system, irrigation cost per applied millimeter, and current economic profitability of the spray irrigation system. The results obtained showed that the distance among sprayers is not appropriate because there is a distribution uniformity of 72%, having a low efficiency since the minimum accepted is 80%. The pumping unit is overdimensionalized according to the hydraulic estimations. It was determined that high operating costs are due to high fuel consumption, the labor payment system and piping movement from the central line. An NPV of 3,326 was obtained in the financial analysis, which indicates that the spray irrigation system is not profitable.

1

I. INTRODUCCION

El utilizar apropiadamente los recursos disponibles en toda empresa es de vital

importancia para hacer eficiente una operación y obtener así una mejor rentabilidad en

los sistemas de producción en finca.

En la actualidad es de igual preocupación el buen manejo y sostenibilidad de los

recursos naturales, siendo el agua un recurso que se encuentra en una condición

crítica, debido al deterioro en su calidad y su escasa disponibilidad. Debido a esto

surge la necesidad de mejorar el manejo y el diseño de los sistemas de riego. Dentro

de los sistemas presurizados el riego por aspersión cumple con una reposición

oportuna y eficiente del agua, lo que se traduce en un buen rendimiento del cultivo.

El sistema de riego por aspersión es una técnica de riego donde el agua es aplicada en

forma de lluvia sobre la superficie a regar, distribuyéndose en forma aérea, mediante

chorros de agua que producen un círculo de suelo humedecido por el ángulo de giro de

cada aspersor (Barrientos, 1999; Jara & Holzapfel, 2007). Este método de riego es

empleado en diversos cultivos, y bajo diferentes condiciones de suelo y topografía. En

general tiene alta eficiencia; sin embargo, sus costos de implementación y operación

son elevados.

Ningún sistema de riego es capaz de aplicar agua con perfecta uniformidad. En

general el aumento de la uniformidad de distribución del agua requiere inversiones en

el sistema, mantenimiento y mano de obra para el manejo racional de riego. Para un

determinado sistema de riego por aspersión, un aumento de la uniformidad de

aplicación es posible incrementando los costos en capital y operación; por lo que, con

base en el aspecto económico ciertos niveles de uniformidad son aceptables para cada

tipo de riego. Sin embargo, la eficiencia del riego por aspersión no pasa sólo por una

buena aplicación del agua sino también por un correcto diseño, es decir, en la

2

selección adecuada de sus principales componentes como son las tuberías, motor y

bomba y en la elección de un aspersor, actualmente sólo son considerados como

parámetros para su selección la velocidad de aplicación, tomando como base la

velocidad de infiltración del suelo y su patrón de distribución.

Por lo expuesto, el objetivo de estudiar los aspectos técnico-económicos considerados

en la presente investigación se basó en determinar las condiciones actuales de

operación del proyecto de riego en finca María Laura con un área de 100 hectáreas.

El alcance del presente trabajo fue evaluar: Demanda de agua del cultivo de caña de

azúcar, eficiencia del motor, bomba, tubería y accesorios, además de evaluar la

uniformidad de riego, frecuencia y lámina aplicada.

3

II. MARCO TEORICO

La zona cañera de la costa sur de Guatemala se encuentra ubicada entre las

coordenadas geográficas 91°50’00” – 90°10’00” Longitud Oeste y 14°33’00” –

13°50’00” Latitud Norte. Lo cual abarca los departamentos de Retalhuleu,

Suchitepéquez, Escuintla, Santa Rosa y actualmente se está expandiendo hacia el

departamento de Jutiapa.

La zona cañera se encuentra en las cuencas de los ríos: Ocosito, Samalá, Sis-Icán,

Nahualate, Madre Vieja, Coyolate, Acomé Achiguate, María Linda, Paso Hondo, Los

Esclavos y la Paz; las cuales se originan en la parte alta de la zona y desembocan en

el océano Pacífico (CENGICAÑA 1996).

2.1 Importancia del cultivo de la caña de azúcar

La producción de azúcar es una actividad de impacto social y económico en

Guatemala. Genera empleo para 60,000 personas, beneficiando directamente a

250,000. Las exportaciones de azúcar permiten el ingreso de divisas al país, por

ejemplo en el 2003 ingresaron US$ 316.4 millones por exportaciones de azúcar y

melaza, además la caña provee subproductos como energía eléctrica, papel, abono,

alcohol, levadura, entre otros. En Guatemala se tiene un área cultivada de 180,000

hectáreas con caña de azúcar (CAÑAMIP 2000).

El incremento en la exportación ha colocado al azúcar como el segundo renglón más

importante de la economía del país en cuanto a la generación de divisas se refiere. En

el 2003 el azúcar y la melaza representaron el 7.90 % de las exportaciones totales del

país. La zafra 2002-2003 representó entre el 3.0 % del Producto Interno Bruto de

Guatemala y en la zafra 1998-99, generó hasta 148 MW de potencia al sistema

nacional, contribuyendo con más del 20 % de la energía eléctrica total del país

(AZASGUA, 2003).

4

2.2. TAXONOMIA DE LA CAÑA DE AZUCAR

Victoria, Guzman y Ange (1995), indican que la caña de azúcar forma parte de la

familia de las poáceas del género Saccharum, donde tiene 6 especies, de las cuales 4

son domesticadas y 2 silvestres. Las domesticadas corresponden a S. edule, S.

barberi, S. sinensi y S. officinarum; las silvestres S. spontenaum y S. robustum. La

especie S. officinarum es la que se siembra comercialmente y se deduce que fue

domesticada a partir de la S. robustum.

2.2.1 Morfología de la caña de azúcar

De acuerdo a Subiros (2000) la caña de azúcar es una gramínea perenne de no muy

larga vida (10 a 12 años). Crece en todas las áreas tropicales y subtropicales del

mundo, se cultiva principalmente para la obtención de azúcar. También manifiesta que

sus principales partes son:

La raíz

La función principal del sistema radicular es la de absorber agua y sales minerales,

proporcionar anclaje y almacenar materiales de reserva. La raíz está ubicada en el

embrión. Las raíces que se originan en el tallo, en la banda de raíces (zona cercana al

entrenudo), son adventicias que pueden ser a su vez primordiales y permanentes.

Raíces primordiales

Se forman a partir de los primordios radicales que se ubican en la banda de raíces; son

delgadas y ramificadas; su duración es efímera. Tienen la función de absorber agua y

sales minerales para que la yema se desarrolle. Una vez que la yema ha germinado y

comienza el proceso de macollamiento, son sustituidas por las raíces permanentes.

Raíces permanentes.

Estas son las que brotan cuando se desarrollan los tallos nuevos, como consecuencia

del macollamiento. Son de mayor diámetro, más numerosas y largas. Su número

aumenta de acuerdo con el desarrollo del resto de la planta.

5

El Tallo

Es el órgano de mayor importancia (desde el punto de vista económico), debido a que

en él se almacenan los carbohidratos producto de la fotosíntesis de la planta.

Posteriormente, por medio del proceso industrial se obtienen la sacarosa y otros

derivados como la melaza, bagazo y cachaza. El tallo se forma en el momento de

germinar las yemas. Entonces se produce un primer eje (tallo primario) con sus

respectivos nudos y entrenudos. Del tallo primario, a su vez, germinan yemas básales

que producen nuevos brotes denominados tallos secundarios; de estos brotan más

yemas básales y se originan los tallos terciarios y así sucesivamente, hasta constituir

una aglomeración o macollamiento. Los tallos están formados por nudos

y entrenudos. En cada nudo está inserta una hoja, las hojas están distribuidas en forma

alterna, en cuya axila se encuentra la yema. En el extremo distal del tallo se halla el

meristemo apical.

La Hoja

La hoja es un órgano especializado cuya principal función es la de llevar a cabo la

fotosíntesis, que es el proceso mediante el cual los cloroplastos convierten la energía

lumínica en energía química. También las hojas cumplen un papel importante en el

proceso de la respiración celular, en la transpiración y en el intercambio gaseoso. El

proceso inverso, conocido como respiración, es el gasto de la energía almacenada, que

la planta utiliza para llevar a cabo diferentes procesos metabólicos.

La lámina foliar de la caña de azúcar es ligeramente asimétrica; en ella se encuentran

los estomas, que son células especializadas de la epidermis, constan de dos células

oclusivas y un poro entre ellas. Por medio de esta estructura se realiza el intercambio

gaseoso con el medio ambiente; el número es mayor en la cara abaxial (envés) que en

la ad axial (haz).

6

La Flor

Cuando se presenta una serie de condiciones fisiológicas (edad, nutrición) y

ambientales (foto periodo, temperatura, humedad), se producen cambios a nivel de

meristemo; así se modifica el patrón de crecimiento vegetativo (producción de tallos y

hojas) y reproductivo (inflorescencia). La formación de nuevo tejido vegetativo se

paraliza, pero el alargamiento de los últimos entrenudos continúa. Luego aparece un

tipo especial de hoja (hoja bandera), cuyas láminas son angostas y alargadas, lo que

indica que la inflorescencia pronto emergerá. La inflorescencia es una panícula abierta,

cuya forma, color, tamaño y ramificación depende de la variedad. Esta formada por un

eje o raquis principal que a su vez se divide en ejes secundarios y terciarios. En los

ejes se ubican las espiguillas en pares, unidas por un pedicelo con una sola flor. Las

flores son hermafroditas, a veces auto estéril.

2.2.2 Fenología de la caña de azúcar

Castro (2005) indica que la caña de azúcar tiene cinco etapas fenológicas, siendo

estas; iniciación o establecimiento, macollamiento, elongación, maduración y floración.

La iniciación no es más que la siembra de los esquejes y su brotación o el rebrote de

las yemas después de la primera cosecha, este periodo normalmente tarda alrededor

de 30 días, siendo esta una etapa de mayor necesidad de agua, especialmente para

estimular el brote de las yemas.

La etapa de macollamiento dura aproximadamente 90 días y es cuando los surcos de

caña forman lo que se conoce como cepa o macolla, producto de la proliferación de

más tallos lo cual aumenta la densidad del cultivo, por lo que la demanda de agua

aumenta con respecto a la etapa inicial y se hace necesario un riego más constante.

La tercera etapa es conocida como elongación o rápido crecimiento, debido a que es

cuando los tallos de la caña forman los entrenudos como producto del incremento en la

actividad fotosintética y por ende la acumulación de sacarosa, por tal motivo la

7

demanda de agua aumenta aun mas que la etapa anterior. Esta etapa dura

aproximadamente 150 días.

La cuarta etapa es la maduración, la cual dura aproximadamente 60 días. Durante esta

etapa la caña desacelera su metabolismo por lo que la demanda de agua disminuye.

Finalmente la caña sufre la floración, etapa durante la cual la caña hace uso de las

reservas energéticas (sacarosa) acumuladas durante la elongación, por lo que la

demanda de agua es escasa.

2.2.3 Requerimientos climáticos y edáficos

Torres (1996), indica que la temperatura, la humedad y la luminosidad, son los

principales factores del clima que controlan el desarrollo de la caña, también indica que

La caña de azúcar es una planta tropical y se desarrolla mejor en lugares calientes (28

ºC) y asoleados. Cuando prevalecen temperaturas altas la caña de azúcar alcanza un

gran crecimiento vegetativo y bajo estas condiciones la fotosíntesis se desplaza, hacia

la producción de carbohidratos de alto peso molecular, como la celulosa y otras

materias que constituyen el follaje y el soporte fibroso del tallo.

Se tienen reportes que a bajas temperaturas todas las variedades de caña tienen una

menor eficiencia y más baja proporción de desarrollo. La caña de azúcar se cultiva con

éxito en la mayoría de suelos, estos deben contener materia orgánica y presentar buen

drenaje tanto externo como interno, se cultiva en un rango altitudinal que va desde el

nivel del mar (10-20 msnm) hasta los 800 msnm y su PH oscile entre 5.5 a 7.8 para su

optimo desarrollo.

2.2.4 Necesidades hídricas de acuerdo con el estado de desarrollo en la caña de

azúcar

Subirós (2000) indica que la magnitud de la pérdida de agua por evaporación del

cultivo, depende del estado de desarrollo en que se encuentre. Para fines de estudio

estas fases pueden dividirse en cuatro, cuyas principales características son:

8

a. Fase 1. Germinación

Comienza cuando el cultivo ha sido recien sembrado y aún no ocurre la emergencia o

cuando el retoño no ha emergido. El terreno puede estar limpio, sin malezas o con

cierta población de ellas.

Cuando la germinación coincide con la época de invierno no habrá mayor problema en

cuanto a la disponibilidad de agua. Por el contrario, si la siembre es hecha durante el

periodo de verano, la humedad del sueño debe asegurarse, porque no debe existir

faltante y ocurra así una germinación satisfacoria. Entre los 10 y 15 días después de la

germinación, se produce la emergencia de los tallo.

b. Fase 2. Macollamiento y cierre de la plantación

En esta fase la planta macolla (proliferación de tallos), desarrolla mayor cantidad de

follaje y comienza a cerrar. El incremento del área foliar permite a la planta aumentar

su capacidad para interceptar la radiación; a la vez, la evapotranspiración (ETo)

aumenta. Las raices se desarrolla en mayor número y profundizan más, lo que le

permite a la planta captar agua a mayor profundidad. Alrededor del 60% de las raices

se localizan en los primeros 20 centímetros y más del 85%, en los primeros 60

centímetros de profunidad.

Para fines de cálculo de riego, es común considerar la profundidad efectiva de las

raíces a 60 centímetros en plantaciones jóvenes y 100 centímetros en plantaciones

desarrolladas.

c. Fase 3. Periodo de rápido crecimiento o elongación

Durante esta fase, el cultivo experimenta un desarrollo vigoroso y completo y por lo

general, el porte permanece aún erecto. La planta experimenta una elevada tasa de

transpiración como consecuencia del aumento del área foliar. El aumento del área foliar

está en estrecha relación con la curva de evapotranspiración; por lo tanto, los

9

requerimientos de agua son elevados en comparación con las necesidades detectadas

en las dos fases anteriores.

En las fases anteriores, si por algún motivo se presentara un estrés de humedad

moderado, los efectos negativos que podrían ocasionar en el rendimiento final no

serían tan severos como en esta fase. Un criterio que se utiliza para conocer la

suplencia adecuada de agua en la planta, es determinando, la humedad en vainas 3-6,

la cual debe ser del 85%.

Por lo general, el déficit hídrico repercute más en la elongación del tallo que en la

extensión de las raíces. Bajo esta condición de estrés, la fotosíntesis y por lo tanto, la

acumulación de sacarosa, pueden ocurrir de manera elevada en el tallo.

d. Fase 4. Maduración

Como se ha indicado en las fases anteriores es indispensable un adecuado suministro

de agua para no afectar el desarrollo de la planta. En esta, por el contrario, se persigue

a propósito, reducir el nivel humedad en el suelo, para que los meristemos de los tallos

cesen el crecimiento vegetativo y se propicie la translocación y acumulación de

sacarosa en el tallo.

Esta fase se caracteriza por una reducción de la ETo. La pérdida de humedad se ha

estimado entre el 70 y el 90% de la Eo. En estados más avanzados, uno de los indicios

de que la caña se encuentra madura es la resequedad del follaje.

En cuanto a la demanda de agua en la caña de azúcar Castro (2005) indica que esta

varía como se dijo anteriormente de acuerdo a la etapa fonológica del cultivo, pero

también de acuerdo a la capacidad de retención del suelo y el periodo del año.

La zafra (cosecha de la caña de azúcar), se divide en tres tercios, cada uno de 2

meses aproximadamente para lo cual, reporta que el número de días de déficit hídrico

en siembras o cortes del primer tercio son de 165 días, de los cuales 45 coinciden con

la etapa de elongación. El segundo tercio los días de déficit hídrico se reducen a 120,

10

mientras que en los campos cosechados en el tercer tercio se registran 105 días con

déficit hídrico.

Martínez (1994), indica que para producir una tonelada de azúcar se necesitan 101

metros cúbicos de agua. La costa del pacifico del Guatemala, tiene un déficit de agua

para los cultivos de caña de azúcar en la época de noviembre a mediados de mayo

(48% del periodo vegetativo), época para la cual debe recurrirse al riego.

McGuire (1991), indica que en condiciones normales de cultivo por cada 10 mm de

agua usada por la caña de azúcar puede producirse alrededor de 1 tonelada, por lo que

para producir 100 (rendimiento aceptable), toneladas puede decirse que se necesitan

alrededor de 1000 mm de agua.

2.2.5 Consumo de agua de la caña de azúcar

Subirós (2000) indica que varios estudios en escala mundial indican que el consumo

diario de agua de la caña de azúcar oscila entre 4 mm (40 m³/ha/día), con valores

promedio de 8.5 mm; incluso se han llegado a determinar valores elevados de 15.7 mm

en Sudáfrica.

En evaluaciones realizadas en Cuba, se detectó que, en las condiciones de ese lugar,

el consumo fue de 3.2 mm/día durante los primeros 4 meses, entre los 4 y 9 meses de

5.1 mm/día y de los 9 a 12 meses, 2.9 mm/día.

Por otra parte, en Colombia se estimó que en caña planta fue de 2.7 mm a los 3 meses

(equivalente a valores de 0.65 de ETo) y de 3.6 mm a 3.8 mm a los 7 meses de edad.

Para la fase de mayor desarrollo y madurez, la Ept correspondió a valores de 0.90 de la

ETo; los valores en los retoños fueron mayores.

Es importante recalcar, de nuevo que el factor ambiental (temperatura, humedad

relativa, radiación solar y viento), el estado de desarrollo del cultivo, los requerimientos

particulares de la variedad, influyen de manera importante en las tasas de evaporación

11

diaria; pero además, este factor está relacionado con otros aspectos como la textura

del suelo e inclusive con la nutrición.

2.2.6 Curva del coeficiente de crecimiento del cultivo (Kc)

Esta curva representa los cambios del coeficiente del cultivo a lo largo de la temporada

de crecimiento del cultivo. La forma de la curva representa los cambios en la

vegetación y el grado de cobertura del suelo durante el desarrollo de la planta y la

maduración, los cuales afectan el cociente entre ETc y ETo. A partir de esta curva se

puede derivar el valor del coeficiente Kc, y en consecuencia el valor de ETc, para

cualquier período de la temporada de crecimiento.

Figura 1. Rangos típicos esperados del valor de Kc para las cuatro etapas del crecimiento. Fuente: Estudio FAO riego y drenaje 56

12

2.2.7 Demanda de agua del cultivo (ETo)

La cantidad de agua requerida para compensar la pérdida por evapotranspiración del

cultivo, se define como necesidades de agua del cultivo. A pesar de que los valores de

la evapotranspiración del cultivo y de las necesidades de agua del cultivo son

idénticos, sus definiciones conceptuales son diferentes. Las necesidades de agua del

cultivo se refieren a la cantidad de agua que necesita ser proporcionada como riego o

precipitación, mientras que la evapotranspiración del cultivo se refiere a la cantidad de

agua perdida a través de la transpiración y evaporación del agua en superficies libres.

La necesidad de riego básicamente representa la diferencia entre la necesidad de

agua del cultivo y la precipitación efectiva.

El método FAO Penman-Monteith se recomienda como el único método de

determinación de ETo con parámetros climáticos. Este método ha sido seleccionado

debido a que aproxima de una manera cercana la ETo de cualquier localidad evaluada,

tiene bases físicas sólidas e incorpora explícitamente parámetros fisiológicos y

aerodinámicos (Estudio FAO riego y drenaje 56).

Para llevar adelante cálculos diarios, semanales, de diez días o mensuales de ETo,

además de la localización del sitio, la ecuación FAO Penman-Monteith requiere datos

de temperatura del aire, humedad atmosférica, radiación y velocidad del viento. Es

importante verificar las unidades en las cuales se encuentran los datos climáticos.

2.2.8 Efectos en el rendimiento relativo de caña de azúcar por uniformidad de riego Meneses (2004) indica que en Guatemala la caña de azúcar es un cultivo que muestra

un incremento sostenido de la productividad, a pesar de presentar periodos de merma,

provocados por diferentes factores, tales como los precios del mercado (1984-1985,

1999-2000), la incidencia de enfermedades como la roya y el carbón (1983 – 84), entre

otros. Mientras que entre 1959 /1960, se producían 53.46 toneladas métricas por

hectárea, en el quinquenio 1995/2000, se produjeron 85.30 ton/ha.

13

Por aparte Osorio (2005), reporta que por cada riego de 50mm que se aplica con el

método de aspersión móvil en cañaverales se obtiene entre 6 y 8 ton/ha, teniéndose un

máximo de 7 riegos, ya que a partir del 8vo riego los incrementos son decrecientes y

antieconómicos.

2.3 Aspectos históricos del riego

Valverde (1998), indica que a través de la historia, se ha verificado que grandes

civilizaciones han florecido y decaído posteriormente, de acuerdo con la forma en que

han manejado la agricultura, entre otras cosas, la cual ha sido preferentemente

utilizando el riego.

Se sabe desde la época de los faraones en Egipto, así como Siria, Persia, India, Java,

Italia, España, México y Perú, existían numerosas obras de ingeniería para conducir el

agua a través de largos y difíciles trayectos, que permitían la producción de alimentos

para abastecer centros de población, cuyo resplandor era evidente en la medida que

tuvieran suficiente agua. Sin embargo, el ocaso empezaba cuando la aplicación de

prácticas inadecuadas principalmente sobre-riegos, provocaba el deterioro del suelo y

en forma indirecta, de las fuentes de agua.

Los españoles cuando llegaron a América y empezaron la colonización, quedaron

sorprendidos por la existencia de reservorios de agua y canales de conducción tanto en

México como en Perú, cuya construcción se había hecho miles de años atrás.

Se pueden enumerar cantidad de referencia a nivel mundial, que no hacen sino

enfatizar la importancia que ha tenido el riego y su influencia en el desarrollo de la

humanidad, lo que a su vez permite predecir con toda seguridad, que su futuro también

será muy importante.

Sin embargo, se presentó un momento histórico en casi todos esos lugares, en donde

por diversas circunstancias, las obras de riego fueron abandonas durante varios siglos,

14

hasta llegar a la época moderna en que volvió a presentarse un nuevo auge. En dichas

regiones, por el interés que mostraron algunos líderes políticos y la empresa privada,

de nuevo se rehabilitaron y construyeron numerosas áreas de riego con nueva

tecnología y un mejor aprovechamiento de los recursos tierra y agua.

De manera que, en la actualidad, el florecimiento de la actividad del riego con sus

grandes adelantos tecnológicos, será la piedra angular del desarrollo de la humanidad.

2.4 Relación Suelo planta ambiente

Subirós (2000) indica que es una condición de adecuada humedad en el suelo.

(Cuando este se encuentra a capacidad de campo), la raíces toman el agua sin

dificultad y la planta, en condiciones normales, se desarrolla satisfactoriamente. Desde

este punto de vista, el suelo debe ser visto como un lugar de almacenamiento de agua.

La capacidad que posee este para suplir agua a la planta está dada en función de la

profundidad del perfil y de sus características tales como la textura, el contenido de

materia orgánica, la conductividad hidráulica y conductividad capilar, los factores

ambientales responsables de la evaporación e incluso las prácticas del cultivo.

La capacidad de la planta para tomar el agua depende, además de los factores citados,

de la cantidad, distribución y capacidad de las raices para absorber en cada horizonte

del suelo (aspecto que está relacionado con la variedad).

El movimiento que experimenta el agua del suelo hacia las raíces y porteriormente, a la

atmosfera, ocurre de una manera termodinámicamente continua. Al deshidratarse las

células de las horas, mediante la transpiración, provocan una disminución del potencial

hídrico y se establece un gradiente de potencial entre las horas y el componente

“raíces y suelo”. Cuando el potencial hídrico en la superficie del sistema radicular es

menor, el agua se desplaza del suelo a la raíz y de esta al follaje. La intensidad con

que ocurre este fenómeno está dando por el gradiente de pontencial y por la resistencia

que encuentra el agua en su desplazamiento. Esto repercute en el desarrollo y por lo

15

tanto, en la producción de caña y sacarosa. Por ninguna razón conviene demorar

demasiado en el riego: una vez que se conoce debe realizarse; de lo contrario,

comienza a declinar la tasa de elongación del tallo.

A medida que la humedad se pierde por transpiración del follaje y evaporizanción de la

superficie del suelo (ETo), esta es retenida con mayor fuerza por las particulas del

suelo, aspecto que impide a la planta la absorción de agua, hasta un punto en que se

comienza a afectar su metabolismo.

La disponibilidad de agua en el suelo ha sido definida de varias maneras; sin embargo,

quizá una de las mas acertadas es la denominada como “humedad facilmente

aprovechable” ó “humedad total disponible”.

2.4.1 Disponibilidad de agua en el suelo

a. Lámina bruta de agua Sandoval (2007) indica que debido a que el cultivo no puede utilizar toda el agua que el

suelo contiene, así, el agua gravitacional (entre CC y saturación) drena muy rápido y no

se considera que pueda ser usada por la planta. Por otro lado, el agua higroscópica

que está retenida a tensiones mayores de 15 atmosferas, la mayoría de los cultivos no

pueden tomarla del suelo por estar adherida al mismo con mucha tenacidad.

Para fines de riego es conveniente expresar la humedad aprovechable como una

lámina de agua (en cm) que el suelo puede retener para uso de las plantas entre

capacidad de campo y punto de marchitez permanente:

Méndez (2009), recomienda utilizar las siguientes ecuaciones y nomenclatura:

db = (CC – PMP) x Da x ZR

100

Donde:

db = lámina de agua bruta

CC = capacidad de campo (%)

PMP = punto de marchitez permanente (%)

16

Da = densidad aparente del suelo (gr/cc)

ZR = grosor del estrato de suelo considerado (cm).

b. Lámina neta (dn) El manejo del agua en el suelo es un criterio técnico que está definido por la cantidad

permitida de agua que el cultivo puede consumir sin que existan altas tensiones en

suelo, que a su vez, afecten el desarrollo de la caña de azúcar; este criterio es

conocido como déficit permitido de manejo (DPM). Para el caso de sistemas de riego

que utilizan frecuencia fija como los sistemas de gravedad (surcos continuos o

alternos) y sistemas de presión que utilizan aspersores tipo cañones o aspersores de

mediana presión, se utilizó un valor máximo de DPM que corresponde a 60% de

consumo (40 por ciento de humedad residual). El valor de DPM al multiplicarlo con la

db (lámina bruta) define, la lámina neta.

Para calcular la dn (lámina neta) se ha utilizado la ecuación de lámina neta (dn)

expresada en milímetros para el manejo del suelo, el diseño agronómico del sistema de

riego debe asegurar que cuando la zona radicular extraiga la máxima cantidad de agua

que el cultivo demanda. Méndez (2009), recomienda utilizar las siguientes ecuaciones y

nomenclatura:

dn = db x DPM

Donde: dn = lámina neta db = lámina bruta DPM = Déficit permitido de manejo (60%)

2.5 Uniformidad de riego

Una baja uniformidad en un sistema de riego implica la existencia de zonas del suelo

con exceso de agua y otras con escasez, o bien la necesidad de aplicar agua en

esceso para que las zonas que reciben menos cantidad estén suficientemente

17

abastecidas. En cualquier caso, con una baja uniformidad será dificil obtener

producciones satisfactorias.

2.5.1 Uniformidad de distribución (UD)

Un término útil para poner un valor numérico de la uniformidad de aplicación para

sistemas de riego agrícolas es la Uniformidad de Distribución, UD (Merriam y Keller,

1978). Es la proporción entre la lámina promedio de agua de riego infiltrada (o

recogida) en el cuarto inferior y la lámina promedio de agua de riego infiltrada (o

recogida), expresado como un porcentaje:

UD = Lámina de agua promedio infiltrada (ó recibida) en el cuarto inferior x 100 Lámina de agua promedio infiltrada (ó recibida)

2.5.2 Coeficiente de Uniformidad de Christiansen (CU)

Sandoval (2007) indica que otro parámetro que es ampliamente usado para evaluar la

uniformidad de riego por aspersión es el coeficiente de uniformidad desarrollado por

Christiansen.

Donde:

Cu = coeficiente de uniformidad de Christiansen (fracción decimal)

xi = observación en cada pluviómetro (mm).

n = número de observaciones.

x = Media de todas las observaciones

Un Cu de 0.8 ó mayor se considera adecuado para riego por aspersión. En este

método de riego el grado de uniformidad en la aplicación del agua durante el riego

depende esencialmente del espaciamiento entre aspersores y laterales y la presión de

100)

)(1(

nX

XXiCU

18

los aspersores, siendo afectados grandemente por el viento. Un Cu de 1.0 indica una

distribución perfecta del agua en todo el campo.

2.6 Sistemas de riego utilizados en el cultivo de la caña

Subirós (2000) indica que el riego tiene como finalidad suministrar una debida cantidad

de agua al suelo, a una profunidad determinada para que pueda ser aprovechada por

la mayor cantidad de raices.

Para establecer cualquier sistema de riego es necesario disponer de alguna

información básica como: la disponibilidad de agua (ríos, aguas subterraneas,

reservorios), el cual durante las distintas épocas del año; la calidad del agua, la

topografía del terreno, la capacidad de infiltracion, las caracteristicas fisicas del suelo,

la disponibilidad de la infraestructura hidráulica, el costo de la instlación, la operación y

el mantenimiento de sistema, etc.

Los dos sistemas de riego más utilizados en el cultivo de la caña son el de gravedad

por medio de surcos y por aspersión; también en otros paises recientemente de

manera experimental en Costa Rica, se utiliza el sistema por goteo.

a. Riego por gravedad

Subirós (2000) indica que este método consiste en realizar un desvío del flujo de agua

desde una fuente que por lo general es un río, pozo o reservorio. El agua pasa el surco

(donde se encuentra el cultivo) por medio de aberturas laterales, sifones o tubería

perforada. Para utilizar el riego por gravedad se necesita varias condiciones tales

como:

Las pendientes deben ubicarse entre el 2 y el 4 por mil.

Debe elaborarse previamente un diseño para que la operación sea eficiente.

Es necesario que los suelos estén nivelados para alcanzar aplicaciones y

distribuciones del rieo eficientes.

19

La estructura del suelo debe reunir ciertas condiciones: poseer una adecuada

velocidad de infiltraion, (pero sin ser de textura arenosa) y no debe estar

propensa a la erosión.

Es aconsejable también que los surcos sean rectos.

Cuando existen secciones de canal con una tasa de infiltración elevada en los

canales, conviente que sean revestidas para aumentar la eficiencia en la

utilización del agua.

Los primeros riegos por gravedad, con frecuencia se efectúan por la sección superior

del surco, sore la semilla, para aprovechar la conformación que queda luego de realizar

la siembra. Los bordes del entresurco impiden que el agua se desplace lateralmente y

penetre en la sección donde se localizan los trozos de semilla. Lo anterior permite

humedecer de manera homogénea la zona donde se localiza la semilla, lo que

contribuye la germinación homogenea; la cantidad de agua que se adiciona es menor;

disminuye la germinación de malezas en los lomillos porque la humedad no llega hasta

ese lugar y permite hacer aplicaciones de herbicida de manera localizada.

Posteriormente, mediante la utilización de cultivos mecánicos, la zona se cubre con

tierra formando un lomillo; los siguiente riegos se realizan por el entresurco.

Para evitar el encharcamiento y desperdicio de agua se contribuye un camellón en las

partes terminales del área que va a regarse.

En algunas partes, en lugar de usar sifones, se acostubra hacer aberturas en puntos

determinados del canal de riego; estas dejan pasar el agua y la distribuyen en los

surcos de caña. Es un método bastante rústico en el que se requiere más mano de

obra pero tiene la ventaja de ser bastante sencillo.

También este sistema de riego se realiza mediante tuberías portátiles, generalmente de

aluminio. Tiene la ventaja de que el flujo de agua en los surcos se regula de manera

facil; no hay pérdidas por conducción y se reduce la construcción de canales. Entre las

20

desventajas, está la inversión inicial que es alta, el desplazamiento e instalación de las

tuberías que es laborioso, requiere de mantenimiento y, en ocaciones, el equipo se

obstruye por malezas u otros materiales.

b. Riego por aspersión

Subirós (2000) indica que en el riego por aspersión, el agua se conduce a presión

hasta las secciones laterales y de aquí a los aspersores o distribuidores, de manera

controlada en volumen y tiempo, trantando de simular la lluvia. Estos operan a

presiones y distanciamientos específicos de acuerdo con su diseño.

Este sistema es recomendable en suelos con pendiente pronunciada, con tasas de

infiltración muy altas o bajas y en suelos poco profundos.

Ventajas del riego por aspersión

La eficiencia en el uso del agua, es mayor comparado con el sistema por

gravedad (entre 80 y 85%), con lo que se economiza agua.

El sistema permite un mejor control de la lámina de agua que va aplicarse.

Se utiliza en áreas sin nivelar o con topografía irregular (pendiente pronunciada,

mayor al 3%).

La velocidad de infiltración es menor que la tasa con la que se aplica el agua, lo

que evita la pérdida por escorrentía.

Este sistema es adecuado en suelos poco profundos o con baja retención de

humedad (arenosos).

Se logra mejor distribución y uniformidad en el riego.

No se requiere la confección de canale de riego, con lo que se evitan pérdidas

por conducción si no están revestidos y además, se aprovecha mejor el terreno.

Permite la fertirrigación de manera fácil, con suma eficiencia a u bajo costo

El diseño del sistema permite que sea ajustado de acuerdo con la disponibilidad

de agua.

21

Se evita la erosión y la formación de lodo que pueden entorpecer la ejecución de

otras labores.

No requiere de mucha mano de obra para la operación.

Desventajas del riego por aspersión.

Costos de instalación, operación y mantenimiento altos. Es necesario adoptar

programas de mantenimiento preventivo y ajustes correctivos.

Limitado en zonas con viento fuerte y con baja humedad relativa. El viento fuerte

ocasiona desuniformidad del riego, lo que provoca un desarrollo irregular en el

cultivo. La baja huemdad relativa favorece la evapotranspiración.

La capacidad del sistema es inelástica.

Es necesario elaborar un diseño para que el sistema sea eficiente y uniforme,

Se han desarrollado equipos cuyos aspersores operan a presiones entre los 60 y 100

psi (libras de prsión por pulgada cuadrada), con caudales entre los 400 y 1200 gpm

(galones por minuto), los cuales son utilizados para cubrir grandes extenciones.

Otros equipos autopropulsados tales como el sistema de pivote central y el esistema de

pivote lineal de desplazamiento lateral, han sido diseñados con el mismo fin y son

utilizados en algunos países.

Los sistemas de riego por aspersión requieren más energía para el mismo volumen de

agua que los sistemas superficiales. Se debe a la elevación adicional requerida y a la

necesidad de mantener la presión de las boquillas, las cuales pueden variar de 25 psi

para los aspersores de desplazamiento lateral a más de 125 psi para los aspersores de

cañón hidráulico.

c. Riego por goteo

Subirós (2000) indica que el riego por goteo es otra alternativa para regar la caña de

azúcar. El sistema se emplea en lugares donde la disponibilidad de agua es escasa,

22

así como en suelos con baja retención de humedad (textura arenosa). La utilización del

agua es eficiente, etre el 80% y el 95%

El método consiste en distribuír pequeña cantidades de agua subterráneamente, a baja

presión por medio de una serie de orificios que se localizan a lo largo de la manguera,

con un espaciamiento relativamente corto (0.30 – 0.60 cm). Existen en el mercado

varios tipos de mangueras, las cuales han sido mejoradas debido al uso que se le da

en otros cultivos como melón, ornamentales y hortalizas en general. El agua sale

lentamente por los goteros (en forma de gotas) a un volumen entre 1 a 2 l/hora,

dependiendo el diseño del equipo, lo que permite mantener una humedad adecudada

permanentemente en la zona radical.

2.7 Evaluación técnica de riego por aspersión

La evaluación de un sistema de riego por aspersión es un proceso por el que se puede

saber si la instalación y el manejo que se hace de ella reúnen las condiciones

necesarias para aplicar los riegos adecuadamente, esto es, cubriendo las necesidades

del cultivo para la obtención de máximas producciones y al mismo tiempo minimizar las

pérdidas de agua.

Las evaluaciones se realizarán en las condiciones normales de funcionamiento, de

forma que lo observado coicida con la situación usual durante la apliación de los riegos.

En la evaluación de riego por aspersión es necesario:

Comprobar el estado de los diferentes componentes de la instalación y si el

mantenimiento es adecuado.

Determinar los caudales reales aplicados por los aspersores a la presión de

trabajo y la lámina de agua aplicada al campo.

Determinar la uniformidad de distribución y la eficiencia de aplicación del agua

de riego.

23

Detectar y analizar los problemas de funcionamiento de la instalación y plantear

las soluciones más sencillas y económica.

Analizar los criterios seguidos por el usuario del riego para decidir la lámina de

agua a aplicar.

2.8 Evaluación económica

Identifica méritos intrínsecos del proyecto, independientemente de la manera como se

obtengan y se paguen los recursos financieros que necesite y del modo como se

distribuyan los excedentes que genera.

Se recomienda para el proceso de evaluación económica los siguientes pasos:

Formulación del flujo de caja económico mediante el método directo.

Los indicadores principales serán: El Valor Actual Neto Económico (VANE), la

Tasa Interna de Retorno Económico (TIRE), el punto de equilibrio económico

(PEE), el período de recuperación económico (PRE), el Beneficio/costo (B/C), y

el análisis de sensibilidad correspondiente.

2.9 Evaluación financiera

Evaluación realizada tomando en cuenta la manera como se obtienen y se pagan los

recursos financieros necesarios para el proyecto.

Se recomienda para el proceso de evaluación económica los siguientes pasos:

Obtención del flujo de caja financiero.

Los indicadores principales serán: El Valor Actual Neto Financiero (VANF), y la

Tasa Interna de Retorno Financiero (TIRF).

24

2.9.1 Indicadores financieros

Existen diversos métodos o criterios para la evaluación y posterior selección de

proyectos o alternativas de inversión, entre estos tenemos:

a. Valor Actual Neto (VAN)

Alvarez (2003) indica que este método consiste en hallar la suma algebraica de los

flujos netos actualizados, flujos obtenidos de la comparación entre los costos y

beneficios actualizados generados por el proyecto durante el horizonte del proyecto,

para luego este resultado comparar con el monto de la inversión realizada.

El Valor Presente Neto o Valor Actual Neto (VPN o VAN), es la diferencia del valor

actual de la Inversión menos el valor actual de la recuperación de fondos de manera

que, aplicando una tasa (10%) se consideró como la mínima aceptable.

El Valor Presente Neto de un proyecto puede entonces resumirse en la ecuación:

Donde:

VPN = Valor Presente Neto o Valor Actual Neto

CI = Capital Inicial de la inversión

FNE = Flujo Neto Efectivo

n = Número de periodos evaluados

i = Tasa de Inversión expresada en tanto por uno

Alvarez (2003) indica que el proyecto será factible y se aceptará técnicamente, si el

VAN es mayor o igual a cero y cuando el VAN sea menor a cero, se rechazará, se

postergará o se tratará de optimizarlo convenientemente.

25

b. Tasa Interna de Retorno (TIR)

Alvarez (2003) indica que podemos definir la TIR como aquella tasa que hace nulo o

cero el valor actual neto ó que es la tasa para el que los valores actualizados de los

beneficios netos, valor residual y recupero del capital igualan al valor actualizado de la

inversión.

Un proyecto se aceptará cuando su tasa interna de retorno es superior al costo de

capital, entre varios proyectos o alternativas de inversión, será mejor aquella tasa

interna de retorno más alta.

La Tasa Interna de Retorno de un proyecto puede entonces resumirse en la ecuación:

Donde:

VPN = Valor Presente Neto

TIR = Tasa Interna de Retorno

CI = Capital Inicial de la Inversión.

FNE = Flujo Neto Efectivo

n = Número de periodos evaluados

c. Tiempo de recuperación de la Inversión

El período de recuperación del capital es el plazo (número de años) en que la inversión

original se recupera con las utilidades futuras.

La regla de decisión asociada a este indicador señala que se deben preferir los

proyectos con menor período de recuperación. Cuanto más corto sea éste, mejor.

Si las utilidades anuales son constantes o similares:

Fórmula:

26

Donde:

TRI = Tiempo Recuperación de la Inversión

Tia = Año inmediato anterior en que se recupera la inversión

CI = Capital Inicial de la Inversión

FNEaaia= Flujo Neto Efectivo del año anterior en que se recupera Inversión

FNEn = Flujo Neto Efectivo del año en el que se recupera la inversión

Para expresar el número de meses en el resultado obtenido en la ecuación anterior, se

le resta el número entero a este valor, y el monto resultante se multiplica por doce (12),

el resultado es expresado en meses. Para expresar el número de días en el resultado

obtenido del cálculo anterior, se le resta el número entero a este valor, y el monto

resultante se multiplica por treinta (30), el resultado es expresado en días. En

respuesta entonces se tendrá que:

TRI = X años, Y meses, Z días.

d. Beneficio Costo B/C

Se denomina así a la relación de los valores actualizados de los beneficios (ingresos

propios del proyecto, valores residuales) sobre los valores actualizados de los costos

(costos de operación, costos de inversión).

Fórmula = Sumatoria BT/ (1+i)n

Sumatoria Ct / (1+i)n

Donde:

BT = Beneficios Operacionales Totales del proyecto

CT = Costos Operacionales Totales del proyecto

I = Tasa de Actualización

n. = Período (desde el año 1 hasta el horizonte)

27

Todo proyecto cuya relación de Beneficio-Costo sea igual o mayor a la unidad, es

factible económicamente y no factible económicamente en caso de que dicha relación

sea menor a la unidad.

Un proyecto será rentable si:

El Valor Actual Neto es mayor que cero.

La Tasa Interna de Retorno es mayor que el Coste de Oportunidad del Capital.

La relación beneficio/coste es mayor que uno.

Podemos recuperar la inversión en un tiempo razonable.

En resumen:

VAN = mayor que cero

TIR = mayor que la tasa de descuento

B/C = mayor que uno

TRI = bajo

28

III JUSTIFICACION

3.1 Definición del problema y justificación

Actualmente, en la Corporación San Diego S.A. Se cultiva un área de 10,600

hectáreas de caña de azúcar de las cuales 5,164 hectáreas cuentan con riego que

equivalen al 48.72% del área cultivada, el rango de producción va desde 75 toneladas

por hectárea en áreas que carecen de riego, hasta 130 toneladas por hectárea en

áreas en las que se aplica riego.

Los métodos de riego utilizados son en su orden: 2,678 hectáreas por aspersión

(51.86% del área regada), 190 hectáreas por gravedad con bombeo (3.68% del área

regada), 1,003 hectáreas por gravedad (19.42% del área regada), 863 hectáreas por

avance frontal (16.71% del área regada) y 430 hectáreas por pivote central fijo (8% del

área regada).

La tasa de consumo de combustible en los equipos de riego y mano de obra están

haciendo hoy en día que los costos de operación sean altos, lo que ha provocado la

reducción del número de riegos para que supuestamente sea rentable esta operación,

pero eso conlleva a dejar un déficit hídrico en el cultivo lo que repercute en el

rendimiento de la producción.

Por otro lado, debido al requerimiento de grandes caudales que utiliza el área que es

irrigada por gravedad ha disminuido actualmente, los caudales de las fuentes de agua

superficial aunada a la alta demanda de agua que requieren los cultivos aledaños así

como la demanda del líquido que se requiere para la ganadería.

Por tal motivo se realiza el presente diagnóstico para determinar la eficiencia de los

sistemas de riego por aspersión y calidad de riego. Además determinar los costos de

operación que incluye el consumo de combustible, insumos y mano de obra por

29

hectárea riego. De esta manera se podrá determinar los factores que están afectando

el funcionamiento de los sistemas de riego por aspersión tipo cañón en la corporación

San Diego S.A. y así tomar acciones estratégicas para mejorar la eficiencia de la

operación.

IV OBJETIVOS

4.1 objetivo general

Evaluar los sistemas de riego por aspersión tipo cañón en la finca María Laura

en el municipio de Iztapa, Escuintla. Tanto técnica como económica en caña de

azúcar (Saccharum officinarum; Poaceae).

4.2 Objetivos específicos

Determinar la cantidad aplicada de agua, en láminas de riego; frecuencia y

tasas de aplicación de agua/día.

Determinar la demanda de agua del cultivo y su disponibilidad.

Evaluar operaciones de riego en cuanto a la uniformidad de aplicación y

eficiencias del sistema de riego.

Determinar la rentabilidad económica de los proyectos de riego.

30

V METODOLOGIA

5.1 Localización La unidad de riego se encuentra localizada en la finca María Laura ubicada en la aldea

Las Morenas, municipio de Iztapa Escuintla (Latitud Norte 13°57’29.63” - Longitud

Oeste 90°46’39.65”) a 6.70 msnm.

La superficie total del área a evaluar son 100 hectáreas regadas mediante un sistema

de riego por aspersión tipo cañón, financiado 100% por la corporación San Diego e

instalado antes del inicio del periodo de riego durante el cual se realizaron las

evaluaciones.

5.2 Clima y suelo

Los suelos de esta zona son de textura arenosa, franca arenosa y franca,

moderadamente profunda y muy permeable (Mollisoles secos) y de topografía plana.

Temperatura mínima media anual de 21.5 OC y la máxima media anual de 32.9 OC, la

humedad relativa media anual es de 76% y una precipitación promedio mensual de

mayo a noviembre de 3,032 mm siendo esta la época más lluviosa del año, los datos

fueron tomados de la estación meteorológica de CENGICAÑA, finca Amazonas, de

ingenio Santa Ana (Latitud Norte14° 3' 59.81" y Longitud Oeste 90° 46' 11.94").

El tipo de suelo del área evaluada pertenece al Complejo Regreso Rincón (RG-RN)

según el estudio semi-detallado de suelos de la zona cañera del sur de Guatemala

(CENGICAÑA, 1996), este Complejo está compuesto por el suelo REGRESO

(Fluventic Haplustolls – Franca fina) y suelo RINCON (Pachic Haplustolls - Arenosa).

Son suelos de relieve plano, ligeramente inclinado, con pendientes menores al 3%.

31

Figura 2. Ubicación del proyecto de riego en la finca María Laura.

5.3 Sujetos de análisis

Sistema de riego por aspersión tipo cañón en finca María Laura de la

Corporación San Diego S.A.

5.4 Tipo de investigación

La situación actual del aspecto técnico se evalúo realizando una investigación de

campo, determinando principalmente la lámina neta de aplicación y eficiencia de

aplicación del riego en la parcela.

En el aspecto económico y financiero se efectuó un análisis de los costos realizados en

la operación del sistema de riego por aspersión tipo cañón y la eficiencia de tiempo de

riego para determinar la rentabilidad económica.

Ubicación del proyecto de riego.

32

5.5 Instrumento

5.5.1 Metodología

Para calcular la eficiencia de aplicación del riego por aspersión se realizaron

evaluaciones de pluviometría y aforo volumétrico en los aspersores de marca Nelson

modelo F-100.

Para evaluar la situación económica se calculó el costo de operación del sistema de

riego por aspersión durante el periodo de riego 2009-2010 y para el análisis financiero

se utilizó los indicadores del VAN, TIR, B/C Y TRI.

5.5.2 Equipo y materiales

Equipo de topografía: para realizar el plano de curvas de nivel.

Medidor de Caudal: para determinar el caudal en la fuente de agua.

Recipientes de 200 lt de capacidad y cronómetro para medir el aforo de los

aspersores tipo cañón.

Recipientes de 25 litros de capacidad para prueba de pluviometría.

Equipo y tecnología

- GPS (georeferenciación),

- Cámara de fotos,

- Anemómetro (Viento y humedad relativa).

Análisis de laboratorio agronómico

- Laboratorio de CENGICAÑA

33

5.6 PROCEDIMIENTOS

5.6.1 Aspectos Técnicos

5.6.1.1 Muestreo de suelos

A continuación se detalla los pasos que se realizaron para la toma de muestras de

suelo.

1. Reconocimiento general del área del proyecto previo al muestreo, para

determinar la delimitación de las áreas homogéneas con base en criterios

fisiográficos, edáficos y del cultivo.

2. Se seleccionaron las herramientas necesarias y los materiales, se aseguró que

estuvieran limpias y sin uso los materiales. tales como: palas dúplex, palas,

barrenos muestreadores, baldes para colocar las submuestras, bolsas de

plástico y libreta.

3. El muestro se inició haciendo la primera perforación o toma de submuestra de

conformidad con un barreno tipo francés. Aproximadamente una libra de la

porción central y se depositó en un balde, a fin de mezclar las submuestras para

obtener la muestra representativa del área.

4. El procedimiento para el muestreo se basó en el diseño aleatorio compuesto. En

cada punto de muestreo se tomaron muestras en tres profundidades: 0-20, 20-

40 y 40-50 centímetros, siendo en total quince muestras.

El objetivo del muestreo de suelos es para analizar en el laboratorio del Centro

Guatemalteco de Investigación y Capacitación de la Caña de azúcar (CENGICAÑA), la

estructura del suelo, Punto de Marchitez Permanente (PMP), Capacidad de Campo

(CC), Densidad aparente (Da), para determinar la capacidad de retención de agua.

34

Figura 3. Muestras de suelo para análisis en el laboratorio de suelos en CENGICAÑA.

Cuadro 1. Análisis de suelos realizados en el laboratorio agronómico de CENGICAÑA.

Finca Estrato % Arcilla % Limo % Arena Textura CC (%) PMP (%) Da (g/cc)

MARIA L.

0-20 23.15 37.32 39.53 Franco 36.22 21.36 0.94

20-40 15.46 32.26 52.28 Franco 35.83 19.18 0.91

40-50 13.14 26.36 60.50 Franco Arenoso 32.39 16.34 1.02

5.6.1.2 Velocidad de infiltración

La Velocidad de infiltración se midió para determinar si la intensidad de riego actual

está dentro de los parámetros necesarios para no generar escorrentía o

encharcamiento dando lugar a evaporarse el agua antes de ser filtrada en el suelo y no

aprovechar eficientemente el recurso hídrico.

El método que se utilizó es de infiltrómetro de doble cilindro, el cual es considerado

como el más versátil y el más adecuado para diseñar, operar y evaluar sistemas de

riego de inundación total y aspersión (Sandoval 2007).

La prueba se realizó con la humedad del suelo normal antes del primer riego. Se buscó

la ubicación donde no existiera compactación, hormigueros y grietas tal y como lo

recomienda la literatura.

35

Figura 4. Instalación de cilindros de aluminio para la evaluación de velocidad de filtración.

5.6.1.3 Disponibilidad de la fuente de agua

El proyecto cuenta con un pozo con una profundidad de perforación de 240 pies,

diámetro de perforación es de 16” y entubado en 12”. Para la evaluación de aforo y

determinar la producción de agua se utilizó una turbina vertical de 5 etapas a una

profundidad de 90 pies, y un motor de 130 Hp de combustión diesel. Se dió inicio el

aforo a 1400 rpm en el motor y en intervalos de 4 horas se aumentó 1000 rpm hasta

llegar a 2,000 rpm para determinar los galones de agua por minuto sin extraer arena o

la cantidad mínima para no provocar un colapso en el pozo y protección al equipo de

riego. La Prueba tuvo una duración de 24 horas continuas y durante esta se anotó a

cada 30 minutos gpm y el nivel dinámico. Por aparte se tomaron muestras en un

recipiente transparente para observar la presencia de arenas.

Figura 5. Limpieza del pozo antes del aforo. Fuente: Propia

36

Figura 6. Esquema del diseño del pozo. Fuente: DAHO (empresa perforadora).

Figura 7. Aforo escalonado de pozo en 24 horas continúas.

Fuente: Propia

Ubicación de la bomba tipo turbina (90 pies)

Tubo acero al carbón liso, de 12” de día. 0.25” espesor x 20’ de largo (6 en total).

Tubo acero al carbón con rejilla tipo puente de 12” de día. x 0.25” espesor x 20’ de largo (9 tubos en total).

Perforación de 17.5”

Filtro de grava de 3/8” canto rodado y lavado.

Unidad de bombeo para aforo

Medidor de caudal

Sonda para medir nivel dinámico.

37

5.6.1.4 Determinación de la lámina bruta y caudal total del sistema de riego por aspersión

Para calcular la lámina bruta de riego y caudal total, se procedió a medir el caudal

unitario por aspersor tres repeticiones cada uno y al final se calculó el promedio y el

caudal total del sistema se calculó por medio de lecturas cada minuto durante la prueba

de pluviometría (2.5 horas).

Cuadro 2. Mediciones realizadas en campo abierto.

Ubicación Caudal (gpm) Caudal

(m³/hora) Presión

(PSI) Distancia de la

bomba (m) Radio de mojado

Aspersor 1 195 44.284 49 351 42

‘’ 2 193.5 43.944 48 306 41

‘’ 3 190 43.149 47 141 41 ‘’ 4 189 42.922 47 861 41 ‘’ 5 180 40.878 45 1,332 40.5 ‘’ 6* 180 40.878 45 1,377 40.5 Fugas en la conducción

11 2.498 --- --- ---

Total sistema: 1,138.5 258.553 115 --- ---

(*) Aspersor crítico

5.6.1.5 Determinación de la intensidad de aplicación de riego

a. Determinación de la intensidad de aplicación de riego (Ir)

Trt

dnaIr

Donde:

Ir = intensidad de aplicación de riego en mm/h

Lbd = Lámina de agua neta a aplicar en mm

Trt = tiempo de riego por turno en hr

Ea

dndna

Donde:

dna = lámina de agua neta a aplicar en mm

dn = lámina neta en mm

Ea = eficiencia de aplicación en decimales

38

dn = db * UR

Donde:

dn = lámina de agua neta en mm

db = lámina de agua bruta en mm

UR = Umbral de riego o DPM

DPM = Déficit permitido de humedad

5.6.1.6 Evaluación Uniformidad de Distribución de riego (UD)

Se selecciono el sistema de riego con una cobertura de 100 hectáreas de caña de

azúcar (Saccharum sp) en la finca María Laura ubicada en el municipio de Iztapa,

Escuintla; donde se realizo la evaluación de la eficiencia de aplicación de riego por

aspersión tipo cañón.

Los ensayos de la evaluación se llevaron a cabo en el horario de 10:00 -12:00 horas

para determinar el efecto de viento en la uniformidad de riego y en el distanciamiento

entre aspersores y ramales. El ensayo se efectuó en un lugar representativo de las

condiciones medias del área bajo riego y en condiciones de humedad similares a las

que preceden a un riego normal en cada parcela a evaluar.

a. Toma de datos de las características de los aspersores a evaluar: diámetro de la

boquilla, altura del aspersor y distanciamiento entre aspersores y laterales.

b. Colocación red de pluviómetros (0.25 m diámetro x 0.25 m altura), con un

distanciamiento de 9 x 9 metros.

Figura 8. Colocación de pluviómetros para la prueba de pluviometría de riego por aspersión.

39

c. Inicio de riego.

En el inicio del riego se colocó el aspersor hacia afuera donde no hay

pluviómetros hasta que se normalizó el caudal y presión. El tiempo se tomó a

partir de tener las condiciones normales del aspersor. Se evaluaron dos

aspersores simultáneamente con un distanciamiento de 45 metros entre

aspersores y 45 metros entre ramales.

d. Una vez culminado el evento de evaluación, se procedió a medir el volumen

recogido por los pluviómetros, con la ayuda de una probeta graduada.

Figura 9. Medición del volumen recogido en los pluviómetros.

e. Medición del caudal del emisor.

Se logró determinar el caudal de descarga de los emisores a través del método

volumétrico. Se utilizó una manguera flexible de 2” de diámetro, un recipiente

con capacidad de 200 lt, un cronómetro para medir el tiempo.

Figura 10. Medición del caudal en aspersores marca Nelson modelo F-100

40

a. Uniformidad de distribución (UD).

UD = Lámina de agua promedio infiltrada (ó recibida) en el cuarto inferior x 10

Lámina de agua promedio infiltrada (ó recibida)

b. Cálculo del Coeficiente de Uniformidad de Christiansen (CU).

Fórmula:

Donde:

Cu = coeficiente de uniformidad de Christiansen (fracción decimal)

xi = observación en cada pluviómetro (mm).

n = número de observaciones.

x = Media de todas las observaciones

5.6.1.7 Cálculo de la demanda de agua de la caña de azúcar (ETc)

Las variables de temperatura, radiación, humedad relativa, velocidad del viento y

presión atmosférica fueron recopiladas en la estación meteorológica de CENGICAÑA

ubicada en la finca Amazonas de ingenio Santa Ana.

Los registros corresponden al historial de 2 años del 2009 al 2010. Se determinó la

evapotranspiración potencial con método de Penman-Monteith recomendado por la

FAO.

100)

*1(

nx

XXiCU

41

Cuadro 3. Promedio de evapotranspiración mensual (CENGICAÑA)

MES 2009 2010

Enero 4.98 4.60

Febrero 5.73 5.57

Marzo 6.01 6.03

Abril 5.52 5.81

Mayo 5.59 4.97

Junio 4.83 4.38

Julio 5.50 4.78

Agosto 5.26 4.48

Septiembre 4.94 3.67

Octubre 4.80 5.06

Noviembre 3.99 4.67

Diciembre 3.99 4.77

Figura 11. Evapotranspiración Potencial, Estación meteorológica de CENGICAÑA, finca Amazonas, ingenio Santa Ana (Latitud Norte14° 3'59.81" y Longitud Oeste 90°46'11.94")

5.6.1.8 Curva del coeficiente de crecimiento del cultivo (Kc)

Para el presente trabajo se consideró la curva de Kc que fue determinada en

CENGICAÑA con base en investigaciones realizadas en los sistemas de producción de

caña de azúcar (CENGICAÑA, 1999).

4.6

5.66.0

5.8

5.0

4.44.8

4.5

3.7

5.1

4.0 4.0

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

Ener

o

Febr

ero

Mar

zo

Abril

May

o

Juni

o

Julio

Agos

to

Sept

iem

bre

Octu

bre

Novie

mbr

e

Dicie

mbr

e

mm

/día

mes

Evapotranspiracion Potencial (ETo)

Tasa de Evapotranspiración por dia

42

Figura 12. Curva del coeficiente de crecimiento de la caña de azúcar en Guatemala,

(CENGICAÑA 1999).

5.6.1.9 Cálculo de la carga hidráulica del proyecto

La carga hidráulica de los sistemas de riego fue necesario evaluar para determinar si

la capacidad de la unidad de bombeo es adecuada (motor y bomba). Previendo que los

sistemas portátiles en el futuro pueden considerarse la línea central fija en PVC.

a. Cálculo de diámetro y pérdidas por fricción en la tubería

El diámetro de tubería se determinó de la siguiente manera:

Diámetro de la tubería principal con la mitad de caudal del sistema, que corresponde al

recorrido del segundo ramal.

Caudal en la tubería lateral y principal (sistema actual):

b. Pérdidas de carga por fricción en el lateral mediante la ecuación de Hazen Williams

LC

Q

D

xhf

852.1

872.4

0910131.1

0.4 0.4 0.4

0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7

0.5 0.5 0.5

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

Ener

o

Febr

ero

Mar

zo

Abril

May

o

Juni

o

Julio

Agos

to

Sept

iem

bre

Oct

ubre

Novi

embr

e

Dici

embr

e

KC

mes

Curva del coeficiente del cultivo Kc

Inicial M

acolla

mie

nto

Elongación Maduración

43

Donde:

hf = pérdida de carga por fricción en tubería sin salida (m)

Q = caudal en la tubería m³/hora

D = Diámetro del tubo (mm)

C = Coeficiente de rugosidad (pvc 140)

L = longitud de la tubería (m)

Cuadro 4. Datos para determinar las pérdidas por fricción en el lateral crítico

Descripción Lateral 1 Lateral 2

Caudal (lt/seg) 36.49 34.63

Diámetro tubería (mm) 152.4 152.4

Coeficiente rugosidad 120 120

Longitud de la tubería (m) 351 531

Factor salidas múltiples (3) 0.528 0.528

c. Velocidad del agua en el lateral.

A

QV

Donde:

V = Velocidad m/seg

Q = Caudal en m³/seg

A = Area

d. Carga requerida a la entrada del lateral (he).

hmHeZhfhohe

Donde:

he = carga requerida a la entrada del lateral (m)

ho = presión de operación del aspersor seleccionado

hf = pérdida de carga por fricción en la tubería lateral (m)

44

∆Z = diferencia de altura entre la entrada del lateral y el final del lateral

(positivo si sube y negativo si baja) (m).

He = Altura del elevador (m).

hm = pérdidas de carga menores (10% de hf)

e. Cálculo de carga dinámica total (CDT)

CehfphfpheCDT 1.0

Donde:

CDT = Carga dinámica total (m)

he = carga requerida a la entrada del lateral (m)

hfp = pérdida de carga por fricción en la principal (m)

0.10 hfp = pérdidas menores en la principal (m)

Ce = carga estática, diferencia de altura entre el nivel del agua y el nivel del

terreno en la entrada del lateral más alto (m).

5.6.1.10 Evaluación y cálculo de la unidad de bombeo

Para determinar la potencia actual y la real se utilizó la siguiente ecuación:

Potencia (Hp) requerida para operar la bomba:

Ef

CDTQHp

*76

*

Donde: Hp = caballos de fuerza requeridos para operar la bomba

Q = caudal del sistema (lps)

CDT = carga dinámica total (m)

Ef = eficiencia de la bomba (85%)

45

5.6.2 Aspecto económico

5.6.2.1 Evaluación económica del proyecto de riego en finca María Laura

El análisis consistió en identificar los costos y beneficios inherentes al proyecto,

valorando y emitiendo un pronunciamiento sobre la conveniencia o inconveniencia del

proyecto en ejecución. Este razonamiento nos condujo a la evaluación económica de

los proyectos de riego por aspersión de la Corporación San Diego S.A.

La evaluación económica de los proyectos de riego por aspersión, se inició una vez que

se dispuso de información básica pero concreta del proyecto, mediante el análisis

sistemático de la relación existente entre los ingresos y egresos esperados del mismo,

que determinó el Flujo de Efectivo Neto, valor este que se traduce en la Rentabilidad

Neta del Proyecto, para ello se realizó el análisis de las variables del proyecto,

siguiendo un conjunto de estudios preliminares y continuos, que son:

Determinar los ingresos del proyecto.

Para iniciar cualquier evaluación económica de un proyecto, el primer paso está

asociado a la determinación de los ingresos esperados, luego de definir el objeto

general del mismo, que es donde se define el producto generador de ingresos.

Para evaluar los ingresos se necesitó tener en cuenta tres factores:

i. Conocer cuál es el incremento de caña de azúcar (ton/ha) que se obtiene al

haber implementado el sistema de riego por aspersión en finca María Laura en

un área de 100 has.

ii. Conocer la producción de azúcar por tonelada de caña y el precio de venta.

iii. Conocer otros ingresos que incremente la rentabilidad, como la venta de sub

productos tales como la melaza, cogeneración de energía eléctrica, ahorros en

labores agrícolas por incremento de la producción de caña.

46

Estos cálculos se realizaron para tener una visualización mas especifica del

comportamiento de los ingresos para el establecimiento de metas a cumplir en la

ejecución del proyecto de riego.

Se determinó los egresos asociados al proyecto, compuestos por la suma de los costos

y gastos involucrados.

i. Costo de proceso de fabricación del azúcar, melaza y bagazo y

ii. Costo de cosecha de la caña de azúcar (corte, alce y transporte).

Se determinó los costos de operación asociados al proyecto de riego por aspersión,

siendo un factor fundamental para el análisis de la inversión. Para ello se consideraron

algunas variables particulares como: Mano de obra de los regadores, mano de obra

indirecta y maquinaria agrícola para traslado de tubería y accesorios en campo,

consumo de combustible (gl/hr) de la unidad de bombeo y mantenimiento preventivo

cada 300 horas de la unidad de bombeo durante el periodo de riego.

Ya disponiendo de los costos y Gastos del proyecto, se consideró los costos de

Inversión, la cual considera la inversión en equipos y maquinarias que son utilizados en

el proyecto.

La evaluación económica se hizo por medio de métodos matemáticos-Financieros. Esta

técnica se fundamenta en el cálculo de indicadores financieros dinámicos con el valor

anual neto (VAN) y la tasa interna de retorno (TIR). El valor presente neto y la tasa

interna de rendimiento se mencionan juntos porque en realidad es el mismo método,

sólo que sus resultados se expresan de manera distinta.

El Valor Presente Neto o Valor Actual Neto (VPN o VAN), es la diferencia del valor

actual de la Inversión menos el valor actual de la recuperación de fondos de manera

que, aplicando una tasa (10%) se consideró como la mínima aceptable.

El Valor Presente Neto del proyecto se resumió en la ecuación:

47

Donde:

VPN = Valor Presente Neto o Valor Actual Neto

CI = Capital Inicial de la inversión

FNE = Flujo Neto Efectivo

n = Número de periodos evaluados

i = Tasa de Inversión expresada en tanto por uno

La tasa interna de retorno (TIR) se utilizó para decidir sobre la aceptación o rechazo del

proyecto de inversión. Para ello, la TIR se comparó con una tasa mínima o tasa de

corte. El costo de oportunidad utilizado para comparar la TIR fue la tasa de rentabilidad

libre de riesgo. Si la tasa de rendimiento del proyecto - expresada por la TIR- superaba

la tasa de corte, se acepta la inversión; en caso contrario, se rechaza.

La Tasa Interna de Retorno de un proyecto puede entonces resumirse en la ecuación:

Donde:

VPN = Valor Presente Neto

TIR = Tasa Interna de Retorno

CI = Capital Inicial de la Inversión.

FNE = Flujo Neto Efectivo

n = Número de periodos evaluados

48

El tiempo de recuperación de la inversión, se calculó para determinar el momento en el

que los flujos netos de efectivos han cubierto la inversión inicial y se comienza a

obtener rendimiento del negocio o del proyecto. Para su cálculo se utilizó el valor de los

flujos descontados para saber cuánto tiempo se tardara el proyecto en recuperar la

inversión, es decir, sumar los flujos netos de efectivos a que los mismos den igual a la

inversión. Para conocer cuánto tiempo exacto es el último flujo o saldo utilizado para

encontrar el periodo de recuperación, se dividió entre el valor integro del flujo y el valor

encontrado se multiplicó por 12.

Donde:

TRI = Tiempo Recuperación de la Inversión

Tia = Año inmediato anterior en que se recupera la inversión

CI = Capital Inicial de la Inversión

FNEaaia= Flujo Neto Efectivo del año anterior en que se recupera Inversión

FNEn = Flujo Neto Efectivo del año en el que se recupera la inversión

5.6.3 Variables respuestas

Evaluar el aspecto técnico, mediante la medición de la uniformidad de distribución, la

lámina diaria aplicada, demanda de agua del cultivo de la caña de azúcar,

disponibilidad en la fuente, potencia requerida de la bomba y motor de la unidad de

bombeo.

Evaluar el aspecto económico, determinando el costo de riego por milímetro aplicado,

costo por hectárea riego y la rentabilidad económica actual del sistema de riego por

aspersión.

49

5.6.4 Indicadores

Aspecto técnico

Eficiencia de aplicación del riego en el cultivo de caña de azúcar

Lámina de riego

Frecuencia de riego

Demanda de agua del cultivo

Aspecto económico

Costos de operación del sistema de riego por aspersión

Indicadores financieros

50

VI RESULTADOS Y DISCUSIONES

De acuerdo a los objetivos planteados la investigación conlleva a conocer la situación

actual técnica y económica que prevalece en el sistema de riego por aspersión tipo

cañón en la finca María Laura, Iztapa Escuintla, esto mediante el análisis de

información obtenida a través de una investigación de campo, principalmente en el

manejo y operación del sistema de riego, así como la utilización de información

histórica de los sistemas de riego por aspersión en el ingenio San Diego.

A continuación se presentan los resultados obtenidos de acuerdo a las variables

evaluadas.

6.1 Aspecto Técnico

6.1.1 Lámina de riego aplicada (Lámina/riego y tasa de agua/día), frecuencia y

tasa de aplicación de agua/día.

Con base al caudal promedio determinado de los aspersores medidos, se calculó la

lámina promedio aplicada.

Lámina/riego = Volumen (m³) = 258.55 m³ x 2.5 horas/riego = 646.375 m³ = 0.053 m Area (m²) (45m x 45m) x 6 aspersores 12,150 m²

Lámina/riego aplicada actualmente = 53 mm/riego Lámina diaria (tasa/día) = Lámina/riego = 53 mm/riego = 3.785 mm/día Frecuencia actual 14 días La lámina reposición actualmente es de 3.785 mm/día de acuerdo al caudal y la

frecuencia actual que se tiene en los registros del sistema de riego.

51

6.1.2 Demanda de agua del cultivo en la localidad de finca María Laura en el

municipio de Iztapa, Escuintla

Se calculó la demanda diaria del cultivo en base al Kc y ETo de acuerdo a los datos

climáticos obtenidos de la estación meteorológica de CENGICAÑA ubicada en la finca

Amazonas. (Latitud Norte 140 03’ 59.81” y Longitud Oeste 900 46’ 11.94”) y

posteriormente calculados a través del método de Pennan-Monteith.

Los resultados se presentan en el Cuadro 5, para determinar la frecuencia y número de

riegos necesarios para lograr un aumento en producción de ton/ha.

Cuadro 5. Demanda de agua del cultivo por día.

En la Figura 13 se puede apreciar la evapotranspiración de referencia (ETo) y la

evapotranspiración del cultivo (ETc). La diferencia de la lámina por día consiste en que

la evapotranspiración de referencia no se toma en cuenta el factor de Kc del cultivo.

Etapa Duración mesEto

(mm/día)Kc Etc

Lamina Bruta

(mm/día)

45 Enero 5 0.40 2 2

Febrero 6 0.70 4 5

90 Marzo 6 0.70 4 6

Abril 6 0.70 4 5

Mayo 5 0.70 3 5

115 Junio 4 0.70 3 4

Julio 5 0.70 3 4

Agosto 4 0.50 2 3

Septiembre 4 0.50 2 2

65 Octubre 5 0.50 3 3

Noviembre 4 0.40 2 2

Diciembre 4 0.40 2 2

Macollamiento

Elong etapa I

Iniciación

Elong etapa II

52

Figura 13. Demanda de agua por día de la caña de azúcar en el periodo de riego 09-10 en la Finca María Laura. Fuente: Datos de Kc y Eto por CENGICAÑA

6.1.3 Determinación de la frecuencia de riego de diseño

Actualmente se tiene una frecuencia promedio de 14 días en el sistema de riego por

aspersión en la finca María Laura, (la frecuencia se determina de acuerdo a los

registros que se llevan en campo).

La lámina de diseño por día es igual a la ETo máxima (6 mm/día) que se obtiene en el

mes de marzo de acuerdo al Cuadro 5.

A continuación se hace un análisis de la frecuencia de riego tomando en consideración

la demanda de agua del cultivo (Kc y ETo) y la frecuencia actual.

Area de riego/día (20 horas riego/día) = 97,200 m² (9.72 ha/día)

Caudal de diseño = 272.52 m³/hora (1,200 gpm)

Tiempo por riego = 2.5 horas/riego

Lámina bruta de diseño = 272.52 m³/hora x 20 horas = 5,450.40 m³ (2,025 m² x 6 asp.) x (2.5 horas x 8 turnos) 97,200 m²

2

4 4 43

33

22

32 2

2

5

65

54

4

32

3

2 2

0

1

2

3

4

5

6

Ener

o

Febr

ero

Mar

zo

Abr

il

May

o

Juni

o

Julio

Ago

sto

Sept

iem

bre

Oct

ubre

Nov

iem

bre

Dic

iem

bre

mm

/día

mes

Evapotranspiracion

Evapotranspiración del cultivo Lámina bruta de riego

Periodo de riego

53

Lámina bruta de diseño = 0.056 x 1000 = 56 mm/riego La diferencia que existe entre la lámina de riego aplicada actualmente con respecto a la

calculada es de 3 mm/riego. Lo que implica hacer un ajuste de caudal y eficientar la

conducción para minimizar las pérdidas hídricas en la conducción. El caudal que se

necesita incrementar es de 13.97 m³/hora que es igual a 61.51 GPM.

Frecuencia = Lámina x riego = 56 mm = 9.33 días Lámina diaria 6 mm

En la figura 13 se puede apreciar que en el mes de marzo es donde se obtiene la

mayor demanda del cultivo, lo que implica que la frecuencia de riego para este mes

tiene que ser de 9-10 días para lograr satisfacer lo requerido hídricamente. Los meses

de enero, febrero, abril y mayo la frecuencia puede ser mayor por la demanda de agua.

La frecuencia es posible si mantiene una eficiencia de 9.72 ha/día, con un tiempo de

riego de 2.5 horas y con tiempo efectivo por día de 20 horas de riego.

De acuerdo al cálculo de la frecuencia de riego de diseño se elaboró un calendario de

riego tomando en consideración la demanda del cultivo de la caña de azúcar y la

capacidad de campo del suelo sin generar pérdidas de agua gravitacional y

escorrentía.

En el primer riego se aplicó 67 mm con un riego de 3 horas y 11 riegos con una

frecuencia de 10 días.

54

Figura 14. Comparativo frecuencia de riego calculada vrs frecuencia fija actual

En la Figura 14 se presentan los milímetros de agua que requiere el cultivo de la caña

de azúcar en base a Kc y ETo, los milímetros aplicados actualmente (53 mm/riego y

frecuencia de 14 días) y milímetros calculados en base a la programación de riego con

una lámina de riego de 56 mm y frecuencia de 10 días a partir del segundo riego.

Figura 15. Demanda de agua del cultivo por mes.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

01

-en

e

11

-en

e

21

-en

e

31

-en

e

10

-fe

b

20

-fe

b

02

-ma

r

12

-ma

r

22

-ma

r

01

-ab

r

11

-ab

r

21

-ab

r

01

-ma

y

11

-ma

y

21

-ma

ymm

acu

mu

lad

os

acumulado de dias

Intervalo de riego

Intervalo en base Kc y ETo Frecuencia fija Actual

62

140

180

150125

201

134 134 134

6767

151168 168

129

0

50

100

150

200

250

01-ene 01-feb 01-mar 01-abr 01-may

mm

x m

es

Comparativo de evapotranspiración y mm de

riego por mes aplicados

Evapotranspiración del cultivo Apliación de riego actual Cálculo de mm aplicados

55

En la Figura 15 gráficamente se puede apreciar el sobre riego que existe en el mes de

enero de acuerdo a la demanda del cultivo, y en los meses siguientes se cae en un

déficit de humedad. Esta situación se da porque no se hace una programación de

acuerdo a los factores climáticos (Kc y ETo), que son los que determinan el momento y

la cantidad de agua a regar. Al tomar en cuenta los factores climáticos se pueden hacer

más eficiente el uso de los recursos y lograr una mayor producción de azúcar. Las

etapas fenológicas que afecta el periodo de riego es la etapa de Iniciación y

macollamiento, las etapas de elongación y maduración se sitúan en el periodo de lluvia

y salida del invierno. En los meses de noviembre y diciembre existe humedad residual y

la demanda de humedad es similar a la de enero (2 mm/día).

Velocidad de infiltración del suelo

En este punto la infiltración básica fue de 3.55 cm/hr. Se encontró a las 4.30 horas de

duración de la prueba.

Figura 16. Curva de infiltración básica, proyecto de riego por aspersión en finca María Laura. Cálculo de la intensidad de aplicación de riego (Ir)

Trt

dnaIr

Donde

Ir = Intensidad de aplicación

56

dna = Lámina bruta de diseño

Trt = Tiempo de riego

Ir = 5.6 cm = 2.24 cm/hora 2.5 horas La intensidad de riego de acuerdo a la lámina de riego calculada es de 2.24 cm/hora lo

cual es menor a la prueba de infiltración básica que se llevó a cabo en la finca María

Laura.

La velocidad de la infiltración básica que se obtuvo se puede apreciar en la gráfica de

la figura 16. El resultado final fue de 3.55 cm/hora lo cual se garantiza que no habrá

encharcamiento, escorrentía ni pérdida por evaporación.

6.1.4 Uniformidad de Distribución

Para realizar la evaluación de pluviometría se utilizó una boleta de campo,

considerando todos los elementos necesarios para que posteriormente pueda ser

procesado (ver anexo 1).

Para obtener los resultados de la evaluación, un primer paso fue convertir las lecturas

de campo en volumen a láminas de agua. En la Figura 17 se consignan los valores

calculados en mm.

En la Figura 17 se consignan todos los valores ordenados de mayor a menor para

determinar los valores del cuarto inferior y el cálculo de las diferencias de todos los

valores en torno a la media, que posteriormente fueron utilizados para el cálculo del

Coeficiente de Uniformidad de Christiansen, específicamente.

57

Figura 17. Resultados de la evaluación de pluviometría y cálculo de mm de lluvia

58

Figura 18. Valores ordenados y desviaciones en relación a la media de la prueba de pluviometría

59

Para determinar la uniformidad de distribución (UD), se calculó a través de la ecuación:

UD = Lámina de agua promedio infiltrada (ó recibida) en el cuarto inferior x 100 Lámina de agua promedio infiltrada (ó recibida)

Donde: UD = Uniformidad de distribución en porcentaje (%)

UD = 59.69mm x 100 = 72% 82.80mm

Se tiene una uniformidad de distribución: UD = 72%, esto implica que el agua que

recibe el cultivo o el suelo, el 75% del área regada recibirá el 72% de la altura media

aplicada o más, y el 25% del área regada recibiría menos del 72% de la altura media

aplicada.

La uniformidad de distribución aceptable es mayor o igual al 85% en riego por

aspersión ya que el 75% del área recibirá 40 mm de 56 mm/riego y el 25% del área

recibirá menor de los 40 mm/riego lo que implica un alto déficit hídrico en el cultivo.

Figura 19. UD deficiente y riego insuficiente en algunas zonas del campo.

En la figura 19 se representa el caso de un bajo porcentaje de una uniformidad de

distribución donde se aprecia parte del área con cantidad de agua aceptable y otra con

déficit de riego.

Los factores que incidieron en el resultado básicamente fueron la diferencia de presión

entre aspersores (52-46 psi) y la variación de presión de cada aspersor durante la

60

prueba de campo. El viento no fue un factor determinante ya que la velocidad promedio

fue de 0.42 km/hr y la distancia entre aspersores fue de 45m x 45m.

Otro parámetro usado para evaluar la uniformidad de riego por aspersión es el

coeficiente de uniformidad desarrollado por Christiansen:

Donde:

Cu = coeficiente de uniformidad de Christiansen (fracción decimal)

xi = observación en cada pluviómetro (mm).

n = número de observaciones.

x = Media de todas las observaciones

CU = 1- 371.24 * 100 = 90%

3,726.22

El Valor del CU, igualmente reporta un valor mucho más alto, al estar directamente

relacionada a la variación de los valores en relación a la media geométrica. Este

indicador confirma que el equipo evaluado está siendo utilizado en forma muy

adecuada como puede ser la presión constante, presión adecuada, entre otros.

Según Keller y Bliesner (2000) los datos de prueba para un CU > 70% usualmente

forma una distribución normal en forma de campana y es razonablemente simétrico en

torno a la media.

100)

*1(

nx

XXiCU

61

6.1.5 Carga dinámica total y unidad de bombeo

De acuerdo al diseño hidráulico del proyecto, la carga dinámica total está compuesta

por cuatro factores: la presión de entrada al sistema, la diferencia topográfica, las

pérdidas por fricción en conducción y diferencia de altura del nivel en la succión.

La situación crítica en el sistema de riego es la carga requerida en la entrada del lateral

que debe mantenerse para lograr un riego eficiente. En el Cuadro 6 se presenta los

cálculos hidráulicos del lateral crítico.

Cuadro 6. Cálculo de factores hidráulicos para determinar la carga requerida en la entrada del lateral

Descripción Actual Cálculo Diferencia

Caudal en el lateral (m³/seg) 0.03463 0.03785 0.00322

Caudal total del sistema (m³/seg) 0.0718 0.0757 0.0039

Velocidad en el lateral (m/seg) 1.90 2.07 0.18

Hf en el lateral (m) 7.85 9.26 2.07

Para satisfacer la demanda del cultivo es necesario aumentar en el lateral 0.0032

m³/seg para un total de 0.03785 m³/seg, en una tubería de aluminio de 6” de diámetro.

Al aumentar el caudal en el lateral las pérdidas por fricción aumentan de 7.85 m a 9.26

m y la velocidad de 1.90 a 2.07 m/seg. para bajar las pérdidas por fricción el diámetro

siguiente comercialmente es de 8” y de acuerdo con el cálculo las pérdidas por fricción

serían de 2.28 metros, sin embargo no resulta económicamente rentable tanto por el

costo de la tubería, accesorios y los traslados manuales que se necesitan realizar en la

operación.

Para determinar la potencia de la bomba y motor de la unidad de bombeo se calculó la

carga dinámica total del sistema de riego. Los resultados se presentan en el Cuadro 7.

62

Cuadro 7. Cálculo de factores hidráulicos para determinar la eficiencia y CDT del sistema de riego

Descripción Actual Cálculo Diferencia

Caudal total del sistema (m³/seg) 0.0718 0.0757 0.0039

Velocidad en línea principal (m/seg) 1.84 1.94 0.10

Carga requerida en la entrada del lateral (m) 41.34 45.58 4.24

Hf en la línea principal 15.42* 12.10** -4.61

0.10 hf línea principal (m) 1.54 1.21 -0.93

Carga estática (nivel dinámico) (m) 11.00 11.00 ---

Carga dinámica total (CDT) 69.30 69.89 0.59

(*) Factor de rugosidad 120 en tubería de aluminio (**) Factor de rugosidad 145 en tubería de pvc

Las pérdidas por fricción (hf) en la línea principal actualmente son menores con

respecto al nuevo cálculo porque el caudal es menor. Para satisfacer la demanda del

cultivo es necesario aumentar el caudal y bajar las pérdidas por fricción en la línea

principal.

Se determinó la potencia de la bomba y motor requerido para el caudal y CDT del

sistema de riego por aspersión tipo cañón. En el Cuadro 8 se presentan los datos

hidráulicos para el cálculo de Hp.

Cuadro 8. Bomba y motor del sistema de riego evaluado

Descripción Actual Cálculo Diferencia

Caudal total (lt/seg) 71.80 75.70 0.0039

CDT 69.30 69.89 -1.30

Eficiencia de la bomba (ef 85%) 85 85 ---

Hp de la turbina 77 82 3

Hp del motor 86 91 5

En el cuadro 8, los 86 Hp de motor corresponden a la demanda de potencia con el

caudal que se tiene actualmente, y los 91 Hp corresponde al nuevo cálculo de caudal

de acuerdo al inciso 6.1.3 donde se determinó el incremento de 13.97 m³/hora lo que

incrementa 5 Hp en el motor ya que se consideró el mismo diámetro de tubería.

63

En el cuadro 9 se detalla la unidad de bombeo que tiene el proyecto de riego

actualmente.

Cuadro 9. Unidad de bombeo para el sistema de riego por aspersión tipo cañón

Descripción Actual Cálculo Diferencia

Turbina CDT 94.51 69.89 24.62

Hp Motor 130 98 32

Modelo motor 6068TF150 4045TF250 ---

Eficiencia actual del motor 66% 92% 26%

Lo que se aprecia en el cuadro 9 es que se tiene un motor y bomba con una potencia

mayor de lo que se necesita, en el cuadro 8 se puede observar que la demanda actual

de Hp de acuerdo al caudal son 86 Hp por lo que hace deficiente la curva del motor. De

acuerdo al rediseño con el incremento de caudal (13.97 m³/hora), la demanda de

potencia es de 91 Hp pero comercialmente no se cuenta con un motor de esa potencia

por lo que será necesario un motor de 98 Hp con una eficiencia de 92%.

Al reducir la potencia del motor apegándolo a la potencia requerida ayudará elevar la

eficiencia del motor y reducirá el gasto de combustible.

En el siguiente inciso se determina si es económicamente rentable hacer una nueva

inversión básicamente en la línea principal.

6.2 ASPECTO ECONOMICO

6.2.1 Evaluación económica

Para determinar la rentabilidad económica del proyecto de riego se consideró el costo

de inversión del proyecto, los costos de operación, ingresos y egresos de los productos

y subproductos de la caña de azúcar, los indicadores de rentabilidad: beneficio costo

B/C, Valor actual neto VAN, tasa interna de retorno TIR, y el periodo de recuperación

64

de la inversión. La tasa de descuento que se utilizó para el presente análisis es de 10%

y un horizonte de evaluación de 10 años.

6.2.1.1 Inversión inicial

La inversión inicial del proyecto consta de: perforación de un pozo de 240 pies con un

diámetro de 12 pulgadas para utilizar una bomba de 10” de diámetro, unidad de

bombeo que consta de una bomba tipo turbina vertical con una columna de 120 pies,

tubería de aluminio, accesorios y trabajos de obra civil para instalación de la unidad de

bombeo.

En el Cuadro 10 se detalla el costo de cada rubro en mención. Se detalla de igual

manera los costos de una nueva inversión de acuerdo a los cálculos de un nuevo

rediseño tomando en cuenta tubería de PVC en la línea principal y cambio de motor de

130 a 98 Hp de acuerdo a los resultados obtenidos de la evaluación.

Cuadro 10. Costos de inversión inicial

Descripción Inversión inicial Cálculo de diseño

Fuente de Agua USD 48,214 USD 48,214

Unidad de Bombeo USD 37,000

USD 37,000

Tubería Aspersores y Accesorios USD 53,423

USD 37,566

Obra Civil USD 400

USD 400

Tubería y accesorios PVC

USD 25,368

Costo Total de Inversión USD 139,037

USD 148,548

Costo de inversión por hectárea USD 1,390

USD 1,485

6.2.1.2 Costos de producción y utilidades del cultivo

Posteriormente se incluyen los beneficios de producir caña de azúcar en el área bajo

riego por aspersión móvil, con la finalidad de determinar los beneficios marginales que

se obtienen en los sistemas de riego en estudio.

65

Los datos estadísticos que se presentan son de tres años de producción del área

irrigada con el sistema de riego por aspersión móvil, la primera cosecha de caña

producida con riego es la efectuada durante el periodo de riego 09-10, en el cual la

producción fue de 112.52 toneladas de caña / ha.

Anteriormente el área de referencia no era irrigada por aspersión, como punto de

referencia se tomó la producción obtenida en el periodo de zafra 07-08, que fue de

95.48 toneladas de caña /ha. En ambos períodos, el cultivo tenía un año de edad (caña

planta). El incremento obtenido es de 17.04 toneladas de caña / ha, el cual se atribuye

a que con el riego por aspersión que se aplicó.

Cuadro 11. Producción de caña por hectárea.

Area Sin riego

07-08 Sin riego

08-09 Con riego

09-10

13.56 115.98 108.25 130.00

16.76 96.93 114.52 114.40

16.98 94.07 110.31 109.20

8.85 92.12 106.61 107.12

7.25 78.32 101.68 101.92

Promedio 95.48 108.27 112.53

Fuente: Histórico de producción de los lotes irrigados por el sistema de riego evaluado.

6.2.1.3 Costos de operación

Los costos de operación se detallan en el Cuadro 12. El periodo que se ha tomado en

cuenta es de 144 días a partir del 01 de enero. Todos los costos pertenecen al periodo

de enero a mayo de 2010.

Cuadro 12. Detalle de costos de operación por hectárea/riego en el sistema de riego por aspersión.

Descripción Costos actuales Nuevo Cálculo Diferencia

Salarios y prestaciones USD 24.81 USD 16.45 USD -8.36

Combustible USD 43.53 USD 21.10 USD -22.43

Mantenimiento preventivo USD 1.07 USD 0.69 USD -0.38

Movimiento de tubería USD 6.35 ----- USD -6,354

Costo x ha riego USD 75.76 USD 38.24 USD -37.52

Costo x mm/ha USD 1.43 USD 0.68 USD -0.75

66

Para poder bajar los costos de operación y hacer más eficiente el tiempo de riego por

día es necesario evitar el tiempo perdido por traslado de tubería principalmente la línea

principal donde se pierde 12 horas por cada traslado, se emplea maquinaria agrícola y

personal.

Las horas efectivas de riego por día se logran con un pago por hectárea regada donde

el personal operativo obtendrá un favorable incremento económico y el sistema de

riego obtiene más eficiencia en tiempo de riego por día.

Como se había mencionado anteriormente el cambio de motor se logra una mejor

eficiencia y un costo menor de operación por ahorro de combustible.

6.2.1.4 Egresos

Los egresos o gastos anuales se detallan en el Cuadro 13. Los costos son por tonelada

de caña producida.

Cuadro 13. Egresos por implementación de riego en el proyecto de riego por aspersión en la finca María Laura por año. (Dólares americanos).

Descripción Costos actuales Rediseño Diferencia

Operación de riego USD 44.56 USD 26.99 USD 17.57

Corte, alce y transporte USD 7.88 USD 7.88 ---

Producción de azúcar USD 4.62 USD 4.62 ---

Producción de melaza USD 0.38 USD 0.38 ---

Producción de energía Kw USD 1.20 USD 1.20 ---

Costo total de egresos/ton: USD 58.64 USD 41.07 USD 17.57

Para determinar el costo total de los gastos anuales se debe multiplicar el costo total de

egresos por las toneladas de caña extra o de incremento que se obtuvieron al

implementar el sistema de riego por aspersión (1,700 ton).

67

6.2.1.5 Ingresos y ahorros por la implementación de riego

Los ingresos que se obtienen por producción de una tonelada de caña, no son

solamente en venta de azúcar y sub productos de la caña, sino también existen otros

beneficios como el ahorro de arrendamiento de tierras, ahorro en mantenimiento de

cultivo y la renovación de cultivo o siembra que se hace por la curva decreciente que

existe entre el primer año al cuarto año. La implementación del riego se logra llevar la

renovación de cuatro a cinco años o más. En el Cuadro 14 se detalla el ingreso y el

ahorro que se obtiene por tonelada de caña.

Cuadro 14. Ingresos obtenidos por implementar riego en el proyecto de riego por aspersión

Descripción Ingresos/tonelada

Ahorro por arrendamiento USD 0.87

Ahorro en mantenimiento de cultivo USD 1.17

Ahorro en renovación (4 años a 5 años) USD 0.36

Venta de Azúcar USD 40.70

Venta de melaza USD 3 .08

Venta de Energía Eléctrica USD 3.40

Total de ingresos por tonelada USD 49.58

6.2.1.6 Indicadores financieros

El primer paso de la evaluación financiera del proyecto consistió en el análisis de

beneficio costo, para ello se estimó los ingresos y egresos del incremento de toneladas

de caña por hectárea (Cuadro 15 y 16) durante diez años.

a. Cálculo de Flujo de caja

En el año cero solo hay gastos de inversión, a partir del año uno los gastos se

estabilizan de acuerdo al presente análisis. Es de esperar que los salarios y los precios

de los insumos aumenten, pero para efectos de cálculo eso no es importante porque en

la columna de beneficios se hizo el mismo procedimiento. Los precios de venta es

posible que aumenten en el futuro

68

Cuadro 15. Flujo de caja para el cálculo de indicadores financieros en dólares americanos.

Año Ingreso Egreso Flujo de

caja Ingreso* Egreso*

Flujo de caja*

0 139,158 -139,158 148,548 -148,548

1 126,020 103,914 22,107 126,020 74,042 51,979

2 126,020 103,914 22,107 126,020 74,042 51,979

3 126,020 103,914 22,107 126,020 74,042 51,979

4 126,020 103,914 22,107 126,020 74,042 51,979

5 126,020 103,914 22,107 126,020 74,042 51,979

6 126,020 103,914 22,107 126,020 74,042 51,979

7 126,020 103,914 22,107 126,020 74,042 51,979

8 126,020 103,914 22,107 126,020 74,042 51,979

9 126,020 103,914 22,107 126,020 74,042 51,979

10 126,020 103,914 22,107 126,020 74,042 51,979

Total 1,260,203 1,039,136 81,909 1,260,203 666,374 319,260

(*) Corresponde al análisis con un rediseño del proyecto de riego por aspersión.

b. Resultados del análisis del VAN

En el Cuadro 15 se presenta una relación de gastos e inversiones anuales y un

beneficio esperado al final de los diez años en las condiciones actuales del proyecto de

riego por aspersión.

Cuadro 16. Cálculo de Valor Presente Neto de la operación actual del proyecto de riego evaluado

69

De acuerdo a los cálculos realizados en el Cuadro 15 al descontar el 10% de

rendimiento, el resultado obtenido del valor actual neto acumulado es negativo, lo que

significa que en los diez años posteriores el proyecto de riego por aspersión, no logra

cubrir la tasa de rendimiento establecida. Dado que el VAN es negativo no tiene sentido

hacer cálculos del TIR.

El anterior análisis fue realizado con base en el equipo que se compró, al costo de

operación actual (periodo 09-10). Por los resultados anteriores se presenta una

propuesta de rediseñó, inversión y costo de operación, optando por invertir en una línea

central fija de PVC, para evitar pérdidas por fricción y fugas ocasionadas por falta de

empaques en buen estado en la unión de cada tubo de aluminio. La implementación de

la tubería central también contribuye a disminuir los tiempos perdidos y ahorro en

traslados (maquinaria y mano de obra). En la unidad de bombeo se utiliza un motor y

bomba de acuerdo a la CDT calculadas en el presente trabajo. Además fue necesario

hacer un plan de control en la parte de la calidad de riego para implementar una forma

de pagar la hectárea de riego para incrementar los ingresos en el personal operativo y

obtener una operación más eficiente.

Cuadro 17. Cálculo del Valor Presente Neto con el factor de actualización de 10% con las modificaciones propuestas para el proyecto de riego por aspersión en la finca María Laura Iztapa, Escuintla

Horizonte t

(años)Ingresos Egresos

Utilidad

Bruta

Factor de

actualización (10%)

= 1/(1 + r)t

Utilidad con

descuento

148,548 -148,548 -148,548

1 126,020 74,042 51,978 0.9091 47,253

2 126,020 74,042 51,978 0.8264 42,957

3 126,020 74,042 51,978 0.7513 39,052

4 126,020 74,042 51,978 0.6830 35,502

5 126,020 74,042 51,978 0.6209 32,274

6 126,020 74,042 51,978 0.5645 29,340

7 126,020 74,042 51,978 0.5132 26,673

8 126,020 74,042 51,978 0.4665 24,248

9 126,020 74,042 51,978 0.4241 22,044

10 126,020 74,042 51,978 0.3855 20,040

Total utilidades 371,232 170,834

70

Se aprecia que aún descontado el diez por ciento de rendimiento, el resultado del valor

actual neto acumulado es positivo, lo cual significa que en 10 años de operación del

proyecto, se logra cubrir la tasa de rendimiento de 10%.

c. Resultados del análisis de TIR

Para determinar el rendimiento real se procedió a calcular la Tasa Interna de

Rendimiento (TIR) por el método de interpolación.

Cuadro 18. Cálculo de Valor Presente Neto con el factor a de actualización del 33% para el cálculo de la Tasa Interna de Retorno, para el proyecto de riego en la finca María Laura Iztapa, Escuintla

Cálculo de TIR de acuerdo a la fórmula:

TIR = Fa1 + [D (VAN1 / VAN2 + VAN1)]

Sustituyendo:

TIR = 0.10 + [0.23 (170,834 / 0 + 170,834)]

TIR = 33%

Con este resultado se tiene que el rendimiento real del proyecto será de 33% hasta el

último año de operación analizado, un 23% más de lo que se estableció al inicio de

operación.

Horizonte t

(años)Ingresos Egresos

Utilidad

Bruta

Factor de

actualización (33%)

= 1/(1 + r)t

Utilidad con

descuento

148,548 -148,548 -148,548

1 126,020 74,042 51,978 0.7521 39,091

2 126,020 74,042 51,978 0.5656 29,400

3 126,020 74,042 51,978 0.4254 22,111

4 126,020 74,042 51,978 0.3199 16,629

5 126,020 74,042 51,978 0.2406 12,506

6 126,020 74,042 51,978 0.1810 9,406

7 126,020 74,042 51,978 0.1361 7,074

8 126,020 74,042 51,978 0.1024 5,320

9 126,020 74,042 51,978 0.0770 4,001

10 126,020 74,042 51,978 0.0579 3,009

Total utilidades 371,232 0

71

d. Relación Beneficio Costo B/C

La relación beneficio costo se calculó con los valores de ingresos y egresos contenidos

en los cuadros anteriores y se descontó el valor correspondiente a la tasa de

rendimiento de 10%. El resultado del análisis beneficio costo B/C se detalla en el

Cuadro 19.

Cuadro 19. Cálculo de relación Beneficio Costo de la producción de caña bajo riego con un sistema de riego por aspersión tipo cañón en un área de 100 has en finca María Laura Corporación San Diego S.A.

El resultado obtenido en el cuadro 19, por cada Dólar invertido en la aplicación del

riego con el sistema de riego por aspersión tipo cañón, se obtienen USD 0.70 de

beneficio.

La regla de decisión en este caso es que si la relación beneficio/costo es mayor que

uno se recomienda ejecutar el proyecto, ya que el valor actual de los beneficios supera

el valor actual de los costes (incluida la inversión).

e. Periodo de recuperación de la inversión

Un parámetro importante que determinó la conveniencia económica del proyecto, es el

período de tiempo en el cual el monto de la inversión en el establecimiento del sistema

de riego es cubierto en su totalidad con las utilidades acumuladas generadas, ésta

apreciación se observar en el Cuadro 19.

Horizonte

t (años)Ingresos Egresos

Factor de

actualización (10%)

= 1/(1 + r)t

Ingreso

Actualizado

Egreso

ActualizadoRelación B/C

1 126,020 74,042 0.9091 114,564 67,311

2 126,020 74,042 0.8264 104,149 61,192

3 126,020 74,042 0.7513 94,681 55,629

4 126,020 74,042 0.6830 86,073 50,572

5 126,020 74,042 0.6209 78,249 45,974

6 126,020 74,042 0.5645 71,135 41,795

7 126,020 74,042 0.5132 64,668 37,995

8 126,020 74,042 0.4665 58,789 34,541

9 126,020 74,042 0.4241 53,445 31,401

10 126,020 74,042 0.3855 48,586 28,546

Total utilidades 774,338 454,956 1.70

72

Cuadro 20. Cálculo del periodo de recuperación de la inversión en el sistema de riego por aspersión en finca María Laura Corporación San Diego S.A.

La inversión se cubre en el momento que el valor de la columna “Saldo final de

inversión” se convierte en positivo, lo cual ocurre en el tercer año del horizonte de

tiempo evaluado en el proyecto.

Figura 20. Representación grafica del periodo de recuperación del capital invertido en el proyecto de

riego por aspersión tipo cañón en finca María Laura, Corporación San Diego S.A.

Horizonte t

(años)

Saldo inicial

de InversiónUtilidad Saldo final e Inversión

1 148,548 51,978 -96,570

2 96,570 51,978 -44,592

3 44,592 51,978 7,386

4 7,386 51,978

5 51,978

6 51,978

7 51,978

8 51,978

9 51,978

10 51,978

AÑO SALDO INICIAL DE

INVERSION UTILIDAD

SALDO FINAL

DE INVERSION

1 5,287,476.4800 895,382.6871 -4,392,093.7929

2 4,392,093.7929 1,044,345.4108 -3,347,748.3821

3 3,347,748.3821 1,313,570.5746 -2,034,177.8075

4 2,034,177.8075 1,390,573.5469 -643,604.2607

5 643,604.2607 1,599,856.6408 956,252.3802

6 956,252.3802 1,539,467.9374

7 0.0000 1,640,780.6990

8 0.0000 1,702,332.2395

-25,000

25,000

75,000

125,000

175,000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Valo

res e

n US

D

Horizonte de tiempo en años

Periodo de recuperación de la Inversión

SALDO INICIAL DE INVERSION UTILIDAD

73

En el Cuadro 21 se presenta un resumen comparativo del análisis económico del

sistema de riego por aspersión tipo cañón en finca María Laura de la corporación San

Diego S.A.

Cuadro 21. Resumen de los indicadores financieros de acuerdo al rediseño del proyecto de riego y costos de operación.

Indicador Financiero Proyecto Actual Proyecto Modificado

Valor Presente Neto (Tasa de descuento 10%) -3,326 170,834

Tasa Interna de Retorno) --- 33%

Periodo Recuperación (años) --- 2.98

Beneficio Costo --- 1.70

74

VII CONCLUSIONES

1. Se determinó que la lámina de riego es de 53 milímetros con una frecuencia

fija de riego de 14 días y una tasa de aplicación de 3.8 milímetros por día,

existe un sobre riego en el mes de enero de acuerdo a la demanda del

cultivo, y en los meses siguientes se cae en un déficit de humedad.

2. La uniformidad de distribución es de 72% lo cual no es catalogado como

aceptable porque de acuerdo a la literatura el mínimo para considerarse

aceptable es de 80%, lo que indica que a un 75% del área recibirá en

promedio un 72% de la lámina y el 25% restante del área recibirá menor al

72% de la lámina.

3. La intensidad de riego actualmente es de 21.25 mm/hora por lo que no habrá

encharcamiento y evaporación mínima durante el riego porque de acuerdo a

la infiltración básica del suelo es de 35.5 mm/hora.

4. Se determinó que la demanda del cultivo es de 6 mm/día en el mes mas

crítico lo que demanda una lámina de riego de 56 mm. Y la capacidad de

retención del suelo es de 74.60 mm. Por lo tanto no habrá percolación al

programar el riego de acuerdo a la demanda del cultivo.

5. La demanda del cultivo es de 272.52 metros cúbicos por hora. Actualmente

se está regando 258.55 m³/hora. Existe una leve deficiencia en el sistema por

pérdidas por fugas en la conducción.

6. El resultado del aforo al pozo es de 295.23 m³/hora y la demanda del cultivo

es de 272.52 metros cúbicos por hora, lo que indica que no se tendrá ningún

problema para abastecer el proyecto de riego por aspersión.

75

7. De acuerdo al indicador financiero VAN el sistema de riego por aspersión no

es rentable porque el resultado del análisis es negativo (-3,326). Para que

sea rentable tiene que ser mayor que 1.

8. El sistema de riego por aspersión tipo cañón no es rentable por el alto costo

de operación y la falta de hectáreas riego. Actualmente se aplican 10 riegos

en total en el periodo de riego (1,000 ha-riego).

76

VIII RECOMENDACIONES

1. Realizar evaluaciones de eficiencia de los sistemas de riego por aspersión al

menos dos veces por periodo de riego para definir lámina y uniformidad de

distribución.

2. Implementar los medidores de caudal en los sistemas de riego por aspersión

móvil para determinar el caudal del sistema.

3. Implementar el manómetro digital en la unidad de bombeo, el cual registra la

presión de trabajo de la bomba durante las 24 horas. Esto ayudará a tener un

control de la presión, revoluciones del motor y caudal del sistema por medio de

calibraciones en campo. Un modelo de manómetro digital se encuentra en

anexos.

4. La implementación de la línea principal fija en PVC en los sistemas de riego por

aspersión semi móvil con fuente de agua subterránea (pozo), para minimizar el

tiempo perdido y costo por traslado de tubería central.

5. Implementación de pago de mano de obra de área regada por turno. Y modificar

las horas por turno de 24 a 12 horas, ya que el rendimiento y la capacidad del

personal influye en la eficiencia de riego.

6. Realizar un estudio agronómico previo al diseño hidráulico en cada proyecto de

riego para lograr responder a las necesidades hídricas del cultivo, evitando

encharcamientos y escorrentía.

7. Determinar la rentabilidad del proyecto con un análisis económico por medio de

los indicadores financieros, VAN, TIR, B/C y estimación del tiempo de

recuperación del capital invertido lo que ayudará a determinar las toneladas de

caña que debe incrementarse por la implementación del riego para tener una

viabilidad positiva del proyecto de riego por aspersión.

77

IX REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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79

X ANEXOS Anexo 1. Hoja para evaluación de pluviometría y aforo de equipo.

80

Anexo 2. Esquema I de riego por aspersión en finca María Laura.

Area neta bajo riego 100 ha

81

Anexo 3. Esquema II de riego por aspersión en finca María Laura.

Area neta de riego 100 ha

82

Anexo 4. Manómetro digital en la unidad de bombeo en proyecto de riego por aspersión en finca María Laura de la Corporación San Diego S.A.

Anexo 5. Medidor de caudal digital en la unidad de bombeo en proyecto de riego por aspersión en finca María Laura de la Corporación San Diego S.A.

Manómetro digital

Medidor de caudal de propela

83

Anexo 6. Boleta de evaluación de sistemas de riego por sistema de los sistemas de riego por aspersión en la Corporación San Diego S.A.

Anexo 7. Boleta de reporte diario de riego por sistema de los sistemas de riego por aspersión en la Corporación San Diego S.A.

84

Anexo 8. Curva de la bomba tipo turbina, marca National con capacidad de 1,200 gpm y 360 pies CDT.

85

Anexo 9. Características del fabricante del aspersor que se utiliza en el proyecto de riego por aspersión tipo cañón en la finca María Laura ubicada en el municipio de Iztapa, Escuintla.

Condiciones de trabajo del aspersor