Embed Size (px)
Citation preview
Universidad de la República Uruguay CENUR Litoral Norte Licenciatura en Recursos Hídricos y Riego
ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD DE LA GESTIÓN Y
REUTILIZACIÓN DE EFLUENTES LÍQUIDOS DE TAMBO
Estación Experimental Facultad de Agronomía, Salto.
Estudiantes:
Federico Senattore,
Paola Russo.
Tutores:
Dra. Q.F. Elena Alvareda,
Ing. Ricardo Rosales,
MSc. Ing. Nicolás Rezzano,
Ing. Mauro D’Angelo.
AGRADECIMIENTOS
Al Centro Universitario Regional Litoral Norte (CENUR), Sede Salto, Universidad de la República
(UdelaR). Al Polo de Desarrollo Universitario (PDU) Departamento del Agua. Al Laboratorio de Agua
y Suelos del CENUR Litoral Norte. A la Estación Experimental de Facultad de Agronomía en Salto
(EEFAS). A la Estación Agrometeorológica de Facultad de Agronomía en Salto. Al Instituto de
Mecánica de los Fluidos IMFIA, Facultad de Ingeniería, Montevideo. Al Departamento de Ecología y
Evolución, CURE, Maldonado. Al Polo de Ecología Fluvial, CENUR Litoral Norte, Paysandú.
Al Director de Carrera: Dr. Ing. Pablo Gamazo.
A los tutores del proyecto: Dra. Q.F. Elena Alvareda, Ing. Ricardo Rosales, MSc. Ing. Nicolás Rezzano,
Ing. Mauro D’Angelo.
Al Director de la EEFAS: Ing. Agr. Carlos Moltini.
A todos los docentes, que, a lo largo de esta carrera, nos han brindado sus conocimientos para que
podamos aplicarlos aquí.
A todos los integrantes del Departamento del Agua; especialmente: Ing. Agrim. Guillermo Dubosc,
Ing. Agr. MSc. Nicolás Blanco, Dr. Ing. Agr. Richard Rodríguez, Dr. Ing. Julián Ramos, Dr. Alejandro
Sosa.
A PhD. Christine Lucas. A Dr. Franco Teixeira de Mello.
A Ing. Agustín Menta e Ing. Manuel Giménez.
A Ing. Agr. MSc. Alexandra Bozzo. A MSc. Ing. Agr. MSc. Celmira Saravia, a Ing. Agr. MSc. Romina De
Souza. A Ing. Agr. MSc. Oscar Irabuena.
A los compañeros de carrera: Bachs Andrés Saracho, Luciano Acosta, Gerardo De los Santos.
A todas las personas que, sin ser nombradas aquí, estuvieron presentes y brindaron su apoyo de
algún modo en este proyecto.
RESUMEN
Este proyecto surge a raíz de la problemática detectada en Estación Experimental de Facultad de
Agronomía en Salto (EEFAS), San Antonio, donde se vierten a terreno efluentes crudos generados
en la planta de ordeñe.
Las características principales de este efluente son: elevados contenidos de materia orgánica, altas
concentraciones de nutrientes como N y P, y elevada carga de microorganismos patógenos
(coliformes fecales termotolerantes). Por lo que esa práctica implica riesgo de contaminación de las
aguas superficiales, subterráneas, y del suelo.
Siguiendo los requerimientos de la normativa del Ministerio de Ganadería Agricultura y Pesca
(MGAP) y la Dirección Nacional de Medio Ambiente (DINAMA), para prevenir la contaminación
ambiental; se propone: construir una laguna de almacenaje de efluente, impermeabilizarla,
extender el tramo de entubamiento y utilizar la actual cámara de almacenaje como sedimentador
primario. Efectuar aplicaciones de efluente líquido a terreno, reutilizándolo como fertilizante
orgánico, y consumir los nutrientes aplicados con cultivos determinados en rotación. Se proponen
dos métodos de aplicación, uno manual (Criterio 1) que consiste en estercolera que el operario
maneja con tractor. Y otro semi-automatizado (Criterio 2), que consiste en estación de bombeo
seguida de un cañón fijo; que se puede accionar mediante un botón, indicándole a un Controlador
Lógico Programable (PLC), cuándo aplicar, y cuando recircular en laguna (para evitar estratificación).
Con esto se lograría: minimizar el riesgo de erosión del suelo, minimizar el riesgo de eutrofización
de aguas superficiales, minimizar el riesgo de contaminación de cultivos y aguas subterráneas por
patógenos.
Como metodología, se calculó el volumen que debería tener una laguna que soportara almacenaje
de efluente, por tantos días, como los que el suelo se encontrara con humedad por encima del 80%.
Se utilizaron datos de 18 años históricos, y se halló mediante balance de masa de paso diario, que
se necesitaría almacenar hasta 186 días seguidos, y para eso la laguna debería retener 735 m3. Luego
se efectuó relevamiento topográfico, se trazaron curvas de nivel cada 0,25 m, realizando planos del
diseño constructivo.
Se calculó una relación entre los días acumulados sin lluvia y la humedad del suelo. Según ésta, el
operario deberá esperar por lo menos 1 día tras la última precipitación, para poder aplicar; y así
respetar que la humedad del suelo no supere el 80%.
Para asegurarse que los nutrientes aplicados fueran consumidos por las plantas, se simularon
parcelas, en las cuales se consideraron cultivos de verano e invierno, en rotación. Para determinar
los Kg/ha que serían aplicados se analizó en laboratorio la concentración de N y P del efluente. Se
halló que para consumir la totalidad del N y P aplicado, con (Criterio 1), se necesitaban 89 ha y con
(Criterio 2) 117 ha.
En conclusión, la reutilización de efluentes líquidos de ordeñe, para riego, es una práctica que se
está implementando en el mundo, y es una propuesta con futuro para desarrollar en Uruguay,
complementaria a la fertilización química convencional, con el plus de ser sustentable y disminuir
costos económicos.
CONTENIDO ABREVIATURAS .................................................................................................................................... vi
INDICE DE FIGURAS ............................................................................................................................ vii
INDICE DE TABLAS ................................................................................................................................x
CAPITULO 1: INTRODUCCIÓN, OBJETIVOS ......................................................................................... xii
1.1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................... 1
1.2. FUNDAMENTO..................................................................................................................... 3
1.3. HIPÓTESIS ............................................................................................................................ 4
1.4. OBJETIVOS ........................................................................................................................... 5
CAPITULO 2: ESTUDIOS BÁSICOS ......................................................................................................... 6
2.1. ESTUDIOS BÁSICOS .............................................................................................................. 7
2.2. MARCO TEÓRICO Y DESCRIPCIÓN DE LAS DIFERENTES ALTERNATIVAS PARA LA GESTIÓN
DE EFLUENTES DE TAMBO. ........................................................................................................... 27
2.3. SITUACIÓN ACTUAL DE LOS TAMBOS EN EL URUGUAY .................................................... 42
2.4. NORMATIVA VIGENTE Y LINEAMIENTOS A FUTURO EN EL URUGUAY ............................. 44
2.5. JUSTIFICACIÓN DE LA ALTERNATIVA DE GESTIÓN SELECCIONADA................................... 46
CAPÍTULO 3: MEMORIA DESCRIPTIVA Y MEMORIA DE CÁLCULO JUSTIFICATIVA ............................. 52
3.1. PROPUESTAS PLANTEADAS ............................................................................................... 53
3.2. DATOS HISTÓRICOS DISPONIBLES Y PRETRATAMIENTO DE DATOS ................................. 56
3.3. BALANCE HÍDRICO EN LAGUNA CONSIDERANDO RESTRICCIONES DE HUMEDAD DEL
SUELO 59
3.4. COMPROBACIÓN CAPACIDAD PARA CONECTAR SANEAMIENTO ..................................... 67
3.5. BALANCES HÍDRICOS SOBRE LAGUNA, CONSIDERANDO APLICACIONES A TERRENO ...... 72
3.6. BALANCES DE NUTRIENTES ............................................................................................... 94
3.7. DISEÑO DEL SISTEMA DE BOMBEO Y RED: CRITERIO 2 ................................................... 115
3.8. ESQUEMA DE LA SUPERFICIE DE RIEGO POSIBLE PARA LOS CRITERIOS 1 Y 2 ................. 137
CAPITULO 4: MEMORIA CONSTRUCTIVA Y ANÁLISIS DE COSTOS ..................................................... 52
4.1. RELEVAMIENTO TOPOGRÁFICO Y NUEVO TRAZADO DE CURVAS DE NIVEL ....................... a
4.2. PLANOS CONSTRUCTIVOS .................................................................................................... c
4.3. MEMORIA CONSTRUCTIVA .................................................................................................. c
4.4. COSTO DE CONSTRUCCIÓN DE LA LAGUNA DE ALMACENAMIENTO CON
IMPERMEABILIZACIÓN POR GEOMEMBRANA O POR ARCILLA COMPACTADA .............................. g
4.5. INVERSIÓN INICIAL, GASTOS OPERATIVOS Y DE MANTENIMIENTO, CRITERIO 1 ............... h
4.6. INVERSIÓN INICIAL, GASTOS OPERATIVOS Y DE MANTENIMIENTO, CRITERIO 2 ............... k
4.7. RESUMEN COMPARATIVO DE COSTOS INVERSIÓN, GASTOS OPERATIVOS Y DE
MANTENIMIENTO .......................................................................................................................... m
CAPÍTULO 5: DISCUSIÓN, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ..................................................... n
vi
ABREVIATURAS
EEFAS: Estación Experimental de Facultad de Agronomía en Salto.
INIA SG: Instituto Nacional de Investigación Agropecuaria, estación experimental Salto Grande.
EVA – Evaporación
EVATA – Evaporación del Tanque A
P - Precipitación
ETP – Evapotranspiración Potencial
CF – Coliformes Termotolerantes
CT – Coliformes totales
N – Nitrógeno.
P - Fósforo.
K - Potasio
SST - sólidos suspendidos totales
SSF - sólidos suspendidos fijos
SSV - sólidos suspendidos volátiles
DQO - demanda química de oxígeno
MO - materia orgánica
VO - Vaca en ordeñe
Q – Caudal
γ - Peso específico
W – Trabajo
A - Área
vii
INDICE DE FIGURAS
Figura 1 - Ubicación de la EEFAS. ........................................................................................................ 1
Figura 2 - Estación EEFAS, tambo, represa. ......................................................................................... 1
Figura 3 - Cuenca del Arroyo San Antonio Grande, subcuenca productiva aguas arriba de EEFAS.
QGIS. Elevación en metros. ................................................................................................................. 2
Figura 4 - Instalaciones del tambo, dimensiones en [m]. ................................................................... 7
Figura 5 - Flujograma del efluente en el tambo actualmente. ........................................................... 9
Figura 6 - Ubicación de los pozos de abastecimiento. ........................................................................ 9
Figura 7 - Puntos de muestreo cuenca Arroyo San Antonio (Acosta & Lucas, 2016). ...................... 11
Figura 8 - Playa, pre-playa, sala de ordeñe. ...................................................................................... 16
Figura 9 - Comederos dentro de la sala de ordeñe. .......................................................................... 17
Figura 10 - Producto de limpieza A-500 Weizur (R). ........................................................................... 17
Figura 11 - Producto de limpieza Oxi-Clean, Weizur (R). .................................................................... 18
Figura 12 - Producto de limpieza S-100 Premium, Weizur (R)............................................................ 18
Figura 13 - Barométrica. .................................................................................................................... 18
Figura 14 - Canalización y pozo séptico............................................................................................. 19
Figura 15 - Grupos de suelos en EEFAS según clasificación CONEAT. ............................................... 25
Figura 16 - Perfil de la calicata. Fuente: (Blanco, 2017) .................................................................... 26
Figura 17 - Esquema de las alternativas para la gestión del efluente de tambo. ............................. 27
Figura 18 - Reja separadora de sólidos gruesos. Fuente: Google Images. ........................................ 27
Figura 19 - Desarenador. Fuente: Google Images. ............................................................................ 28
Figura 20 - Desarenador. Fuente: Goolge Images. ............................................................................ 28
Figura 21 - Desarenador. Fuente: Google Images. ............................................................................ 29
Figura 22 - Pozo estercolero. Fuente: Google Images. ..................................................................... 30
Figura 23 - Tamiz estático. Fuente: Google Images. ......................................................................... 31
Figura 24 - Tamiz rotatorio. Fuente: Google Images. ........................................................................ 31
Figura 25 - Filtro prensa. Fuente: Google Images. ............................................................................ 31
Figura 26 - Laguna de almacenamiento. Fuente: Google Images. .................................................... 33
Figura 27 - Representación de la secuencia de lagunas de tratamiento biológico. Fuente: Google
Images. .............................................................................................................................................. 34
Figura 28 - Esquema del funcionamiento de una laguna anaerobia. Fuente: Google Images. ........ 34
Figura 29 - Esquema de funcionamiento de una laguna facultativa. Fuente: Google Images. ......... 35
Figura 30 - Proceso de simbiosis. ...................................................................................................... 36
Figura 31 - Configuración típica de un sistema de aplicación al terreno con cañón móvil. Fuente
(Dairy NZ, 2011). ............................................................................................................................... 36
Figura 32 - Configuración típica de un sistema de aplicación al terreno con aspersores. Fuente
(Dairy NZ, 2011). ............................................................................................................................... 37
Figura 33 - Configuración típica de un sistema de aplicación al terreno con sedimentador/tamiz
estático y aspersores. Fuente (Dairy NZ, 2011). ............................................................................... 37
Figura 34 - Configuración típica de un sistema de aplicación al terreno con sedimentador/tamiz y
aspersores. Fuente (Dairy NZ, 2011). ................................................................................................ 38
viii
Figura 35 - Configuración típica de un sistema de aplicación al terreno con sedimentador y
estercolera. Fuente (Dairy NZ, 2011). ............................................................................................... 38
Figura 36 - Configuración típica de un sistema con sedimentador y contratista esparcidor. Fuente
(Dairy NZ, 2011). ............................................................................................................................... 39
Figura 37 - Humedales artificiales. Fuente: Google Images. ............................................................. 40
Figura 38 - Decreto 253/79 - Parámetros estándar para las aguas de Clase 3. ................................ 44
Figura 39 - Cumplimiento de funciones del sistema de tratamiento. ............................................... 50
Figura 40 - Plano de potreros en EEFAS. ........................................................................................... 55
Figura 41 - Geometría de la laguna. .................................................................................................. 59
Figura 42 - Diseño hipotético para una futura red de saneamiento. ................................................ 67
Figura 43 - Martin, 2010. ................................................................................................................... 74
Figura 44 - Humedad promedio en el suelo vs. días secos. .............................................................. 75
Figura 45 - Evolución del almacenamiento en laguna, criterio 1, sin regar en los 2 días previos sin
lluvia. ................................................................................................................................................. 84
Figura 46 – Electrobomba sumergible Zenit. .................................................................................... 85
Figura 47 - Izquierda: Tubo Venturi. Fuente: Amazon.es. Derecha: Funcionamiento de un tubo
Venturi. Fuente: Hydro Environment. En este caso en lugar de fertilizante se succionará aire. ...... 86
Figura 48 - Soporte flotante para la bomba sumergible. Fuente: Gianni S.A. .................................. 86
Figura 49 - Válvula esférica. Fuente: Leroy Merlin. ........................................................................... 86
Figura 50 - Electrobomba centrífuga con rodete abierto Pedrollo. .................................................. 87
Figura 51 - PLC para la semi-automatización de las bombas. Fuente: Siemens. .............................. 87
Figura 52 - Cañón fijo para la aspersión. Fuente: Gianni S.A. ........................................................... 87
Figura 53 - Evolución del volumen almacenado en el tiempo, bajo criterio 2. ................................. 93
Figura 54 - Ciclo del nitrógeno. Fuente: dreamstime.com ................................................................ 94
Figura 55 - Ciclo del fósforo. Fuente: dreamstime.com .................................................................... 94
Figura 56 - Efectos del desagüe directo de efluente con exceso de nutrientes observados en el
sitio. ................................................................................................................................................... 95
Figura 57 - Esquema de las corrientes de sala de ordeñe y sala de espera. ..................................... 97
Figura 58 -Resultados de balance de Nitrógeno, para un período de 18 años, para las tres parcelas,
según criterio 1. ............................................................................................................................... 108
Figura 59 - Resultados del balance de Fósforo, para un periodo de 18 años, para las tres parcelas,
según criterio 1. ............................................................................................................................... 109
Figura 60 - Evolución de la tasa de aplicación de Nitrógeno durante un período de 18 años para las
parcelas 1, 2 y 3, según criterio 1. ................................................................................................... 110
Figura 61 - Evolución de la tasa de aplicación de Fósforo en el tiempo, en un período de 18 años
para las parcelas 1, 2 y 3, según criterio 1. ..................................................................................... 110
Figura 62 - Resultados de balance de Nitrógeno, para las tres parcelas, en un período de 18 años,
según criterio 2. ............................................................................................................................... 112
Figura 63 - Resultados de balance de Fósforo, para las tres parcelas, criterio 2. ........................... 113
Figura 64 - Evolución de la tasa de aplicación de Nitrógeno en el tiempo, parcelas 1, 2 y 3, criterio
2. ...................................................................................................................................................... 114
Figura 65 - Evolución de la tasa de aplicación de Fósforo en el tiempo, parcelas 1, 2 y 3, criterio 2.
......................................................................................................................................................... 114
ix
Figura 66 - Esquema de a instalación de bombeo, redes de aspersión y retroalimentación. (No se
encuentra a escala). ........................................................................................................................ 115
Figura 67 - Curva característica del sistema. ................................................................................... 119
Figura 68 - Gráfico del fabricante curva H-Q. No proporciona tabla. Bomba Zenit, sumergible. ... 120
Figura 69 - Gráfico y tabla de H-Q proporcionada por fabricante Pedrollo. Bomba centrífuga no
sumergible. ...................................................................................................................................... 120
Figura 70 - Curva característica de la bomba, se representa su funcionamiento en serie. ............ 122
Figura 71 - Punto de funcionamiento del sistema. ......................................................................... 124
Figura 72 - Selección de H y Q de diseño del sistema. .................................................................... 126
Figura 73 - Potencia otorgada por la bomba Pedrollo. ................................................................... 126
Figura 74 - Potencia otorgada por la bomba Zenit. ........................................................................ 126
Figura 75 - Coeficientes de pérdida de carga locales. Fuente: Azevedo Netto et al. 1998. ............ 130
Figura 76 - Bosquejo del perfil hidráulico. (No se encuentra a escala). .......................................... 133
Figura 77 - Perfil hidráulico. ............................................................................................................ 134
Figura 78 - Esquema de funcionamiento de la bomba, PLC, boya y válvulas. ................................ 135
Figura 79 - Esquema lógico PLC para retroalimentación. ............................................................... 136
Figura 80 - Esquema lógico PLC para aspersión. ............................................................................. 136
Figura 81 – Esquema de parcelas de riego posibles, que abarcan la superficie necesaria para el
criterio 1. ......................................................................................................................................... 137
Figura 82 - Esquema de parcelas de riego posibles, que abarcan la superficie necesaria para el
criterio 2. ......................................................................................................................................... 137
Figura 83 - GPS diferencial. ................................................................................................................. a
Figura 84 - Puntos relevados en relevamiento topográfico con GPS diferencial. (Software libre
QGIS(R))................................................................................................................................................. b
Figura 85 - Mapa de elevaciones 3D. Software Surfer (R), versión de prueba. .................................. b
Figura 86 - Curvas de nivel generadas cada 0,5 m. Software Surfer (R) versión de prueba. Y zona de
interés para la ubicación de la laguna (recuadro negro). *Cotas 55,45 m sobre cero oficial. ............ b
x
INDICE DE TABLAS
Tabla 1 - Aportes de saneamiento de los habitantes de la EEFAS. ..................................................... 8
Tabla 2 - Análisis de agua: pozo 1. Laboratorio de Agua y Suelos, CENUR Litoral Norte, Resp.: Dra.
Q.F. Elena Alvareda. .......................................................................................................................... 10
Tabla 3 - Resultados de análisis de las muestras según punto de ubicación del Arroyo San Antonio
(Acosta & Lucas, 2016). ..................................................................................................................... 12
Tabla 4 - Riesgo de salinidad en relación al contenido de sólidos disueltos totales y conductividad.
........................................................................................................................................................... 14
Tabla 5 - Tasa máxima de aplicación. Fuente: CONAPROLE, 2009. .................................................. 15
Tabla 6 - Resultados de análisis de parámetros fisicoquímicos y microbiológicos del agua efluente.
Laboratorio de Agua y Suelos, Departamento del Agua. Resp.: Dra. Elena Alvareda. Laboratorio
CURE, Resp.: Dr. Franco Teixeira de Mello. ....................................................................................... 15
Tabla 7 - Resultados de análisis de parámetros fisicoquímicos, Departamento de Ingeniería
Ambiental IMFIA Facultad de Ingeniería. .......................................................................................... 15
Tabla 8 - Estimación de usos del agua en tambo. ............................................................................. 17
Tabla 9 - Observaciones y evaluación de la situación actual de la gestión del efluente. ................. 20
Tabla 10 – Índice de riesgo para aguas superficiales. Basado en (MGAP, 2008). ............................. 23
Tabla 11 - Índice de riesgo para aguas subterráneas. Basado en (MGAP, 2008). ............................. 24
Tabla 12 - Ventajas y desventajas de los diferentes separadores de sólidos. .................................. 32
Tabla 13 - Ventajas y desventajas de los sistemas de aplicación a terreno. ..................................... 39
Tabla 14 - Normativa vigente para parámetros microbiológicos...................................................... 45
Tabla 15 - Normativa vigente para parámetros físico-químicos. ...................................................... 46
Tabla 16 – Comparación con Propiedades de un efluente líquido de tambo aplicado en suelo
Argiudol, Argentina. .......................................................................................................................... 53
Tabla 17 - Rangos de kp para v y HR dados. Fuente (Allen et al 1998).. ........................................... 58
Tabla 18 – Resultados, caudal de diseño red de saneamiento ......................................................... 71
Tabla 19 - Análisis días secos previos vs. Humedad en el suelo........................................................ 74
Tabla 20 – Tasas de infiltración básicas para suelos de diferente textura. Fuente: Hillel, 1998. ..... 83
Tabla 21 - Resultados obtenidos para el criterio 1............................................................................ 84
Tabla 22 - Datos de fabricante, Cañón HT-40G-PENGUIN. ............................................................... 92
Tabla 23 – Resultados del balance de masa sobre la laguna bajo el criterio 2. Ver metodolodía
antes descripta. ................................................................................................................................. 93
Tabla 24 - Costo energético (pesos uruguayos/hora) según (UTE, 2017) ......................................... 93
Tabla 25 - Nutrientes removidos del suelo por diferentes cultivos. Fuente: (USDA, 2017). ............ 99
Tabla 26 - Abreviaturas de cultivos. .................................................................................................. 99
Tabla 27 - Consumos de nitrógeno y fósforo (conversión a unidades del S.I.). Suponiendo que una
cosecha tarda 6 meses, y que se produce 1 tonelada por cosecha (unitario). ............................... 100
Tabla 28 - Tasa máxima de aplicación de nutrientes. Fuente: (CONAPROLE/MGAP/DINAMA, 2009).
......................................................................................................................................................... 101
Tabla 29 - Ha requeridas para consumir todo el N y P a la vez, según el criterio 1. ....................... 107
Tabla 30 - Ha requeridas para consumir todo el N y P a la vez, según el criterio 2. ....................... 111
Tabla 31 - Curva característica del sistema (H-Q). Valores de f Moody y velocidad para cada caudal
y diámetro. ...................................................................................................................................... 118
xi
Tabla 32 - Coeficientes para la ecuación de la bomba 2 (iguales para la bomba 3). ...................... 121
Tabla 33 - Coeficientes para la ecuación de la bomba 1. ................................................................ 121
Tabla 34 – Curvas características del fabricante para todas las bombas. ....................................... 121
Tabla 35 - Coeficientes de la curva de sistema, y curva de fabricante. .......................................... 123
Tabla 36 - Punto de funcionamiento del sistema. .......................................................................... 124
Tabla 37 – Resultados obtenidos, configuración H-Q de diseño del sistema. ................................ 125
Tabla 38 - Potencia absorbida por cada bomba. ............................................................................. 126
Tabla 39 - Resultados obtenidos, potencia requerida. ................................................................... 127
Tabla 40 - Perfil hidráulico: ............................................................................................................. 134
Tabla 41 - Inversión inicial para el criterio 1. ...................................................................................... h
Tabla 42 - Horas de trabajo estimadas del tractor. Criterio 1. ............................................................ h
Tabla 43 - Costos operativos estimativos del tractor. Criterio 1. ......................................................... i
Tabla 44 - Gastos operativos y de mantenimiento anuales y mensuales. Criterio 1. .......................... j
Tabla 45 - Inversión inicial, criterio 2. ................................................................................................. k
Tabla 46 - Desglose consumo de energía eléctrica, criterio 2.............................................................. l
Tabla 47 - Desglose gasto energético para jornada de retroalimentación. ......................................... l
Tabla 48 - Desglose gasto energético para jornada de aspersión. ....................................................... l
Tabla 49 - Horas de trabajo del operario. ............................................................................................ l
Tabla 50 - Gastos anuales y mensuales, criterio 2. ............................................................................ m
Tabla 51 - Resumen comparativo de costos, en pesos uruguayos. criterios 1 y 2. ............................ m
CAPITULO 1: INTRODUCCIÓN, OBJETIVOS INTRODUCCIÓN
FUNDAMENTO
HIPÓTESIS
OBJETIVOS
1
1.1. INTRODUCCIÓN
El tambo se ubica dentro del predio de la EEFAS y es una dependencia de la Universidad de la
República, Uruguay. Allí se forman Ingenieros Agrónomos, se realizan actividades de docencia, se
genera y divulga conocimiento a través de la investigación y extensión. Le compete el desarrollo de
la producción lechera, entre otros rubros. Su influencia se extiende a todas las actividades
universitarias que se realizan en el CENUR Litoral Norte – Sede Salto de la Universidad de la
República, como es el caso de docentes del área Riego del Departamento del Agua que realizan sus
investigaciones en la EEFAS.
Fue fundada en 1912, luego de aprobada la Ley de creación de las seis estaciones agronómicas con
los objetivos de enseñanza, experimentación y establecimiento de explotación modelo. En sus
comienzos se dictaban cursos prácticos a estudiantes de Facultad de Agronomía, se realizaba
experimentación aplicada al mejoramiento de la producción agrícola, industria lechera, producción
frutícola de la zona. En el año 1921, pasó a depender de la Universidad, donde se concede a los
directores amplia autonomía técnica; se consolidaron los servicios y se organizó la producción y
gestión administrativa, y se invirtieron fondos en enseñanza e investigación.
Se encuentra ubicada en la Ruta 31 kilómetro 21 ½ , en el departamento de Salto, Uruguay (Figura
1), contando con 1019 ha de superficie (Figura 2), dedicadas actualmente a tareas experimentales
e investigación relacionadas a
pasturas naturales mejoradas y
sembradas, ganadería ovina y
bovina, lechería, horticultura,
frutales nativos y citricultura.
Además se dictan cursos curriculares
tanto de Facultad de Agronomía
como de Facultad de Veterinaria.
Figura 1 - Ubicación de la EEFAS.
Figura 2 - Estación EEFAS, tambo, represa.
2
Como antecedentes, en los primeros tiempos de funcionamiento se contaba con pocos animales,
obteniéndose una producción para consumo propio. En los últimos años el número de vacunos en
ordeñe se ha incrementado hasta llegar a 100 animales. La directiva de la estación no se ha
planteado tener otro crecimiento en la población bovina lechera.
El tambo forma parte de la Cuenca del Arroyo San Antonio Grande, que abarca aproximadamente
250 km2, cuyo cauce recorre una longitud principal de 44 km, a través de un tramo inicial dedicado
a la producción agrícola, y un tramo final que pasa por el cinturón suburbano de Salto, hasta
terminar en la desembocadura con el Río Uruguay (Acosta & Lucas, 2016).
Aguas arriba de la estación, la subcuenca del arroyo delimita unos 20 Km2 de área productiva
agrícola, la cual efectúa sus vertidos al mismo cuerpo de agua conteniendo restos de fertilizantes,
pesticidas, y otras sustancias con compuestos orgánicos, nitrogenados y fosfatados, esto hace que
el agua posea previamente cierta carga contaminante.
Además, aguas abajo el arroyo obtiene aportes de zonas suburbanas y urbanas, por lo que a lo
anterior, se suma otro tipo de aportes contaminantes como ser plásticos, sólidos, aguas negras. En
la misma zona suburbana además, el arroyo pasa a pocos metros del vertedero municipal. Al
finalizar el recorrido, las aguas desembocan en el río Uruguay, a pocos metros de la toma para la
planta potabilizadora de Obras Sanitarias del Estado (OSE) que alimenta a la Ciudad de Salto (Figura
3).
Figura 3 - Cuenca del Arroyo San Antonio Grande, subcuenca productiva aguas arriba de EEFAS. QGIS. Elevación en metros.
Toma
de OSE
Zona
suburbana
EEFAS
Ciudad de Salto
N
3
1.2. FUNDAMENTO
Por lo expuesto, se plantea el riesgo de contaminación ambiental a consecuencia de las actividades
productivas del tambo, principalmente el riesgo de disminución de la calidad del agua superficial y
subterránea debido al vertido no controlado de los efluentes sin tratar con elevada carga orgánica
y patógena; además del riesgo de degradación del suelo debido al drenaje y escurrimiento no
controlado de los efluentes.
La contaminación hídrica puede afectar directamente a la población de la EEFAS (estudiantes,
docentes, funcionarios y visitantes), a los poblados aledaños, y al ecosistema en su conjunto. Es por
esto que una gestión de los efluentes generados en el tambo es prioritaria.
Se pretende analizar la situación desde una perspectiva de cuenca, tratando los efluentes y
realizando su disposición en forma planificada, de modo de causar el menor impacto en el medio
ambiente; considerando que debe haber un equilibrio entre la actividad del tambo, la población de
las vecindades y el ecosistema natural.
Para brindar una solución a esta problemática se ha elaborado el presente proyecto de fin de carrera
llamado “ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD DE LA GESTIÓN Y REUTILIZACIÓN DE EFLUENTES LÍQUIDOS DEL
TAMBO de la EEFAS, SALTO”. El mismo se realiza en el marco de la carrera de grado Licenciatura en
Recursos Hídricos y Riego, dependiente de Facultad de Ingeniería, dictada en el Centro Universitario
Regional Litoral Norte (CENUR), de la Universidad de la República, Uruguay.
Se pretende plasmar en el presente trabajo los conocimientos adquiridos en los cursos previos,
dentro de las áreas temáticas Hidráulica, Hidrología, Tratamiento de Agroefluentes, Medio
Ambiente y Calidad de Agua, Química del Agua, Métodos Numéricos, entre otros; aplicándolos a la
resolución de un problema real, planteado por el Departamento del Agua, a pedido de la Estación
Experimental de Facultad de Agronomía en Salto (EEFAS).
Se cuenta con el apoyo, para el uso de las instalaciones y materiales, del Laboratorio de Agua y
Suelos de CENUR Litoral Norte; del Instituto de Mecánica de los Fluidos e Ingeniería Ambiental
(IMFIA) de Facultad de Ingeniería de la Universidad de la República, Uruguay, Montevideo; del Polo
de Ecología Fluvial del Centro Universitario Paysandú (CUP)y del Centro Universitario Regional Este
(CURE).
4
1.3. HIPÓTESIS
La gestión sustentable de efluentes líquidos de ordeñe, en el tambo de la EEFAS, se puede lograr,
mediante la reutilización del efluente en forma de fertilización orgánica, teniendo en cuenta la
preservación de la calidad del agua y el suelo.
5
1.4. OBJETIVOS
1.4.1. OBJETIVO GENERAL
Diseñar un sistema sustentable de reutilización del efluente líquido de ordeñe, en forma de
fertilización orgánica, para el tambo de la EEFAS.
1.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Caracterizar fisicoquímica y microbiológicamente el efluente y estudiar el flujo del mismo en la
planta.
Diseñar un sistema de almacenaje del efluente líquido, y su impermeabilización bajo dos
alternativas.
Diseñar sistemas de aplicación del efluente en forma de aspersión, en dos alternativas: una manual
y otra semi-automatizada; planteando un plan de aspersiones y rotaciones de cultivos. Las mismas
deben priorizar la minimización: del riesgo de erosión del suelo, del riesgo de eutrofización del agua
superficial y del riesgo de contaminación patógena del agua subterránea.
Analizar numéricamente la evolución del almacenaje del efluente, en el sistema diseñado, mediante
balance de masa en laguna. La evolución de la humedad en el suelo tras las aspersiones, mediante
balance de masa en el suelo. La cantidad de nitrógeno y fósforo aplicado y consumido, mediante
balance de nitrógeno y fósforo en cultivos.
Estudiar la posibilidad de conexión del saneamiento de viviendas al sistema de almacenaje diseñado.
Presentar planos constructivos y memoria descriptiva del sistema de almacenaje diseñado, tuberías
de conducción del efluente por gravedad, sistema de bombeo. Presentar diseño hidráulico de
tuberías de conducción a presión y de sistema de aspersión.
Presentar esquemas lógicos programables de controladores automáticos.
Calcular inversión inicial para el sistema de almacenaje e inversión inicial comparativa para ambas
propuestas de impermeabilización.
Calcular comparativamente costos, gastos de operación y mantenimiento, leyes sociales, de ambos
sistemas de aplicación a terreno.
6
CAPITULO 2: ESTUDIOS BÁSICOS ESTUDIOS BÁSICOS
MARCO TEÓRICO Y DESCRIPCIÓN DE DIFERENTES ALTERNATIVAS DE GESTIÓN
SITUACIÓN ACTUAL DE LOS TAMBOS EN EL URUGUAY
NORMATIVA VIGENTE Y LINEAMIENTOS A FUTURO
JUSTIFICACIÓN DE LA ALTERNATIVA DE GESTIÓN SELECCIONADA
7
2.1. ESTUDIOS BÁSICOS
2.1.1. RELEVAMIENTO DE DATOS EN LA ESTACIÓN
2.1.1.1. RELEVAMIENTO DE SALA DE ORDEÑE, PLAYA Y PRE-PLAYA
Se efectúa un relevamiento inicial de las instalaciones actuales del tambo y sus dimensiones, datos
que serán utilizados posteriormente (Figura 4).
2.1.1.2. INSTALACIONES EN FUNCIONAMIENTO Y POBLACIÓN RESPECTIVA DE EEFAS
El tambo se encuentra en el predio de la EEFAS, donde existe un importante flujo de personas:
estudiantes, docentes, funcionarios, personal de mantenimiento.
Mediante los datos recopilados, mediante relevamiento en el EEFAS y entrevistas con su Director,
se hace un diagnóstico de la situación actual del EEAFAS, del tambo y de los efluentes generados en
el mismo y en otras instalaciones. Además, se concretan otras entrevistas y reuniones con actores
de interés.
Otras instalaciones generadoras de efluentes además del tambo son:
Figura 4 - Instalaciones del tambo, dimensiones en [m].
8
Laboratorio de anatomía:
Realizan actividades de estudio de cadáveres de animales. Aún no está en pleno
funcionamiento.
Para la conservación de los cadáveres, están instalando una cámara de frío, y tienen previsto
utilizar volúmenes importantes de formol, para almacenar los animales en piletas de plástico,
luego de extraídos de la cámara.
Laboratorio de fitopatología:
Estudian el crecimiento de hongos y microorganismos que crecen en la fruta, o en los cultivos
que se plantan en la estación.
Utilizan productos en su mayoría naturales, orgánicos. (Agar, glucosa).
Laboratorio de histología (o de piel):
Se dedica al estudio de la piel de ovinos, para determinar el grosor de la fibra de lana que
producen. Trabaja con productos potencialmente cancerígenos, (tolueno, xilol).
Laboratorio de reproducción:
Estudian la conservación y mejora de las razaoas ovinas, trabajo con muestra de semen, en la
conservación de semen se utilizan productos naturales, nose utilizan productos químicos.
Sección citricultura:
En investigación utilizan pocos insecticidas, plaguicidas. Trabajan unas 6 personas.
Pabellón masculino:
Consta con baños, duchas, cocina. Alberga entre 25 y 30 personas, en temporada de clases.
Pabellón femenino (o casa 3):
Idem. al anterior. Alberga aprox. 16 personas, en temporada de clases.
Pabellón funcionarios:
Consta de 1 baño, duchas. Trabajan aprox. 25 funcionarios.
Estudiantes: cabe destacar que existe gran variabilidad en la cantidad de estudiantes que recibe
la EEFAS, la época crítica es en los meses de setiembre, octubre, noviembre, hasta el 15 de
diciembre, donde se dictan cursos y pasantías. Luego en los meses de marzo hasta agosto
pueden haber cursos puntuales, de entre 60 y 70 estudiantes.
Tabla 1 - Aportes de saneamiento de los habitantes de la EEFAS.
Resumen de los aportes a aguas negras
Total de personas fijas 45
Vacas ordeñadas 80-100
9
Descripción del flujo del efluente en el tambo
El esquema de la Figura 5 muestra que el efluente se compone de dos corrientes de flujo, la que
viene desde la playa y preplaya, arrastrando una gran cantidad de residuos sólidos, y la proveniente
de la sala de ordeñe que contiene mayormente residuos de leche y detergentes.
2.1.1.3. AGUAS SUBSUPERFICIALES, PARA ABASTECIMIENTO
La EEFAS cuenta con tres pozos de agua (Figura 6), el pozo (1) alimenta el tambo y las diferentes
instalaciones de la estación (casas, laboratorios). El pozo (2) es utilizado para el riego de las parcelas
de citricultura. El tercer pozo está en desuso según lo manifestado por funcionarios.
2.1.1.3.1. CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA Y MICROBIOLÓGICA DE LAS AGUAS
SUBSUPERFICIALES
Figura 5 - Flujograma del efluente en el tambo actualmente.
Figura 6 - Ubicación de los pozos de abastecimiento.
10
Se realiza análisis de parámetros relevantes en el Pozo 1 para conocer la calidad inicial del agua
antes de ingresar al tambo. Los resultados obtenidos se detallan en la Tabla 2, comparando con la
normativa vigente para cada parámetro. Para el agua del Pozo 1 aplica la normativa de OSE, dado
que es apta para consumo humano; para los parámetros no contemplados en la normativa de OSE,
se aplica el Decreto 253/79, agua de clase 1.
Cabe mencionar que DINAMA (Dirección Nacional de Medio Ambiente), efectúa análisis periódicos
en el pozo (1) y muy pocas veces han dado resultados de coliformes fecales presentes, (Moltini,
2017); en la mayoría de los casos el resultado es ausencia de coliformes fecales.
2.1.1.4. AGUAS SUPERFICIALES, PARA RIEGO
A continuación se describen las aguas superficiales de mayor relevancia en la EEFAS.
REPRESA
Aguas abajo del tambo existe una represa construida en el año 2011, con el fin de regar parcelas
experimentales, también tiene usos recreativos de pesca. La misma originalmente embalsaba
164.000 m3 pero se le aumenta la altura del terraplén para llegar hasta los 200.000 m3.
Desde el tambo hasta la represa, el agua recorre 175 m entubados, y luego 660 m por una zanja a
cielo abierto en la tierra de pendiente 1,4%. El agua en la zanja no presenta gran turbidez, pero se
supone que tiene un alto contenido de nutrientes, por la observación del tipo de pastura en los
alrededores y su color verde. Los animales no pastan en ella.
ARROYO SAN ANTONIO GRANDE
Todas estas aguas son afluentes del Arroyo San Antonio Grande, que recorre 5,74 Km desde la
naciente hasta la EEFAS.
Se efectúa una salida de campo para observar el Arroyo San Antonio, desde su naciente, hasta su
desembocadura; se consideran para el estudio varios puntos que resultan de interés para
comprender la cuenca, la relación de la calidad de sus aguas con las diferentes actividades
productivas a través de las cuales va pasando, así como también con los poblados por los que
atraviesa y su incidencia en la comunidad.
Parámetro Valor medido Valores de referencia
pH 7,50 6,5 – 8,5 (UNIT, 2008)
Conductividad [µS/cm] 699,0 <2000 μS/cm (UNIT, 2008)
Nitrato [mg/L] 26,3 <50 mg/L (UNIT, 2008)
OD [mg/L] 7,71 Mín 5 mg/L (Dec. 253/79)
Coliformes totales 3 UFC / 100 mL Ausencia en 100 mL. (UNIT, 2008)
Coliformes fecales Ausencia en 100 mL Ausencia en 100 mL. (UNIT, 2008)
Tabla 2 - Análisis de agua: pozo 1. Laboratorio de Agua y Suelos, CENUR Litoral Norte, Resp.: Dra. Q.F. Elena Alvareda.
11
2.1.1.4.1. CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA DE LAS AGUAS DEL ARROYO SAN ANTONIO GRANDE
Según la metodología propuesta por (Acosta & Lucas, 2016), se realizaron determinaciones in-situ
de los parámetros: temperatura, pH, potencial redox, conductividad, turbidez, oxígeno disuelto,
sólidos totales disueltos. Luego en laboratorio se midieron: Nitrato y Sulfato, por el método de
espectrofotometría (APHA, 2012).
Figura 7 - Puntos de muestreo cuenca Arroyo San Antonio (Acosta & Lucas, 2016).
El Punto 1, se ubica debajo del puente a pocos metros de Ruta 3. Este punto obtiene un fuerte
aporte de la zona productiva horti-frutícola de Salto, por lo que se podría esperar encontrar
contaminación por nutrientes provenientes de fertilizantes, también debida a pesticidas y
herbicidas. (Ver Figura 7).
El Punto 2, se encuentra al Este del pueblo San Antonio. En monitoreo visual se observan residuos
plásticos de uso doméstico y residuos orgánicos provenientes de los desechos de los hogares. Las
márgenes están erosionadas y con muy poca cobertura vegetal.
El Punto 3, se encuentra en puente ex-Ruta 3, se puede observar mayor caudal, no presenta olor.
Hay vegetación ribereña, con arbustos, mínimamente alterada a ambas márgenes del puente.
El Punto 4 se encuentra en Colonia Osimani, a pocos metros de la desemocadura. Presenta
vegetación de monte parque alterada.
El Punto 5, está ubicado metros antes de la desembocadura del arroyo en el río Uruguay, existe
influencia del río, se observa un ensanchamiento del cauce. Según monitoreo visual el agua presenta
coloración grisácea, amarronada, clara.
12
En cada punto se extrajo una muestra de agua, desde aproximadamente la mitad del curso de agua
y a unos 20 cm por debajo de la superficie, a contra corriente. Se utilizó un envase de vidrio de 500
mL y se acondicionó para ser transportada a 4°C hasta el Laboratorio de Agua y Suelos del
Departamento del Agua. Los análisis de los parámetros se realizaron antes de las 4 horas de
extraidas las muestras.
A continuación, se muestran los datos de los parámetros medidos en agua.
Tabla 3 - Resultados de análisis de las muestras según punto de ubicación del Arroyo San Antonio (Acosta & Lucas, 2016).
N° Muestra Distancia [km] Temperatura [°C] pH ORP [mV] Conduct.[mS/cm]
1 23,5 20,1 7,74 246 0,356
2 35,7 21,0 7,65 272 0,373
3 13,5 19,7 7,89 273 0,347
4 4,61 20,0 7,86 278 0,280
5 0,90 21,7 7,65 277 0,061
N° Muestra Turbidez [NTU] OD [mg/L] TDS [mg/L] NO3 [mg/L] SO4 [mg/L]
1 59,3 7,26 231 5,14 11,5
2 52,7 3,93 242 14,8 10,0
3 49,6 7,00 226 6,05 10,2
4 48,0 10,14 182 6,45 11,4
5 84,8 8,41 39 13,0 17,0
2.1.1.5. AGUAS EFLUENTES DEL TAMBO: CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA Y MICROBIOLÓGICA
Para diseñar cualquier sistema de gestión es necesario conocer las características del efluente con
el que se va a trabajar. Es por ello que se efectúan análisis fisicoquímicos y microbiológicos de los
parámetros más relevantes descritos en la bibliografía (CONAPROLE, IMFIA, DINAMA, 2009).
DISEÑO DEL MUESTREO DEL EFLUENTE:
Se toman muestras en dos puntos que corresponden a dos corrientes de efluente, provenientes de
diferentes lugares, las cuales se unen en una corriente única, en una cámara de inspección con dos
entradas y una salida. (Ver Figura 57).
El primer punto, corresponde a la tubería de entrada a la cámara actual de almacenaje, en este tubo
la corriente proviene de la playa y pre-playa; allí se toman dos muestras (una para el análisis de
fósforo y otra para el análisis de nitrógeno). En este mismo tubo se mide el caudal circulante, el cual
resulta en 1,12 L/s, dado que se efectúan dos lavados de 20 minutos c/u, por día, esto resulta en un
caudal de 2,69 m3/d.
13
El segundo sitio, es en la tubería de entrada a la cámara de inspección, que se encuentra fuera de la
sala, en este tubo la corriente proviene de la sala, allí se toman 2 muestras (del mismo modo, una
para el análisis de fósforo y otra para el análisis de nitrógeno). Se toma un total 4 muestras en
botellas de PET.
La suma de ambas corrientes ha sido estimada en la EEFAS, en base al gasto de agua que se
contabiliza en un día de trabajo, en 3,13 m3/d.
PROCEDIMIENTO DE TOMA DE LA MUESTRA:
Se extrae una muestra compuesta por cinco tomas, espaciadas 15 min. en el tiempo, de ½ L cada
una, y se coloca en un balde limpio, se revuelve para homogeneizar el agua, y se toma una muestra,
con un frasco limpio de 1 L, de esta mezcla homogeneizada. Se efectúan las mediciones de los
parámetros temperatura, pH y conductividad in situ.
Se toman muestras compuestas, utilizando el mismo procedimiento descrito, de ambos puntos para
ser enviadas a analizar Nitrógeno a Laboratorio LAII, Paysandú, Uruguay.
También se toman muestras de ambos puntos en botellas limpias de 250 mL para ser analizado el
contenido de fósforo. Se envían las muestras congeladas y acondicionadas con geles fríos a analizar
al laboratorio del Departamento de Ecología y Gestión Ambiental, CURE, Universidad de la
República, Maldonado, Uruguay.
Para el análisis microbiológico se toma una muestra en un frasco estéril de vidrio de 500 mL
únicamente del punto 1.
Para el análisis de Sólidos Suspendidos Totales (SST) y Sólidos Suspendidos Volátiles (SSV) se toma
una muestra únicamente del punto 1, en botella limpia de 500 mL y se envía al Laboratorio de IMFIA
Facultad de Ingeniería, Universidad de la República.
IMPORTANCIA DE LOS PARÁMETROS SELECCIONADOS
Los parámetros elegidos en este trabajo fueron: temperatura, pH, conductividad, coliformes
termotolerantes, nitrógeno total, fósforo, amonio, sólidos suspendidos totales (SST), sólidos
suspendidos fijos (SSF), sólidos suspendidos volátiles (SSV), demanda química de oxígeno (DQO).
La justificación de su selección se describe a continuación. (Eddy y Metcalf, 2003).
Conocer la temperatura del efluente es relevante, ya que a medida que la temperatura aumenta,
disminuye la solubilidad de los gases, y por lo tanto disminuye la concentración de oxígeno,
poniendo en riesgo la vida acuática.
El pH juega un papel fundamental en la mayoría de los procesos químicos, por ejemplo, determina
la presencia de determinadas especies químicas en solución acuosa.
La conductividad eléctrica es importante porque es una medida indirecta de las sales presentes en
el agua. El agua con fines de reciclado para riego, debe tener niveles bajos o medios de contenidos
de sales, para preservar el suelo, y evitar la erosión del mismo, así como también evitar la
14
contaminación de aguas subterráneas con salinidad. La concentración de sales se puede estimar a
través de la conductividad del agua, mediante la fórmula:
𝑇𝐷𝑆 =𝐶𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑 . 640
1000
Donde:
𝑇𝐷𝑆 [𝑚𝑔/𝐿] = Sólidos Totales Disueltos.
𝐶𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑 [𝑚𝑆] = Conductividad eléctrica del agua.
Según fuentes bibliográficas (CONAPROLE et. al. 2009) el riesgo de salinización se puede relacionar
con el contenido de sólidos disueltos totales y la conductividad como se puede observar en la Tabla
4.
El recuento de coliformes fecales se considera un indicador microbiológico muy relevante. Los
coliformes totales son bacterias que se encuentran en el medio ambiente, el suelo y las plantas,
éstos generalmente no causan problemas. Sin embargo, los coliformes fecales son un grupo de
bacterias que se encuentran en los intestinos de los animales naturalmente, ya sea en el humano u
otros, y deben su presencia en el agua generalmente al vertido de heces. Tienen el potencial de
causar enfermedades, cuando se encuentran en otras partes del sistema digestivo en las cuales no
es habitual que estén, es el caso de la ingesta de agua contaminada. Las bacterias más comunes
dentro de este grupo son: Escherichia coli, éstas se utilizan como un indicador de contaminación
fecal, la gran mayoría de las cepas son patógenas, es decir que pueden causar enfermedades al ser
humano. (North Carolina Public Health, 2010).
En cuanto a la importancia del Nitrógeno y Fósforo, estos parámetros serán analizados en detalle
más adelante.
El amonio es un producto del ciclo del nitrógeno que afecta la población de peces en cursos
acuáticos por ser tóxico.
SST, SSF, SSV permiten estimar la composición de la fracción sólida del efluente. Grandes contenidos
de sólidos suspendidos en un efluente pueden provocar un color oscuro, y turbidez que hacen difícil
la penetración de la luz, interfiriendo en los procesos de fotosíntesis y en la oxigenación del agua.
La materia orgánica proviene de las heces y tiende a ser descompuesta por microorganismos
naturalmente presentes en ella. Si hay elevados contenidos de materia orgánica, el proceso de
descomposición se puede ver demasiado incrementado, aumentando las poblaciones de
descomponedores desmedidamente, y desequilibrándose la biota acuática. En ese caso, disminuye
Nivel de Riesgo Sólidos Disueltos Totales [mg/L] Conductividad [dS/m]]
Ninguno <500 <0,75
Ligero 500-1000 0,75-1,5
Moderado 1000-2000 1,5-3
Severo >2000 >3
Tabla 4 - Riesgo de salinidad en relación al contenido de sólidos disueltos totales y conductividad.
15
el contenido de oxígeno en agua, y aumenta el contenido de células muertas y residuos biológicos.
La materia orgánica se puede estimar mediante el parámetro DQO. Este parámetro estima la
materia orgánica susceptible de ser oxidada por medios químicos, que hay disuelta o en suspensión
en una muestra líquida. Este método sufre interferencias por la presencia de sustancias inorgánicas
susceptibles de ser oxidadas (sulfuros, sulfitos, yoduros), que también se reflejan en la medida.
En caso de efectuar aplicaciones al terreno con el efluente, la tasa de aplicación de nutrientes debe
estar controlada según lo muestra la Tabla 5.
En las tablas 6 y 7 se muestran los resultados obtenidos de los diversos parámetros analizados, para
caracterizar el efluente. Estos análisis servirán para determinar la calidad del efluente si se quiere
utilizar para fines de riego.
Tabla 6 - Resultados de análisis de parámetros fisicoquímicos y microbiológicos del agua efluente. Laboratorio de Agua y Suelos, Departamento del Agua. Resp.: Dra. Elena Alvareda. Laboratorio CURE, Resp.: Dr. Franco Teixeira de Mello.
Parámetro medido Punto 1 (Playa y Pre-Playa)
Punto 2 (Sala)
Temperatura [°C] 24,1 24,9
pH 9,24 9,60
Conductividad [µS/cm] 18,4 9,60
Coliformes fecales [UFC/100 mL] 1,54x1010 SD
Nitrógeno Total [mg/L] 200,5 61,0
Fósforo [mg/L] 59,1 28,6
Tabla 7 - Resultados de análisis de parámetros fisicoquímicos, Departamento de Ingeniería Ambiental IMFIA Facultad de Ingeniería.
Amonio [mg/L] SST [mg/L] SSF [mg/L] SSV [mg/L] DQO [mgO2/L]
Punto 1 6.9 350 147 203 1239
Punto 2 103.9 1107 374 733 539
2.1.1.6. RÉGIMEN DE PARICIONES
Existe una gran variación estacional de la cantidad de animales en el tambo a lo largo del año. A
partir del 15 de abril (etapa de alta producción), se ordeñan unos 80 a 100 animales, mientras que
durante los meses de enero, febrero, marzo y hasta el 15 de abril (etapa de baja producción) se
ordeña un número mínimo de animales, entre 0 y 5 bovinos.
En la temporada se realizan dos ordeñes por día, con una producción promedio de 20
L/animal/ordeñe.
2.1.1.7. MANEJO DEL RODEO EN EL TAMBO
Una vez que se llevo el rodeo al corral de espera o también llamado playa por los operarios, mientras
algunos animales esperan, otros ingresan a la sala de ordeñe, la cual tiene una capacidad de
N P K
Kg/ha/año 150 45 65
Tabla 5 - Tasa máxima de aplicación. Fuente: CONAPROLE, 2009.
16
alojamiento de 12 animales por tanda, en dos filas de 6 órganos cada una, el tiempo que
permanecen en la sala varía entre 15 y 20 minutos.
2.1.1.8. CARACTERÍSTICAS DEL CORRAL DE ESPERA
Se cuenta con un corral de primer arribo, o “pre-playa”, y un corral de espera o “playa”. La pre-playa
consta de dos partes, una de ellas es un corral de tierra desnuda compactada por la pisada de los
animales, esta no escurre hacia la cámara por lo tanto sus dimensiones no se consideran. (Ver Figura
8).
Consecutivamente, se encuentra el otro tramo de la pre-playa, de 47,5 m2, en este caso el suelo está
hecho en piedra, probablemente date de los inicios de la estación, esta sí escurre hacia la cámara
actualmente.Por su parte, el suelo del corral de espera o playa es una planchada de hormigón de
dimensiones 123,5 m2, tiene una capacidad de 40 animales entrando en forma holgada. Se estima
que los animales permanecen en el corral de espera 1:30 h. Posee un sistema de aspersión que
mantiene el hormigón mojado continuamente desde antes de que vengan los animales hasta
después que se retiran, para que le sea más fácil al operario lavar luego con el mangón para retirar
los sólidos. Además cumple la función de refrigreración para contrarrestar el estrés por calor que
sufren los animales.
Pre-playa Pre-playa
Sala de ordeñe Playa Figura 8 - Playa, pre-playa, sala de ordeñe.
17
Figura 9 - Comederos dentro de la sala de ordeñe.
2.1.1.9. ALIMENTACIÓN DEL RODEO
Se alimenta a las vacas lecheras mientras se las
ordeña, por lo que estando allí paradas,
generan un cierto volumen de deyecciones
que deben ser limpiadas posteriormente, hay
un comedero por cada fila, lo que suma un
total de dos comederos. (Figura 9).
2.1.1.10. VOLUMEN DE AGUA EMPLEADA
Se obtienen datos estimados por el personal de tambo de la EEFAS en base a experiencia previa,
ensayos y observaciones efectuadas, recopilados en un informe donde se describe el uso del agua
en el tambo (datos proporcionados por el Director de EEFAS Ing. Agr. C. Moltini).
De acuerdo a estos reportes se utilizan:
Tabla 8 - Estimación de usos del agua en tambo.
Subtotal [L/d] Total [L/d]
Lavado de pezoneras 50
530 Lavado de ubres 160
Lavado de tanque 320
Lavado Playa 1200 2600
Lavado preplaya 1400
2.1.1.11. PRODUCTOS DE LAVADO
Se entrevista a funcionario de la sala de ordeñe que proporciona datos
sobre los productos utilizados para el lavado de los diferentes equipos.
Lavado de la máquina de ordeñe:
1. Luego de cada ordeñe (dos veces por día) se realiza un lavado
alcalino, preparando una solución de 200 g de detergente alcalino
en 40 L de agua a 70°. El producto utilizado, es un detergente
alcalino clorado en polvo, no espumigéneo, que contiene
Hidróxido de Sodio.
Comederos,
se encuentran
dentro de la sala.
Figura 10 - Producto de limpieza A-500 Weizur (R).
18
Figura 12 - Producto de limpieza S-100 Premium, Weizur (R).
2. Los lunes y jueves por la mañana (es decir una vez ese día) se realiza un lavado ácido,
preparando una solución de 200 mL de ácido en 40 L de agua
caliente. El producto utilizado, es un desincrustante ácido, no
espumigéneo, que contiene Ácido Fosfórico.
3. Se desinfecta con bactericida todos los días antes del ordeñe,
preparando una solución de 100 mL de producto en 20 L de agua.
El producto utilizado es un desinfectante líquido germicida, que
contiene Ácido Peracético, Ácido Acético y Peróxido de
Hidrógeno.
Lavado del tanque de frío:
1. Se lava con detergente en polvo alcalino y agua caliente 70°.
2. Se desinfecta con 20 cc.
Otros productos usados alternativamente son:
Desinscrunstante ácido líquido, contiene Ácido Forfórico;
Limpiador desengrasante, contiene Hidróxido de Sodio;
Limpiador alcalino clorado, contiene Hidróxido de Sodio.
2.1.1.12. INFRAESTRUCTURA DISPONIBLE
En cuanto a maquinaria, se dispone de un
tractor, un tanque pequeño de barométrica
(Figura 13).
Es importante destacar que el aspersor se
ha averiado, por lo que se aplica el efluente
al terreno directamente desde el mangón
de salida de la barométrica, este no es en lo
absoluto apropiado para obtener una
aplicación uniforme.
Otra observación a resaltar es que por el
momento no se cuenta con pala para
recoger sólidos, pero existe la posibilidad de
adquirir una, ya que son de costo accesible.
Las instalaciones dentro de la sala se alimentan con agua del pozo 1, que es bombeada desde el
mismo hacia un tanque superior al que no se le efectúa cloración, y luego se distribuye.
Se cuenta con un tanque de frío de 4000 L, para almacenar la leche, que luego es vendida a
CONAPROLE, quien efectúa los controles pertinentes. Para la limpieza de este tanque, se cuenta con
un termofón de agua caliente de 50 L, el agua proviene del tanque superior.
Para la limpieza de la playa y pre-playa de espera se utiliza un mangón con agua del pozo.
Figura 13 - Barométrica.
Figura 11 - Producto de limpieza Oxi-Clean, Weizur (R).
19
2.1.1.13. POZO SÉPTICO
En el tambo existe una cámara séptica de dimensiones: 1,40 profundidad x 4,30 m ancho x 3,00 m
largo, lo que resulta en un volumen de 18 m3 aproximadamente, que cumple la función estercolero,
sedimentador y piscina de almacenamiento. El estiércol se retiene en una capa flotante superior, en
la parte central almacena aguas negras y en la parte inferior acumula lodos y sólidos sedimentados.
Además de recibir aguas negras, la cámara también colecta agua pluvial. Las aguas blancas
provienen de la parte Este del techo del tambo que cubre un área de 39 m2 de la playa que se
encuentra hormigonada y de la preplaya cuyo piso está revestido en piedra. Dado que no hay
canalón en el techo, el agua de la lluvia cae a la pre-playa. Entre la playa y la pre-playa existe una
canalización que desemboca en la cámara, por lo tanto, las aguas pluviales, las de escurrimiento de
los corrales de espera y las del efluente, van a parar a la cámara.
En la cámara, el agua residual se reserva durante un período de 15-20 días hasta que se llena,
entonces se la vacía con una barométrica, para luego aplicar los sólidos en terreno. Algunas veces
se supera este nivel, de modo que el agua alcanza la cota del nivel de entrada y el efluente comienza
a retroceder, siendo urgente su limpieza.
En la limpieza se intenta retirar tanto las aguas negras como los sólidos depositados en el fondo
(barro y piedras).
El pozo séptico se encuentra a unos 100 metros aguas abajo del pozo (1). A su vez está aguas arriba
de los pozos (2) y (3). A pesar de que este pozo séptico puede ser una fuente de contaminación de
las aguas subsuperficiales que se usan en el tambo, se considera, en base al análisis de agua
realizado, y a los antecedentes proporcionados por el director de la estación, que no está
contaminando.
Además también existen pozos sépticos en algunas de las casas e instalaciones.
2.1.1.14. PERSONAL
En cuanto a personal, hay un operario dentro de la sala y otro encargado de arrear el ganado, los
cuales se turnan una semana cada uno. Se efectúan dos turnos diarios (4:00 AM y 15:00 PM). El
funcionario en la sala se encarga de realizar las tareas de manejo del rodeo dentro de las
instalaciones, ordeñe, limpieza de sala. El encargado de arrear el ganado se encarga además de la
limpieza de playa, pre-playa, y sala.
Figura 14 - Canalización y pozo séptico.
20
2.1.1.15. SITUACIÓN ACTUAL DE LA GESTIÓN
Visto el relevamiento de datos de la EEFAS se elabora el siguiente cuadro de observaciones y
evaluación Tabla 9 que será insumo para las propuestas que se formularán.
Tabla 9 - Observaciones y evaluación de la situación actual de la gestión del efluente.
Unidad Observaciones Comentarios
1. SEDIMENTADOR: No se cuenta con un sedimentador de sólidos, sin embargo la cámara cumple esta función.
Esto afecta negativamente la duración de la bomba de la barométrica. Reduce el volumen útil de almacenaje.
2. POZO ESTERCOLERO: No existe pozo estercolero para remover el estiércol de la fracción líquida.
Esta función es cumplida por la misma cámara. Parte de los sólidos flotan y parte se sedimenta.
3. LIMPIEZA DE PLAYA:
No se practica una limpieza, o barrido de sólidos de la playa previa al lavado.
Provoca que el efluente llegue a la cámara con una carga orgánica superior a la que llegaría si esto se hiciera.
4. PLUVIALES:
Tanto el pluvial del techo como el escurrimiento de la playa y preplaya van a parar a la cámara.
Esto aumenta considerablemente el volumen de agua que llega a la cámara, mesclándose aguas blancas que no deberían ser tratadas con aguas negras, y produciendo picos elevados en eventos de precipitación que resultan en desbordes imprevistos.
5. CÁMARA DE ALMACENAJE:
Posee un volúmen de 18 m3. Está construída en hormigón, no se ven fisuras, por lo que se supone que no infiltra. Se vacía cada 20 ó 30 días, o a veces más. En general, pasan algunos días desde comienza a exceder hasta que se la vacía efectivamente.
La cámara está en excelentes condiciones, pero no cumple la función de almacenaje correctamente, es pequeña para el tambo. Trabaja excedida.
6. SISTEMA DE APLICACIÓN A TERRENO:
El aspersor se rompió hace mucho tiempo y se efectúan las aplicaciones directamente desde el mangón de la barométrica en los potreros que estén visiblemente amarilleando.
Al regar no se aplica una lámina uniforme en el predio, el agua infiltra dificultosamente y se producen encharcamientos que lejos de beneficiar al suelo lo erosionan y perjudican la pastura.
21
7. DESCARGA DE LA ZANJA A LA REPRESA
El efluente excedente de la cámara recorre una zanja y descarga en la laguna.
Con este sistema se corre un serio riesgo de contaminación de la represa de agua con la que se riega los cultivos experimentales de toda la estación.
2.1.1.16. MATRIZ DE RIESGO DE CONTAMINACIÓN DE AGUAS
En esta sección se analiza el riesgo de contaminación de aguas superficiales y subterráneas con
aguas provenientes de la actividad de la estación de ordeñe en EEFAS.
La palabra riesgo hace referencia la probabilidad que existe de que se contamine el medio ambiente.
(CONAPROLE, IMFIA, DINAMA, 2009) propusieron una metodología de clasificación del riesgo de
contaminación, que considera ciertos factores condicionantes, que hacen el predio más, o menos
susceptible a ser contaminado.
Para estimar un índice de contaminación de las aguas superficiales y subterráneas. Los principales
factores que influyen allí son: la permeabilidad del suelo, la pendiente hacia el curso de agua, la
distancia al curso o cuerpo de agua, la zona geográfica el caudal del curso de agua, el número de
vacas en ordeñe en el establecimiento y la profundidad de la napa freática.
RIESGO PARA LAS AGUAS SUPERFICIALES
Se analiza el riesgo de contaminación de aguas superficiales según el índice propuesto por
(CONAPROLE, IMFIA, DINAMA, 2009). Los valores otorgados y cálculos se muestran en (Tabla 10).
o Permeabilidad del suelo: cuanto más impermeable es el suelo, más oportunidad da al
escurrimiento superficial que desemboca en el curso de agua más cercano que encuentra. En
este caso, se trata de un suelo franco arcillo limoso, y arcillo limoso en los primeros 40 cm de
profundidad, lo que lleva a suponer una permeabilidad media a baja.
o Pendiente del terreno: a más pendiente más rápidamente escurre el efluente hacia el curso de
agua. En este caso, la zanja que nace en el tambo tiene una pendiente de 1 %.
o Distancia al curso de agua: cuanto más alejada se encuentre la fuente generadora del efluente
del curso de agua, menor será el riesgo de contaminación. En este caso el tambo se encuentra
a 1,5 Km del arroyo aproximadamente, lo que se considera lejano.
o Zona geográfica: el arroyo San Antonio si bien no es un arroyo del cual se utilice su agua para
tomas de consumo humano, sí es un curso importante de agua. En primer lugar, recorre la franja
hortícola-frutícola de Salto donde se generan muchas descargas de fertilizantes, plaguicidas.
Recorre también algunos poblados como pueblo San Antonio, y más aguas abajo se adentra en
el cinturón suburbano del departamento de Salto. Estas condiciones lo hacen un curso de agua
influyente para la comunidad y por eso en este trabajo se caracteriza la zona como de
sensibilidad media.
22
o Caudal del curso de agua: el arroyo San Antonio Grande es un curso de agua caudaloso, esto
hace que el efluente que se descargue produzca un impacto menor en medio, dado que este
tiene una gran capacidad de dilución, pero que esto no deje pasar por alto que más adelante en
su recorrido el curso recibe otros aportes contaminantes (mencionados anteriormente), que
podrían, eventualmente, de ser todos desmedidos, superar su capacidad de carga. Tal criterio
le otorga un riesgo de contaminación medio.
o N° de vacas de ordeñe del establecimiento: a mayor número de animales en ordeñe, más
efluentes generados, lo que aumenta el factor de riesgo. En este caso, por ser un tambo chico
de unas 100 vacas en ordeñe en temporada alta, se le otorga un valor de riesgo de 1.
23
A partir de la matriz calculada, se clasifica el riesgo de contaminación de las aguas superficiales:
riesgo medio.
RIESGO PARA AGUAS SUBTERRÁNEAS (Tabla 11).
Se analiza el riesgo de contaminación de aguas subterráneas según el índice propuesto por
(CONAPROLE, IMFIA, DINAMA, 2009). Los valores otorgados y cálculos se muestran en (Tabla 11).
Permeabilidad del suelo: es el análisis del riesgo de las aguas subterráneas a ser contaminadas.
Zona geográfica: cuanto más cerca de la población se encuentre, más riesgo de contaminación
habrá.
N° de vacas en ordeñe: cuantas más vacas en ordeñe haya en el establecimiento, más elevado
será el riesgo de contaminación del acuífero.
Factor Clasificación Valor asignado
Permeabilidad del suelo 1 Permeable 2
2 Medio
3 Impermeable
Pendiente 1 Sin pendiente (0 a 1%) 2
2 Medio (1 a 4%)
3 Importante (>4%)
Distancia al curso de agua 1 Lejano (>Km) 1
2 Media (entre 200 m y 1 Km)
3 Cercano (menor a 200 m)
Zona geográfica 1 Poco sensible 2
2 Sensibilidad media
3 Muy sensible
Caudal del curso de agua 1 Cuerpo de agua de caudal importante: ej.: arroyo caudaloso.
2
2 Medio: (cañada de caudal bajo pero que no se corta en estiaje)
3 Bajo: (tajamar, cuerpo de agua que se corta en estiaje)
Nº de vacas en alta producción
0,5 Si el nº de V.O. es menor a 30 1
0,8 Si el nº de V.O. está entre 30 y 80
1 Si el nº de V.O. está entre 80 y 150
1,2 Si el nº de V.O. es mayor a 150
Índice de riesgo (aguas superficiales) 10
Índice de riesgo (aguas superficiales)
6 o menor Bajo
6 a 10 Medio
10 a 13 Importante
>13 Alto
Tabla 10 – Índice de riesgo para aguas superficiales. Basado en (MGAP, 2008).
24
A partir de la matriz calculada, se clasifica el riesgo de contaminación de las aguas subterráneas:
riesgo moderado.
Factor Caracterización Peso Valor asignado
Impermeabilidad del suelo 1 Impermeabe 1 2
2 Medio
3 Permeabe
Zona geográfica 1 Poco sensible 1 2
2 Sensibillidad media
3 Muy sensible
Altura de la napa freática 1 Profunda 1 3
2 Media
3 Próxima
N° de vacas en ordeñe en el establecimiento en alta producción
0,5 Si el n° de V.O es <30 1 1
0,8 Si el n° de V.O. está entre 30 y 80
1 Si el n° de V.O. está entre 80 y 150
1,2 Si el n° de V.O. es >150
Índice de riesgo (aguas subterráneas) 8
Índice de riesgo (aguas subterráneas)
6 o menor Bajo
6 a 9 Moderado
Más de 9 Alto
Tabla 11 - Índice de riesgo para aguas subterráneas. Basado en (MGAP, 2008).
25
2.1.2. SUELO: UNIDADES CARTOGRÁFICAS, HORIZONTES DEL SUELO.
Es importante conocer el tipo de suelo con el que se cuenta para poder estimar las propiedades
hídricas del mismo, y evaluar la viabilidad de un sistema de aplicaciones a terreno. Pero también es
necesario para conocer la productividad del mismo, y su fertilidad estimada, en el caso de asociar
cultivos al mismo. Es por esto que se efectúa un estudio de los suelos de la EEFAS, teniendo en
cuenta los datos existentes.
La mayor parte de los suelos pertenece al grupo 12.11 en el cual predominan los Vertisoles Háplicos,
los Brunosoles Éutricos Típicos de profundidad moderada, y también los Litosoles Éutricos
Melánicos. Se corresponden con la Unidad de suelos Itapebí - Tres Árboles de la carta de suelos
escala 1:1.000.000. El índice de productividad es de 162. (MGAP, 2018).
Una pequeña porción de los suelos pertenece al grupo 1.21 cuyos suelos también se describen como
Litosoles Éutricos Melánicos, Brunosoles Éutricos Típicos, Brunosoles Éutricos Meánicos y Vertisoles
Hápicos. Su profundidad es en general menor, a veces de tan solo 30 cm, y el índice de productividad
es de 86. (MGAP, 2018).
Luego también en una pequeña porción se encuentran suelos del grupo 1.10b, éstos se caracterizan
por una mayor pedregosidad y afloraciones de roca basáltica. Dominan los Litosoles Subéutricos
Melánicos, de textura franco arcillosa. El índice de productividad es 30. (MGAP, 2018).
Para complementar esta información, se analiza un estudio previo sobre los horizontes del suelo en
la zona, a continuación se muestra la descripción del perfil de una calicata efectuada en EEFAS
(Blanco, 2017).
Figura 15 - Grupos de suelos en EEFAS según clasificación CONEAT.
26
Horizontes:
A: 0 - 20 cm. Color 10 YR 3/1, textura franca arcillo limoso, bloques subangulares medios que
rompen en chicos, moderada, transición clara, consistencia en húmedo plástica.
Bt1: 20 – 42 cm. Color 10 YR2/2, textura arcillo limoso. Bloques angulares medios fuertes,
consistencia en húmedo muy plástico, películas de arcilla abundante. Transición clara.
Bt2: 42 – 65 cm. Color 10 YR2/1, textura
arcillosa. Bloques angulares y subangulares
medios, moderada fuerte, consistencia en
húmedo muy plástico, películas de arcilla
muy abundantes, transición gradual.
B/C: 65 – 78 cm. Color 10 YR 3/1, textura
arcillo limoso. Bloques angulares medios,
moderada a fuerte, películas de arcillas,
consistencia en húmedo plástico, transición
gradual.
C/B: 78 – 92 cm. Color 10YR 3/3, textura limo
arcilloso, bloques angulares, moderada a
débil, películas de arcilla discontinuas,
consistencia en húmedo ligeramente
plástico.
C: 92 a + cm. Color 10 YR 4/3, textura limosa,
gravillas pequeñas.
Figura 16 - Perfil de la calicata. Fuente: (Blanco, 2017)
27
2.2. MARCO TEÓRICO Y DESCRIPCIÓN DE LAS DIFERENTES ALTERNATIVAS PARA LA
GESTIÓN DE EFLUENTES DE TAMBO.
Teniendo en consideración los sistemas actuales de tratamiento de efluentes de tambo, según lo
que se ha leído en una búsqueda bibliográfica extensa, se pueden distinguir tres etapas dentro de
las cuales se tienen diferentes opciones para la gestión del efluente (Figura 17). A continuación, se
describe cada una en detalle.
Figura 17 - Esquema de las alternativas para la gestión del efluente de tambo.
Previamente al proceso algunos autores recomiendan la colocación de una
reja como primer obstáculo para los sólidos más gruesos, que pueden ir
desde guantes, jeringas, piolas, plásticos hasta restos grandes de materia
seca. Generalmente son hechas de planchuelas, separadas por 1,5 cm.
(CONAPROLE, IMFIA, DINAMA, 2009) (Figura 18).
Es recomendable efectuarles una limpieza frecuente con el fin de evitar
obturaciones que dificulten el flujo del líquido.
Luego del pasaje por la reja en una primera etapa, es imprescindible
disminuir la concentración de sólidos suspendidos y flotantes (de menor
densidad que los que quedaron atrapados en la reja). Los mismos ya no
deben estar presentes en etapas posteriores ya que disminuyen la
eficiencia, crean obstrucciones, dañan las bombas y aparatos.
Dentro de las unidades de separación de sólidos se pueden encontrar separadores de sólidos
pasivos: el desarenador, la estercolera; y separadores de sólidos mecánicos, como ser: el tamiz
mecánico, el tamiz estático y la prensa extrusora. A continuación, se los describe:
Figura 18 - Reja separadora de sólidos gruesos. Fuente: Google Images.
28
PRIMERA ETAPA
DESARENADOR
Son diseñados con el objetivo de minimizar el ingreso de sólidos gruesos al sistema, como arena, ramas, piedras. El principio fundamental consiste en que los sólidos sean depositados por gravedad en la parte más profunda, mientras que el resto del agua fluya hacia la siguiente etapa del proceso. Es recomendable efectuar una separación de sólidos previa como ésta, ya que si los mismos no se eliminan en esta etapa del proceso, luego pueden acortar la vida útil de los equipos mecánicos como bombas, tamices y otros. Mantenimiento
Los desarenadores deben ser limpiados con suficiente frecuencia para evitar el desborde de arena
y piedras. Usando el cargador frontal del tractor es a menudo el método más fácil para vaciar la
arena. Se debe asegurar que el diseño y la zona circundante faciliten el acceso del tractor y el espacio
de maniobra.
Los sólidos deben ser almacenados y luego deshidratados en un espacio que drene el exceso de
líquido de nuevo al sistema de efluentes. Los sólidos deshidratados pueden aplicarse a la tierra
utilizando un esparcidor de estiércol, o extendiéndose sobre el terreno cultivado.
Criterios de diseño
En los puntos siguientes se detallan algunos
aspectos que aseguran un buen diseño
posibilitando el correcto funcionamiento de la
estructura:
o Los puntos de entrada y de salida del efluente
deberán estar situados en la parte más
profunda de la estructura.
o No hay necesidad de que el desarenador sea
demasiado profundo (no necesita ser más
profundo que 1 metro).
o Las tuberías de entrada y salida se colocan en
paredes a 90 grados. Esto es para reducir la
velocidad y la energía del efluente entrante. Esto asegurará que el grano más pesado y piedras
caigan al fondo.
o Su construcción debe realizarse en materiales impermeables como el hormigón, de modo que
no haya filtraciones hacia el terreno.
Figura 19 - Desarenador. Fuente: Google Images.
Figura 20 - Desarenador. Fuente: Goolge Images.
29
o El diámetro de salida debe ser el doble que el de entrada, reduciendo así la velocidad de salida
y posibilitando una mejor decantación.
o Si se limpia con tractor con pala frontal, la estructura debe tener una pendiente gradual de
entrada al fondo de la misma, para que se logren las maniobras dentro de ella con seguridad y
la salida del tractor sea sin mayores inconvenientes (no mayor que 1: 4 con concreto acanalado
y áspero).
o Presente una pared de fondo reforzada para que se pueda hacer un raspado de la misma si fuera
necesario, sin provocar daños en la estructura del desarenador.
Medidas de seguridad
Los desarenadores pueden ser potencialmente peligrosos ya
que contienen líquidos y semisólidos que no soportan el
peso humano. Por lo tanto, quedarse atascado dentro o
incluso ahogarse en el desarenador es posible. Deben estar
bien cercados o cubiertos para evitar que los niños o los
animales caigan, y para prevenir cualquier otra entrada
accidental. El área alrededor debe estar cubierta con una
superficie áspera antideslizamiento y bien señalizada.
POZO ESTERCOLERO
Los pozos estercoleros son sistemas de separación de sólidos (en mayor cantidad estiércol, pero
también de arena y tierra que sobrepasa a los desarenadores) que, por diferencias de densidades,
mediante la gravedad, separan la fase líquida de la fase sólida, por sedimentación de ésta última.
Son parte del tratamiento primario de los efluentes.
Su instalación tiene dos grandes objetivos:
1. Evitar el ingreso de sólidos, o disminuir la entrada de estos a las siguientes etapas del
tratamiento.
2. Recuperar parte de los nutrientes que se retienen en los sólidos, recolectarlos y luego poder
utilizarlos como fertilizante al devolverlos al campo.
Figura 21 - Desarenador. Fuente: Google Images.
30
Generalmente no se construye con el fin de separar sólidos más gruesos como sean piedras, arena
o tierra, pero en establecimientos lecheros no tan importantes, dónde la cantidad de estiércol no
es grande, pueden usarse a la misma vez para este fin. Lo que podría tomarse como un tercer
objetivo a cumplir.
Los sólidos quedan retenidos en el fondo, la fase líquida escurre a través de una de las paredes,
construida con ladrillos filtrantes, maderas perforadas o algún otro material que permita el flujo a
través de él; o en otro caso se coloca un caño (tipo sifón) en la parte superior. Luego el agua es
conducida mediante tubería a la siguiente etapa. El exceso de sólidos es retirado usualmente
mediante tractor con pala, por lo cual el ancho de diseño debe ser tal que permita la limpieza.
Un aspecto positivo es que poseen un bajo costo de inversión inicial, pero en contrapartida son de
una eficiencia baja (del orden de un 60% de retención de la materia). Esto implica que la corriente
de salida posee un alto contenido de sólidos totales que no son retenidos, por lo que se deben
prever mayores volúmenes para el almacenamiento o realizar la limpieza con mayor frecuencia.
El material extraído del pozo tiene un porcentaje de sólidos que depende del tiempo entre
limpiezas, siendo del orden de 10% de materia seca, si la limpieza se realiza en los tiempos
adecuados (10 a 15 días, dependiendo del volumen del mismo), y de 15 a 20% si la limpieza es menos
frecuente (2-3 meses).
A su vez se genera un sólido con alto porcentaje de humedad, no menor al 95%, que dificulta su
manejo posterior, debido al escurrimiento generado en el transporte o en su propia disposición. Lo
ideal sería disponer de lugar, tiempo y personal para el escurrido, antes de cualquier operación final.
Otros aspectos a considerar son, que tienen un bajo costo de mantenimiento y un bajo costo de
operación, ya que no se requiere el uso de energía eléctrica en su funcionamiento o para su limpieza.
Se debe tener en cuenta que conllevan un agregado de horas hombre diarias en la operativa para
su adecuado funcionamiento, esto sería un inconveniente en tambos pequeños, donde existe poco
personal, debiéndose extender la jornada o incorporando otra persona a la plantilla de trabajo.
Figura 22 - Pozo estercolero. Fuente: Google Images.
31
TAMIZ ESTÁTICO
Los tamices estáticos consisten en una malla curva
ranurada con barras de perfiles trapezoidales, de
aberturas que van de 0,25 a 3 mm. El tamiz permite
que el fluido pase por las ranuras, y que los sólidos se
deslicen y descarguen por la parte inferior. Estos
equipos son utilizados cuando las partículas a remover
son fácilmente separables de la fase líquida, y se
caracterizan por ser simples y de bajo mantenimiento.
TAMIZ ROTATORIO
El tamiz rotatorio dinámico se encuentra diseñado para filtrar y tamizar líquidos, que posean cierta
proporción de sólido en suspensión. Tiene la capacidad de filtrar partículas desde 0.15 mm hasta
5mm, por lo que se caracterizan por un rendimiento muy elevado en un espacio muy reducido,
debido a que en su diseño se encuentra previsto un tambor dinámico y sistemas de limpieza, que
evitan la saturación del equipo con sólidos.
En cuanto a su funcionamiento, separa sólido-líquido
en una determinada proporción. El líquido ingresa y
se distribuye uniformemente en el tambor, el cual se
encuentra girando continuamente. Las partículas
sólidas son retenidas superficialmente en el cilindro y
por la fuerza tangencial generada en la rotación son
desplazadas hacia afuera, donde las colectan las
rasquetas que son las encargadas de separarlas y
depositarlas sobre la bandeja de descarga. El líquido
es filtrado a través de la malla especial, y finalmente
pasa a la tubería de salida. Es un equipo diseñado para
trabajar de continuo con un mínimo de
mantenimiento tanto de limpieza como mecánico. (GEDAR, 2017).
FILTROS PRENSA
Se trata de placas con un lienzo llamado filtro,
dispuestas en serie, en las que el orificio es muy
pequeño para que queden retenidos los sólidos.
Mediante una presión elevada, el fluido es
forzado a pasar a través de estos filtros, y a
medida que van quedando retenidos los sólidos,
se va formando una “torta”. Es un proceso
discontinuo, porque en cierto momento es
necesario parar el flujo y limpiar los filtros retirando la torta.
Figura 23 - Tamiz estático. Fuente: Google Images.
Figura 24 - Tamiz rotatorio. Fuente: Google Images.
Figura 25 - Filtro prensa. Fuente: Google Images.
32
En la Tabla 12 se resumen las ventajas y desventajas de los diferentes separadores de sólidos.
Tabla 12 - Ventajas y desventajas de los diferentes separadores de sólidos.
Ventajas Desventajas
Separadores pasivos
Bajo riesgo de rotura.
Requerimiento laboral discontínuo.
Muy bajo consumo energético.
Diseño específico para cada establecimiento.
Mayor contenido de humedad del lodo.
Ocupa un área grande.
El mayor trabajo es vaciar los bunkers, puede requerir contratar operario.
Separadores mecánicos
El efluente líquido sale mejor filtrado.
Ocupa menos espacio.
Produce lodos más secos.
Necesita mantenimiento mecánico.
Mayor riesgo de rotura.
Mayores costos energéticos.
Requiere separación de piedras previa.
Funciona mejor con efluentes uniformes.
SEGUNDA ETAPA
El siguiente paso del proceso descrito por muchos autores como segunda etapa, presenta dos
opciones: 1 - Laguna de almacenamiento, 2 - Lagunas de tratamiento biológico.
1- LAGUNA DE ALMACENAMIENTO
El factor almacenaje es crítico para todos los establecimientos. El hecho de tener o no suficiente
capacidad de almacenamiento del efluente, provee flexibilidad a la hora de determinar cuándo
efectuar las aplicaciones. Esto permite aplicar el efluente cuando las condiciones del suelo son las
adecuadas, entonces el consumo de agua y nutrientes puede ser maximizado.
Las unidades de almacenaje pueden ser lagunas construidas en el suelo, estanques, o tanques. Las
mismas necesitan contener el efluente sin que se den pérdidas o infiltraciones, por lo que
normalmente se construyen con productos sintéticos, geo textiles, o arcilla.
La cantidad de almacenamiento que se necesite, dependerá de la demanda del establecimiento y
las condiciones medioambientales locales.
Es recomendable incluir un agitador dentro de la laguna o tanque de almacenamiento, ya que esto
previene la estratificación.
33
2- LAGUNAS DE TRATAMIENTO BIOLÓGICO
El tratamiento biológico consiste en la utilización de las propias bacterias y otros pequeños
microorganismos presentes en el agua residual, para que mediante sus procesos celulares naturales,
utilicen la materia orgánica coloidal o disuelta presente, para transformarla tanto en energía, como
en material celular y productos de desecho más fácilmente removibles.
Se usa como tratamiento de depuración secundario, colocándolo luego del pretratamiento y del
tratamiento primario, para obtener un funcionamiento óptimo, de manera que ya hayan sido
removidos los sólidos suspendidos, la arena y otros de mayor porte como ramas o pasto.
Objetivos del tratamiento biológico
En el caso de aguas residuales agrícolas, tiene como objetivos principales:
1. En primer lugar la transformación de los constituyentes particulados y biodegradables, como
ser: la materia orgánica, en productos finales aceptables.
2. Capturar e incorporar los sólidos suspendidos y coloidales no sedimentables en un floc biológico
o biofilm (capa de bacterias que queda suspendida en la superficie).
3. Transformar o remover nutrientes como nitrógeno y fósforo.
4. En algunos casos, remover constituyentes y compuestos orgánicos específicos
Figura 26 - Laguna de almacenamiento. Fuente: Google Images.
34
LAGUNA ANAEROBIA
El objetivo principal de estas
lagunas es la estabilización de la
materia orgánica (MO) por acción
bacteriana anaeróbica. Se
colocan normalmente al
comienzo de la línea ya que
admiten una elevada carga
orgánica. En este tipo de lagunas
es esencial la existencia de
condiciones anaerobias estrictas, estas se dan naturalmente, debido a que la tasa de consumo de
O2 es ampliamente mayor que la tasa de producción.
Se caracterizan por tener altas cargas de DBO por unidad de volumen de la laguna.
Requieren un mantenimiento mínimo de la capa de sólidos flotantes. La misma debe ser lo
suficientemente delgada como para que permita pasar el gas ascendente, y lo suficientemente
gruesa para que no deje pasar el oxígeno de la atmósfera hacia adentro.
En el proceso de respiración anaerobia se producen los gases CO2 y CH4 en proporciones 30% - 70%
respectivamente, debido a que la materia orgánica se descompone, formando una masa
estabilizada de volumen más reducido. El gas producido en la degradación (en toda la laguna)
asciende, ejerciendo un efecto de mezcla. El lodo producido luego decanta, allí es donde se
Figura 27 - Representación de la secuencia de lagunas de tratamiento biológico. Fuente: Google Images.
Figura 28 - Esquema del funcionamiento de una laguna anaerobia. Fuente: Google Images.
35
encuentra la mayor concentración de biomasa y actividad bacteriana. La MO se descompone a CO2
y CH4 y la masa estabilizada se espesa, reduciendo su volumen.
El resto de MO suspendida que no es reducida, una parte decanta, otra porción flota y pasa a formar
parte de la capa de flotantes, y otra porción se disuelve en el agua de la laguna.
Es importante destacar, que en general la actividad biológica aumenta cuando la temperatura
ambiente asciende.
Las lagunas anaeróbicas necesitan un tiempo para la reproducción de las bacterias metanogénicas,
o lo que se conoce como tiempo de retención de aproximadamente 5 días. Si el tiempo llega a ser
mayor de 6 días, la laguna podría llegar a comportarse como facultativa.
El volumen que debe tener la laguna, debe contemplar el volumen necesario para estabilizar la MO
y el volumen necesario para almacenar el lodo estabilizado.
La profundidad debe ser elevada, entre 4 y 5 m, para garantizar las condiciones anaerobias
(disminuir penetración del oxígeno de la superficie). (Metcalf&Eddy, 2003).
LAGUNA FACULTATIVA
Se llaman lagunas facultativas a las lagunas que operan, en su estrato superior como lagunas
aeróbicas, en su estrato inferior como
lagunas anaerobias, y en el estrato
intermedio, con la presencia de bacterias
facultativas se crea un estrato particular
llamada zona facultativa.
La presencia de O2 se debe a la aireación
atmosférica (favorecida por el viento) y
fotosíntesis de las algas.
Se diseñan con áreas superficiales mayores
que las anaerobias para favorecer estos
fenómenos.
Dentro de ellas, se da la fotosíntesis en la
parte superior, donde existe oxígeno debido
a la aireación natural y luz solar por la poca profundidad. Allí se puede observar el crecimiento de
algas y pequeños organismos fotosintéticos.
Las bacterias y algas actúan en forma simbiótica, con el resultado global de la degradación de la
materia orgánica. Las bacterias utilizan el oxígeno suministrado por las algas para metabolizar en
forma aeróbica los compuestos orgánicos. En este proceso se liberan nutrientes solubles (nitratos,
fosfatos) y dióxido de carbono en grandes cantidades. Estos son utilizados por las algas en su
crecimiento. De esta forma, la actividad de ambas es mutuamente beneficiosa.
Figura 29 - Esquema de funcionamiento de una laguna facultativa. Fuente: Google Images.
36
El tiempo necesario para que los
microorganismos puedan estabilizar la MO, es
decir el tiempo de retención se encuentra entre
15 y 45 días.
Su profundidad es menor que la de las lagunas
anaerobias, varía entre 1,5 y 3 m. Si la
profundidad es mayor a 3 m se puede
transformar en anaerobia. (Metcalf&Eddy,
2003).
LAGUNA DE MADURACIÓN
Su principal objetivo es la reducción de la carga de microorganismos, bacterias y posibles patógenos.
Se colocan generalmente al final de la línea de flujo. En ellas los microorganismos respiran
aeróbicamente como en las lagunas aerobias, pero por las características de bajos nutrientes con
las que llega el efluente, los mismos se ven obligados a metabolizar su propio material celular,
destruyéndose sus células, y disminuyendo así su población, dándose lo que se denomina
respiración endógena.
Se las debe diseñar además con baja profundidad, para permitir la penetración de los rayos
ultravioletas (UV) y su efecto biocida.
TERCERA ETAPA
Como tercera etapa se tienen dos alternativas: 1- la aplicación a terreno 2- Vertido a cuerpo de
agua.
APLICACIÓN AL TERRENO
El componente final de un sistema con lagunas
de almacenaje es la aplicación al terreno. Las
diferentes variantes más usadas se describen a
continuación.
CAÑÓN MÓVIL
Este generalmente se usa en la configuración
tradicional: el efluente ingresa al sistema, llega
al sedimentador, luego pasa a la laguna de
almacenaje y finalmente es bombeado y aplicado con cañón.
Figura 30 - Proceso de simbiosis.
Figura 31 - Configuración típica de un sistema de aplicación al terreno con cañón móvil. Fuente (Dairy NZ, 2011).
37
Se adapta bien a establecimientos con todo clima. Es apropiado para suelos con buen drenaje
natural y poca a moderada pendiente. Requiere de mano de obra moderada. Necesita un capital de
inversión inicial en la laguna de almacenaje bajo a moderado.
ASPERSORES
La primera alternativa de configuración de un
sistema con aspersores consiste en: colocar la
estercolera al comienzo de la línea, luego la
laguna de almacenamiento, un sistema de
bombeo por el cual el agua será retirada de la
laguna, y finalmente los aspersores.
Se recomienda este sistema en establecimientos
que requieren flexibilidad en el volumen y la tasa
de aplicación, como ser suelos de alto riesgo,
donde hay muchas precipitaciones o riesgo de
encharcamiento. Es por esto que se adecúa
especialmente a suelos pobremente drenados o drenados artificialmente. Es apropiado para
cualquier tipo de pendiente.
Necesita más mano de obra, y un capital de
inversión moderado a alto, debido a la
construcción previa de una laguna de
almacenamiento.
Como segunda alternativa de configuración, se
puede colocar: el sedimentador, seguido de un
separador mecánico, para luego entrar a la
laguna de almacenaje, el sistema de bombeo y
una línea pequeña de aspersores.
Una tercera alternativa consiste en la colocación
de una estercolera, seguida de la laguna de
almacenaje para luego aplicar a terreno con
múltiples líneas de aspersores.
Esta opción se adapta mejor a establecimientos localizados en regiones de elevadas precipitaciones,
donde se tienen oportunidades limitadas de regar y vaciar las lagunas de almacenaje. Soporta suelos
de todo tipo, especialmente pobremente o artificialmente drenados, con cualquier pendiente. Tiene
un requerimiento de mano de obra moderado. En cuanto a capital de inversión, depende de la
laguna que se deba construir. Además permite un vaciado rápido de la laguna aplicándose a un área
extensa de tierra. Es muy apropiado para localidades con pocos días de riego disponibles.
Figura 32 - Configuración típica de un sistema de aplicación al terreno con aspersores. Fuente (Dairy NZ, 2011).
Figura 33 - Configuración típica de un sistema de aplicación al terreno con sedimentador/tamiz estático y aspersores. Fuente (Dairy NZ, 2011).
38
ASPERSIÓN POR PIVOT
El sistema de pivot está restricto a aquellos establecimientos que ya posean el aparato instalado
para riego. En la conformación de la línea de tratamiento con pivot, hay dos alternativas principales.
El primer caso se trata de colocar en el comienzo,
la estercolera, a esta le sigue la laguna de
almacenaje en la cual se coloca una bomba que
dirige el agua hacia el pivot central.
Se adecúa a establecimientos con cualquier tipo
de suelo y con baja pendiente. Requiere de poca
operación, sin embargo la inversión inicial es
moderada a elevada.
Como un segundo caso se tiene la opción de
colocar un separador de sólidos mecánico luego
del sedimentador. Esto aumenta la inversión inicial requerida, pero envía un agua con menos sólidos
hacia la bomba y pivot, de modo que se evitan posibles obturaciones y roturas del equipo, lo que
ahorra costos de reparación.
BAROMÉTRICA
La configuración típica incluye un sedimentador
seguido de la laguna de almacenamiento. La
misma es vaciada en viajes por medio de un
tractor conectado a una barométrica.
Está recomendada para establecimientos
pequeños. Puede usarse en cualquier tipo de
suelo y pendientes bajas, sin embargo no es el
sistema ideal para suelos húmedos y pesados
dado que la maquinaria pesada causará daños en
los mismos y en las pasturas. Si bien requiere
trabajo de mano de obra moderado a alto, el capital de inversión es menor que en los otros
métodos.
CONTRATISTA ESPARCIDOR
Cuando se use un contratista esparcidor, será necesario contar con como mínimo con un
sedimentador y una laguna de almacenamiento. Los contratistas remueven el efluente de la laguna
de almacenamiento y lo aplican al terreno usando sus propios equipos.
Figura 34 - Configuración típica de un sistema de aplicación al terreno con sedimentador/tamiz y aspersores. Fuente (Dairy NZ, 2011).
Figura 35 - Configuración típica de un sistema de aplicación al terreno con sedimentador y estercolera. Fuente (Dairy NZ, 2011).
39
Es un sistema recomendable cuando el
propietario no quiere manejar el efluente por su
cuenta, ya sea por falta de personal, falta de
maquinaria adecuada, falta de capital inicial, u
otros. Se adecúa a suelos de todo tipo, con baja
pendiente. Se resalta el muy bajo requerimiento
de personal así como también la muy poca
inversión inicial requerida. Sin embargo, el
productor debe considerar periódicamente el
costo fijo del contratista, y está supeditado a los
tiempos del mismo.
En la Tabla 13 se resumen las ventajas y desventajas de los diferentes sistemas de aplicación a
terreno, consultado de (Dairy NZ, 2011).
Tabla 13 - Ventajas y desventajas de los sistemas de aplicación a terreno.
VENTAJAS DESVENTAJAS
CAÑÓN MÓVIL Bajo capital inicial
Puede distribuír grandes cantidades de efluente en una sola aplicación.
No requiere remoción de sólidos finos.
En caso de rotura, es fácil de intercambiar con otro cañón.
De fácil mantenimiento y service.
No se adapta bien a topografías acantiladas.
Alto volumen y alto caudal.
Riesgo de resultados desfavorables debido a no distribuír las aplicaciones en varios días.
No se adapta bien a parcelas pequeñas e irregulares.
ASPERSORES Bajos caudales de aplicación.
Puede ser usado más días en el año.
Apropiado para parcelas irregulares.
Menos partes móviles, más fácil de mantener.
Menos chance de esparcir efluentes por error por desvíos debido al viento.
Puede distribuír grandes cantidades de efluente de una sóla vez, con profundidades pequeñas.
Más fácil de mover dependiendo de la topografía.
Se adapta bien a altas precipitaciones, suelos de alto riesgo, o tierras drenadas artificialmente.
Más difícil de obtener aplicaciones uniformes en la parcela, especialmente si lo efectúan diferentes personas cada vez.
Más cambios de posición necesarios, para obtener el mismo volumen de efluente que el cañón.
Fácilmente bloqueable (necesita suelos con buena capacidad de infiltración).
Necesita tener un plan y diseño específico para trabajar a presiones y volúmenes específicos en todos los aspersores.
PIVOT Excelentes caudales bajos de aplicación.
Muchos días de irrigación disponibles durante el año.
Puede deshacerse de volúmenes muy grandes de efluente rápidamente.
Requiere mucho menos almacenaje.
Usa infraestructura existente.
Riega efluente fuera de los límites deseados.
Los pivot se conocen por tener problemas de funcionamiento en el invierno.
Requiere válvulas operadas por computadora.
Algunos dispositivos adicionales, como el cañón para pivot, tienen muy mala distribución del agua.
Figura 36 - Configuración típica de un sistema con sedimentador y contratista esparcidor. Fuente (Dairy NZ, 2011).
40
Requiere poco tiempo de puesta a punto de los dispositivos y cambio de posición.
Necesitan una excelente remoción de sólidos previa ó boquillas con bloqueo previo.
Pueden tener diferentes aplicaciones en cada vano.
BAROMÉTRICA Puede acceder a cualquier parte del establecimiento hacia la que se pueda conducir.
Excelente baja tasa de aplicación.
Puede mover grandes volúmenes de efluente relativamente rápido.
No requiere remoción de sólidos previa.
Fácil de solucionar la deriva del viento.
Excelente control de posicionamiento.
Puede succionar desde sumideros que no tienen bombas.
Una opción relativamente barata comparada con bombas, tuberías, irrigadores.
La maquinaria pesada puede causar daño en las pastura.
No es ideal para suelos húmedos porque las ruedas causan compactación.
Necesita buen acceso vehicular hacia la laguna de almacenaje.
Riesgos de seguridad para el conductor en terrenos empinados.
CONTRATISTA Muy baja inversión inicial de capital.
Muy baja mano de obra requerida.
Vacía rápidamente la laguna de almacenaje.
Dependiente de la disponibilidad horaria del contratista.
Menos beneficios que una aplicación regular de agua y nutrientes.
Debe asegurarse que el contratista cumpla las reglas.
HUMEDALES ARTIFICIALES
Una posible alternativa a la salida del
tratamiento son los humedales
artificiales.
Los humedales artificiales son zonas
construidas por el hombre en las que,
de forma controlada, se reproducen
mecanismos de eliminación de
contaminantes presentes en aguas
residuales, que se dan en los humedales
naturales mediante procesos físicos,
biológicos y químicos.
El carácter artificial de este tipo de humedales viene definido por: el confinamiento del humedal, el
cual se construye mecánicamente y se impermeabiliza para evitar pérdidas de agua al subsuelo, el
empleo de sustratos diferentes del terreno original para el enraizamiento de las plantas y la
selección de las plantas que van a colonizar el humedal.
Ayudan en:
La eliminación de sólidos en suspensión mediante procesos de sedimentación, floculación y
filtración.
Figura 37 - Humedales artificiales. Fuente: Google Images.
41
Eliminación de materia orgánica mediante los microorganismos presentes en el humedal,
principalmente bacterias, que utilizan esta materia orgánica como sustrato. A lo largo del humedal
existen zonas con presencia o ausencia de oxígeno molecular, por lo que la acción de las bacterias
sobre la materia orgánica tiene lugar tanto a través de procesos biológicos aerobios como
anaerobios.
Eliminación de nutrientes como el nitrógeno y el fósforo, principalmente mediante mecanismos de
nitrificación – desnitrificación y precipitación.
Eliminación de patógenos mediante adsorción, filtración o depredación.
Esta unidad se utiliza con el objetivo de realizar un vertimiento del efluente al curso de agua.
42
2.3. SITUACIÓN ACTUAL DE LOS TAMBOS EN EL URUGUAY
En esta sección se resume la situación actual de los tambos en el Uruguay, y se la compara con el
camino ya recorrido a través de la historia reciente, por un país más desarrollado en el tema de
lechería, como ser Nueva Zelanda, que posee el conocimiento de la experiencia, la investigación, y
las últimas tecnologías utilizadas en el mundo.
En el Uruguay existen hasta el momento según INALE (Instituto Nacional de la Leche) 3.900
productores lecheros. Constantemente se está dando una mejora de los procesos, en los que se
incorpora cada vez más tecnología, para atender a los estándares de calidad de los mercados más
exigentes. El tambo promedio tiene 150 vacas en ordeñe y 250 ha y la producciónn media diaria es
de 18 L de leche por VO (INALE, 2014).
Actualmente la gran mayoría de los establecimientos cuenta con el sistema de tratamiento biológico
de dos o tres lagunas, una anaerobia, una facultativa y a veces una de maduración. Se hace pasar el
efluente a través de ellas, y finalmente se lo desecha, disponiéndolo en un curso de agua cercano.
Muchas veces estas piletas no tienen suficiente capacidad de almacenaje por el tiempo de tránsito,
es decir, el tiempo que durante el cual se requiere mantener el efluente dentro de ellas, para que
los microorganismos puedan cumplir su función biológica; y por lo tanto las mismas se ven
desbordadas. Otras veces, la capacidad de los microorganismos no es suficiente para procesar toda
la cantidad de nutrientes que ingresa a las mismas, probablemente porque fueron diseñadas para
menores volúmenes de trabajo.
En países como Nueva Zelanda, esta práctica era común, y recomendada por el Gobierno hasta la
década de los 90'. Pero en esa época se comenzó a notar que estaban habiendo problemas con los
nutrientes, que se dirigían directamente hacia los cursos de agua, aumentando la contaminación,
proveniente de: nitrógeno, fósforo, amoníaco; éste último de elevada toxicidad para los peces. Esto
producía problemas en los cursos de agua locales que veían la calidad de sus aguas afectadas, debido
al aporte contaminante de los efluentes. (Houlbrooke, 2015).
Volviendo a Uruguay, hay otros tambos en los que se efectúa la práctica de vertido directo al
terreno, se lo hace mediante una tubería o una zanja que conduce el efluente hacia un lugar fijo de
disposición en el terreno (Houlbrooke, 2015). En otros casos, como en el tambo de EEFAS, se efectúa
la aplicación mediante aspersión (aspersor móvil o cañón), sin tener en cuenta si la dosis de
aplicación supera la tasa de infiltración del suelo. En su lugar, el criterio de aplicación consiste
solamente en aplicar cada vez que el almacenaje se colmate.
Si se vuelve a revisar la historia, en 1991 en Nueva Zelanda hubo un cambio en las prácticas, al
aprobarse la Ley de Manejo de Recursos, que desalentaba las lagunas de tratamiento y promovía la
descarga a terreno, en aquel entonces los establecimientos no utilizaron más las dos lagunas de
tratamiento, y pasaron a efectuar aplicaciones diarias al terreno desde una pequeña fosa. Con esto
se vio una gran mejora en la calidad del agua, en comparación a cuando se descargaba el efluente
de las lagunas en el curso. Sin embargo, se comenzó a provocar contaminación y erosión en el suelo,
particularmente en la época húmeda, en invierno, o primavera, cuando el suelo se encontraba
saturado y la aplicación provocaba escorrentía, o drenaje. Luego de investigar las posibles
soluciones al respecto, se llegó a la conclusión de que el efluente necesitaba almacenarse en
43
lagunas, que permitieran esperar el tiempo suficiente hasta que el suelo tuviera las condiciones de
humedad apropiadas para ser regado. También se llegó a la conclusión de que los sistemas de
aspersión estaban aplicando dosis muy elevadas, mayores a las tasas de infiltración del suelo. Para
resolver esto se vio que era más adecuado aplicar con aspersores de baja frecuencia. La
implementación de estos dos cambios ha sido la que mejores resultados ha dado hasta el momento,
y se está utilizando actualmente, considerándose la tecnología más avanzada disponible
(Houlbrooke, 2015).
A partir de esta visión obtenida desde un país más avanzado, se puede ver como otros ya se han
encontrado con los mismos obstáculos que los productores lecheros del Uruguay, como ser la
contaminación por nutrientes en los cursos de agua al utilizar lagunas de tratamiento biológico; que
ya se han implantado algunas soluciones intermedias a través de los años, muy parecidas a las que
está utilizando el Uruguay actualmente, tal es el caso de la aplicación a terreno sin criterios
específicos; y que ya se ha encontrado que de esta manera se mejoraba la calidad del agua pero se
empeoraba la del suelo. Se puede decir entonces, que al Uruguay aún le falta camino por recorrer
para mejorar las prácticas de manejo de efluente de tambos y ponerse a la par competitivamente
en materia medioambiental.
Es por eso, que en el presente trabajo se plantean soluciones al problema de qué hacer con el
efluente del tambo EEFAS, y su disposición final, desde la perspectiva de las tecnologías más
avanzadas como la neozelandesa, apuntando a combinar el cuidado de la calidad del agua con el
cuidado de la calidad del suelo.
44
2.4. NORMATIVA VIGENTE Y LINEAMIENTOS A FUTURO EN EL URUGUAY
Como se mencionó anteriormente, en el predio del tambo existen aguas superficiales y
subterráneas.
Actualmente el Decreto 253/79 es la norma para “Prevenir la contaminación ambiental mediante el
control de las aguas” (Poder Ejecutivo, 1979). El mismo se aplica a aguas superficiales y subterráneas
de clase 1, 2, 3 y 4.
Cabe destacar que todas las aguas superficiales del Uruguay están en el momento clasificadas como
aguas de clase 3, menos la Laguna del Sauce que es de clase 1. Por lo que a continuación se cita la
definición y características de lo que se considera como un agua de clase 3 según el mencionado
decreto.
CLASE 3
Las aguas de clase 3 son aquellas aguas destinadas a la preservación de peces, flora y fauna hídrica.
Se consideran de clase 3 además, las aguas destinadas a riego. En el caso de que se moje el cultivo,
que el producto del mismo no sea de consumo humano; y en el caso de que el producto sea de
consumo humano, que no mojen el cultivo. (Poder Ejecutivo, 1979).
Figura 38 - Decreto 253/79 - Parámetros estándar para las aguas de Clase 3.
45
Pero dado que las aguas subterráneas del pozo 1 se destinan a consumo humano y lavado de
instalaciones y ubres que tienen contacto con la leche de vaca, la cual será para consumo humano,
se debe tener en presente también la normativa regulatoria de agua potable.
En el Uruguay el agua potable es regulada específicamente por OSE (Obras Sanitarias del Estado) en
su Norma Interna de Calidad de Agua Potable. (OSE, 2006), la cual en Salto se rige por UNIT (Instituto
Nacional de Normas Técnicas).
Para la calidad bacteriológica del agua, establece que:
Sobre las características físicas y sustancias químicas expresa en la (Tabla 15).
Tabla 14 - Normativa vigente para parámetros microbiológicos.
46
Tabla 15 - Normativa vigente para parámetros físico-químicos.
2.5. JUSTIFICACIÓN DE LA ALTERNATIVA DE GESTIÓN SELECCIONADA
Dentro de las dos grandes ramas de tratamiento posibles presentadas en el marco teórico:
tratamiento biológico, o almacenamiento en laguna y disposición al terreno; se decide optar por la
segunda, luego de evaluar ambas con cada una de sus respectivas variantes, sus pros y contras.
Esta decisión responde a factores tenidos en cuenta que serán descritos a continuación, en un
análisis detallado.
CUMPLIMIENTO DE OBJETIVOS
Como primer criterio de elección, se busca un sistema que cumpla los objetivos propuestos, allí aún
cabe lugar a la pregunta: ¿optar por un sistema de tratamiento biológico (o parcial) con vertido al
47
curso de agua o un sistema de almacenaje con aplicaciones al terreno? Para esto es preciso discutir
los objetivos comparando sistemas.
Mitigación de los efectos adversos en aguas superficiales y subterráneas:
Pensando en aguas superficiales como ser la del Arroyo San Antonio, son tan diferentes estos dos
sistemas planteados que es muy difícil de compararlos, porque a la salida de las lagunas de
tratamiento biológico el agua se vierte al curso de agua con unos parámetros que son mensurables
, ya que la descarga es en un punto. Es correcto decir que disminuye la carga contaminante.
Pero suponiendo un sistema de aplicación al terreno, donde el agua eventualmente escurre
superficialmente con la lluvia, es extremadamente difícil conocer con qué carga de nutrientes (por
ejemplo nitrógeno) esa agua escurrida llega al arroyo, esto se conoce como una descarga difusa. De
todos modos, sí se puede estimar cuántos nutrientes la planta consumió en su crecimiento y así
saber por diferencia, cuántos sobraron. Se conoce por este medio que también es efectivo este
método para mitigar los efectos de contaminación sobre aguas superficiales, pero dependerá de
cuánto consuma ese tipo de planta a la que se esté aplicando el efluente.
Resumiendo esta idea, se puede decir que ambos sistemas mitigan los efectos adversos en aguas
superficiales.
En cuanto a aguas subterráneas, cualquiera sea la forma en la que se trate el efluente, si consiste
en tener una laguna en la que el agua está en contacto con el suelo, existe una alta probabilidad de
que la napa freática que se encuentra próxima, se contamine si no se posee una adecuada
impermeabilización.
Preservar la calidad de los suelos a largo plazo:
Aquí es donde el sistema de aplicación al terreno saca una gran ventaja por sobre los otros, porque
el abono natural surte el efecto de un fertilizante orgánico, que siempre es mejor que el fertilizante
químico. Aumenta la nutrición mineral de la pastura, mejorando la cobertura, la estructura del
suelo, disminuyendo la erosión.
Gestionar el predio de manera integral con énfasis en los balances de nutrientes.
Allí nuevamente el sistema de aplicación a terreno es superior al tratamiento biológico en lagunas,
pero hay que tener en cuenta que, dependiendo la carga orgánica del efluente, a veces no es
suficiente con la aspersión en pradera natural y hay que buscar aplicar sobre otro cultivo por
ejemplo una pastura mejorada que consuma más nutrientes.
FACTORES GENERALES A TENER EN CUENTA
Es oportuno argumentar el motivo por el cual el sistema elegido es adecuado de acuerdo con cada
factor condicionante considerado en el tambo de EEFAS, porque a pesar de que puede haber
generalidades para todos los establecimientos, cada tambo tiene sus propias características, por
ejemplo: tamaño del rodeo, capacidad operativa, recursos económicos, infraestructura, entre otras.
Reglamentaciones y lineamientos nacionales aplicables para emisiones:
48
En otras cuencas del Uruguay se están aplicando lineamientos para la gestión de efluentes de
tambo, por ejemplo, en la cuenca del Río Santa Lucía, los productores lecheros deberán asumir que
el 2017 es el año clave para la presentación de planes de gestión de sus efluentes, sobre todo
pensando en los que necesitan apoyos del MGAP, afirmó. (Hill, 2017).
Existe un programa impulsado por MGAP llamado Plan Lechero Sostenible, cuyo apoyo máximo
brindado es de US$ 16.000 (dieciséis mil dólares americanos) por productor, con un plazo de 18
meses para realizar las inversiones. Mariana Hill como se cita en El Observador, menciona que estos
planes permiten abarcar los problemas de la contaminación utilizando los efluentes como un
fertilizante orgánico que se agrega a los campos y de la erosión mediante la rotación de los cultivos.
(Hill, 2017).
La idea principal detrás de la gestión de los efluentes, es dejar de verlos como un residuo y pasar a
verlos como un fertilizante orgánico natural, que se puede aprovechar, de esta manera de a poco
se debe ir abandonando la concepción de desecho para pasar a al concepto de reutilización de un
recurso explotable. Por eso, éste es el momento para que la EEFAS presente el su propio plan en
este período.
Los niveles de emisiones a pesar de que se deben cumplir, actualmente no son tan estrictos para
cursos de agua rurales, de los cuales no se utiliza el agua para consumo directo humano, sumado a
esto, en este caso el efluente recorre un tramo largo y en el camino se diluye con agua de la represa
antes de llegar al arroyo, lo que supone niveles de nutrientes emitidos al arroyo relativamente bajos
con respecto a los que se emiten originalmente. Es por esto que en la selección del sistema de
tratamiento, se puede ser algo flexible con los niveles de salida de parámetros.
Sin embargo, sí se debe cuidar especialmente otros riesgos inminentes, como ser la contaminación
de la represa de riego con elevados niveles de nutrientes y la contaminación de las aguas
subterráneas de abastecimiento de la estación.
Es por esto que se considera muy apropiado, un sistema que reutilice los nutrientes con miras a
tener un ciclo dentro del predio.
Características de la zona:
El tambo se encuentra ubicado dentro del predio de la estación experimental EEFAS, aguas arriba
del pueblo San Antonio. Es una localidad rural, con muchas plantaciones hortícolas en la zona, lo
que hace que la carga efluente que debe soportar el arroyo sea ya de por sí un tanto elevada, si se
piensa en residuos de fertilizantes, plaguicidas, sumados a los residuos domésticos y sus conexiones
de saneamiento ilegales. Es por esto que se piensa en el sistema de aspersión donde se consuma
nitrógeno en la misma parcela en que se aplica. Pero ¿con la pradera natural actual será suficiente?,
de allí surge la idea de planear rotaciones de cultivos forrajeros en una parcela de tamaño aún
desconocido, de manera que se utilice una cantidad de nutrientes tal que no dé lugar a arrastre del
mismo por escorrentía superficial.
Por otro lado, por ser una zona con una población de profesores y alumnos viviendo continuamente
o estudiando, se entiende que un sistema de lagunas de tratamiento biológico supondría una
contaminación aérea más intensa que la que supone una sola laguna (porque tiene una superficie
expuesta menor que varias lagunas de almacenamiento), entonces ésta emitiría menos gases y
49
menos olores al aire. Además el esparcimiento de los efluentes al terreno acarrea consigo un
reverdecimiento y vigorización característicos de la fertilización orgánica, que serían muy favorables
para el paisaje.
Costos de inversión y operación:
El tambo de la estación EEFAS es de pequeño porte, con un máximo de 100 animales en el que en
prospección a futuro no se tiene planteado seguir creciendo, por ende, un sistema de tratamiento
adecuado debe ser uno que, entre otras cosas, se ajuste a un presupuesto razonable de inversión,
y a requerimientos operativos bajos, ya que se cuenta con una plantilla reducida que además no
está especializada en efluentes.
Por lo tanto se entiende que la solución de una laguna de almacenaje es el sistema más simple de
controlar por un operario, ya que lo único que éste debe hacer es vaciarla cada cierto tiempo
estipulado.
A pesar de que se sabe que el esparcimiento del efluente sí necesita de mano de obra, es decir de
“horas hombre”, sería cuestión de poco tiempo adaptar a los trabajadores a la nueva modalidad de
aspersión, ya que ya tienen incorporada gran parte del procedimiento: vaciar y trasladar el efluente
al lugar de aplicación con la barométrica actual, lo nuevo consistiría en aprender a utilizar el
aspersor.
En cuanto a costos, un aspersor requiere una inversión inicial baja, y la construcción de una sola
laguna de almacenaje; obviamente requiere menos inversión que la de dos o tres lagunas de
tratamiento biológico, por eso este sistema es el más rentable en este caso.
Necesidad de recursos humanos:
El vaciado y aspersión del efluente puede ser ejecutado por un operario a la vez, lo cual concuerda
con la plantilla disponible en el tambo. Hay que considerar también que dicha operación sólo se
debe efectuar una vez cada cierto tiempo (luego se calculará cuál es el óptimo); entonces, los
operarios pueden tomar turnos el día que toque vaciar la laguna y aplicar al terreno, quedándose
uno en la sala de ordeñe, y el otro en el campo.
Mantenimiento que requiere:
En un sistema de almacenaje y aplicación, el mantenimiento consiste en observar y controlar que
no haya ningún problema técnico asociado, por ejemplo: que la laguna no vierta, que no haya llovido
el día anterior para la aspersión, que el suelo no se anegue al efectuar las aplicaciones. Esto es fácil
de implementar con una capacitación mínima que puede consistir en recurrir a un manual de
consulta rápida.
Compromiso e interés del responsable:
50
Se asume un interés inherente por parte del responsable de la estación EEFAS, Ing. Agr. Moltini de
ejecutar un sistema de gestión de efluentes que sea viable para el tambo, ya que el mismo recurrió
a los autores del trabajo para solicitar el presente proyecto.
CUMPLIMIENTO DE REQUERIMIENTOS TÉCNICOS
Mano de obra: el sistema de almacenaje en laguna requiere poca mano de obra, una vez en
el vaciado es la mayor tarea y luego requiere control del buen funcionamiento, esa cantidad
de mano de obra puede ser cubierta por uno de los operarios de turno.
Obra civil: la obra civil es de una laguna de almacenaje de pequeño porte, más adelante se
determina el volumen óptimo, dimensiones de largo, ancho y profundidad. En este sentido,
se puede conseguir el dinero necesario para una obra de pequeño porte como esa.
Instalaciones complementarias: podría anexarse un sedimentador de sólidos para evitar la
llegada de piedras y arena a la bomba, aumentando su duración.
Maquinaria de uso frecuente: actualmente no se cubre el requerimiento del aspersor en el
tambo, que es imprescindible tenerlo para una aplicación uniforme al terreno. Sí se posee
una barométrica, la que funcionaría perfectamente con una laguna de almacenaje.
Gestionar el predio de manera integral con énfasis en los
balances de nutrientes.
Preservar la calidad de las aguas
superficiales y subterráneas
Preservar la calidad de suelos
Reutilizar el el efluente
Sistema de
almacenamiento y
aplicación al terreno
Figura 39 - Cumplimiento de funciones del sistema de tratamiento.
52
CAPÍTULO 3: MEMORIA DESCRIPTIVA Y MEMORIA DE CÁLCULO JUSTIFICATIVA
TRATAMIENTO DE DATOS DISPONIBLES
BALANCE HÍDRICO EN LAGUNA CONSIDERANDO RESTRICCIONES DE HUMEDAD DEL SUELO
BALANCE HÍDRICO EN LAGUNA CONSIDERANDO APLICACIONES AL TERRENO BAJO CRITERIOS 1 Y 2
BALANCES DE NUTRIENTES EN EL SUELO CONSIDERANDO APLICACIONES BAJO CRITERIOS 1 Y 2
DISEÑO HIDRÁULICO DEL SISTEMA DE BOMBEO SEMI-AUTOMATIZADO DEL CRITERIO 2
BOSQUEJO DE LA SUPERFICIE DE RIEGO POSIBLE BAJO CRITERIOS 1 Y 2
53
3.1. PROPUESTAS PLANTEADAS
En el presente proyecto se proponen posibles soluciones a la situación problema planteada
inicialmente en el capítulo 1, el actual vertido del efluente del tambo sin tratamiento al terreno
genera un elevado riesgo de contaminación medioambiental. Con estas soluciones propuestas se
apunta al cumplimiento de los objetivos planteados inicialmente, los cuales se han formulado
acorde a las últimas tendencias en diferentes partes del mundo en donde se ha desarrollado más el
tratamiento de efluentes y se han visto ya buenos resultados, teniendo como referencia países muy
modernizados como Nueva Zelanda, Inglaterra, Chile, entre otros, que además tienen estándares
medioambientales elevados. También se tienen en cuenta criterios económicos, como la inversión
requerida, adecuación al tamaño del tambo, capacidad de recursos humanos.
Se plantea reutilizar el efluente salido del tambo para efectuar aplicaciones del mismo al terreno,
en forma de fertirriego, logrando que dicho efluente pase de ser visto como un deshecho a ser visto
como un recurso explotable. De esta manera, en lugar de disponer fuera del predio macronutrientes
como nitrógeno, fósforo, potasio, (que son esenciales para la vida de las plantas, y que de otra
manera se los tendría que fertilizar artificialmente); se los reingresa al suelo, manteniendo dentro
del predio un ciclo en el que todo el efluente generado se reutiliza y se pierde lo mínimo posible, de
modo de ir hacia un sistema productivo sustentable.
Como antecedentes, se investiga en artículos sobre suelos cercanos, por ejemplo los Argiduoles en
la Argentina. Como se expresa, se experimentó aplicando el efluente líquido de tambo directamente
al suelo, lo que dio como resultado que la materia orgánica del mismo se elevara. Por otro lado se
expresa que las propiedades químicas del suelo no varían demasiado Imhoff et al. 2014. Ambos
resultados son favorables, y cumplen los objetivos planteados en este trabajo de preservación del
suelo y minimización de la degradación.
Las características del efluente mencionado son:
Tabla 16 – Comparación con Propiedades de un efluente líquido de tambo aplicado en suelo Argiudol, Argentina.
Rango
pH 6,5-7,7
Conductividad eléctrica 0,5-0,7 µS/cm
Sólidos totales 5300-20800 mg/L
Materia orgánica 2600-10400 mg/L
Nitrógeno total 5040-6500 mg/L
Fósforo total 60-1110 mg/L
Potasio 147-1431 mg/L
Calcio 84-541 mg/L
Magnesio 98-246 mg/L
Sodio 513-444 mg/L
Se sabe por bibliografía estudiada (DairyNZ (C), 2015), que para poder realizar aplicaciones al
terreno, el suelo debe encontrarse con cierta humedad que no sea demasiado elevada, ya que se
podría provocar erosión, es por esto que se deciden efectuar balances de volumen de agua en el
54
suelo, con métodos computacionales para estimar la humedad en cada momento en una serie de
datos histórica de precipitación y evaporación de 18 años. Luego, se efectúan estudios de
sensibilidad, en los que se muestra, en promedio cuántos días secos previos se necesita para que el
suelo alcance cierta humedad, a partir de esto se decide un umbral de riego.
Como se ha estudiado, dado que las aplicaciones al terreno no se pueden efectuar todos los días, ya
que el suelo podría encontrarse demasiado húmedo previamente, en este sistema se requiere
poseer capacidad de almacenaje del efluente, hasta que sea oportuno efectuar la aplicación. Pero
esto puede tardar días, o incluso meses; entonces, la capacidad necesaria de almacenaje que deberá
tener el sistema propuesto, con cierto período de retorno, dependerá de la humedad del suelo.
En primera instancia, se decide evaluar el funcionamiento actual del sistema de almacenamiento de
la cámara cuyo volumen es 18 m3, se propone efectuar balances de masa en una serie de 18 años,
y analizar los desbordes de la misma. Se presume que dicho volumen no es suficiente, y que
desborda demasiadas veces, se lo puede ver a simple vista, en las visitas en las que el efluente
desborda hacia la zanja que va hacia la represa, constantemente. Pero se puede probar con un
cálculo mental rápido si se observa que el tambo eroga aproximadamente 3 m3/d de efluente, y
luego, es muy común que haya un impedimento para regar por más de 6 días (que es lo que tardaría
en llenarse la cámara por el sólo lavado de la sala) ya sea porque el suelo permanezca húmedo por
más de 6 días y a su vez llueva, entonces, demuestra que el volumen de almacenaje de la cámara
no sea suficiente.
Se propone utilizar la cámara de almacenaje existente, únicamente como sedimentador primario de
sólidos, función que ya está realizando actualmente. Y dejar de usarla como lugar de
almacenamiento del efluente, o como estercolera.
Una vez efectuado este análisis, se procede a determinar el volumen necesario para que el efluente
proveniente del lavado de sala, playa y pre-playa de espera, no desborde nunca de una laguna de
almacenaje hipotética, en una serie histórica de 18 años.
A continuación se proponen dos criterios de aplicaciones a terreno, que se describirán más adelante.
Uno de ellos no automatizado, que consiste en utilizar la barométrica existente, para vaciar la laguna
y efectuar viajes para aplicar el efluente al terreno. El otro criterio es semi-automatizado, consiste
en utilizar bombas impulsoras fijas en la laguna, tender una línea de tubería hacia la parcela de
aplicaciones y aplicar con un cañón fijo. A su vez se efectúa una aireación de la laguna para evitar la
estratificación (Sosa et al. 2013).
Se pone a prueba la capacidad de almacenaje de la laguna diseñada ante ambos criterios,
optimizando para el primer criterio: la cantidad de viajes, horas de trabajo del operario, días previos
secos que se debe esperar para regar. En el segundo criterio se optimizan las horas de trabajo de la
bomba, días previos secos que se debe esperar para regar, longitudes de tubería principal y de
manguera del cañón, recorrido del cañón.
55
Luego de consultar con el Director de la
EEFAS Ing. Carlos Moltini, este propone
que la laguna de almacenaje se ubique en
el Potrero 26a, aguas arriba de la represa.
Para esto, se propone construir una
conducción de saneamiento entubada
(actualmente existe una zanja) que lleve
los efluentes desde el tambo hasta la
laguna de almacenaje por gravedad, sin
infiltrar en el suelo. Se diseña el trazado de
la conducción, diámetro y material.
Para todas las instalaciones planteadas y
para los dos sistemas propuestos, se
evalúa la inversión inicial necesaria para
llevar a cabo las obras y los costos
operativos de funcionamiento.
Luego se compararán ambos criterios.
A nivel de la gestión de la EEFAS, se
considera relevante plantear una
estrategia para el manejo sustentable de
los nutrientes a la salida del sistema. Para
ello se propone, un plan de aplicaciones al
terreno con el objetivo de que se
consuman teóricamente todos los nutrientes: nitrógeno y fósforo; los cuales son mayoritarios en
este tipo de efluente. Los nutrientes serán consumidos por cultivos forrajeros de consumo animal y
no serán regados directamente para evitar riesgos sanitarios, sino que será regado el suelo cuando
esté con la cobertura natural o el barbecho, esperando para la siembra un período prudencial de 30
días. De este modo, se estará dando lugar al efecto biocida de la luz solar y los rayos ultravioleta
que minimizarán los posibles riesgos sanitarios.
Por lo tanto, se propone para esto la utilización de tres parcelas, complementarias entre sí, una para
cultivos de invierno, otra para cultivos de verano, y la tercera para los meses extra en que no se
pueda aplicar en ninguna de las otras.
Para evaluar los resultados de esta propuesta, se efectúan balances de ambos nutrientes en un
período histórico de 18 años y se evalúa la cantidad de hectáreas necesarias de una parcela
hipotética, para lograr consumir completamente los nutrientes: nitrógeno y fósforo.
Por otro lado, el agua almacenada se infiltra en el suelo, pudiendo resultar en un posible riesgo de
contaminación de las aguas subterráneas, por lo que se ve la necesidad de plantear la
impermeabilización de la laguna de almacenaje. Se evalúan dos opciones, impermeabilización con
arcilla compactada, e impermeabilización con geomembrana impermeable.
A continuación, se describen detalladamente las soluciones propuestas arriba, las metodologías
implementadas para los cálculos, y los resultados obtenidos.
Figura 40 - Plano de potreros en EEFAS.
56
3.2. DATOS HISTÓRICOS DISPONIBLES Y PRETRATAMIENTO DE DATOS
Para efectuar un balance diario en un período determinado, es necesario poseer datos diarios de:
- Evapotranspiración potencial estimada según Pennman, para poder calcular el consumo de
agua de los cultivos.
- Evaporación del Tanque A, para poder calcular el agua que egresa por la superficie libre de
la laguna.
- Precipitación: para calcular entradas de lluvia al sistema entero: escurrimiento por
superficies impermeables, entrada a la superficie libre de la laguna, entrada por la superficie
del suelo.
Se efectúa una búsqueda, y se recaban los siguientes datos de la Estación Agrometerológica de la
EEFAS (Resp. Ing. Agr. MSc. C. Saravia), se recaban los siguientes datos:
- Precipitación (PEEFAS), período 1998-2016.
- Evapotranspiración Potencial de Penman (ETPEEFAS), período 2006-2016.
- No se tiene datos de evapotranspiración del tanque A (EVATAEEFAS).
Por otro lado, del portal de internet del INIA Salto Grande se recaban datos de:
- Evapotranspiración Potencial de Penman (ETPSG), período 1998-2016.
- Evaporación del tanque A (EVATASG), período 1998-2016.
Los datos provenientes de la estación agrometerológica de EEFAS son más representativos, ya que
los medidores se encuentran dentro del mismo predio en donde se planea construir la laguna. Sin
embargo, el problema recae en que los datos de EEFAS son insuficientes. Para resolver esta faltante
de datos se aborda cada caso de diferente manera. A continuación se justifica cada metodología
adoptada.
a) Faltante de datos de ETPEEFAS, período 1998-2005: la evapotranspiración potencial varía muy
poco de un año a otro, debido a que depende en gran medida de la radiación solar, y esta
presenta variaciones estacionales dentro del año, por la incidencia de los rayos de sol, pero
no variaciones significativas de un año para otro. En este caso entonces, se opta por
completar los datos faltantes con el promedio para ese día calculado con los años
existentes.
Para el caso de los días 29/02/YYYY, se completan los faltantes con el promedio para ese
día, calculado sólo con los años bisiestos existentes.
b) Faltante de datos de la serie completa EVATAEEFAS.
Este tipo de casos está previsto en el manual FAO-56, y dice que se debe proceder hallando
una relación entre los datos de evapotranspiración de Penman (ETP) y evaporación del
tanque A (EVATA) de otra estación meteorológica cercana, y luego se puede suponer que
esta relación también se cumple para la estación en estudio, si es que son extrapolables, es
decir, si la relación se encuentra dentro de un rango determinado, para las condiciones
dadas de velocidad del viento y humedad relativa media.
El coeficiente que relaciona ETP y EVATA se denomina kp. El subíndice i se usa para referirse
al día i.
57
𝑘𝑝𝑖=
𝐸𝑇𝑃𝐼𝑁𝐼𝐴𝑖𝐸𝑉𝐴𝑇𝐴𝐼𝑁𝐼𝐴𝑖
Luego kp es el promedio de los kpi:
𝑘𝑝 =∑ 𝑘𝑝𝑖𝑖=𝑛𝑖=1
𝑛= 0,89
Se tienen datos (Saravia, 2017) de que la velocidad del viento (v) en EEFAS es baja, se estima
v<2 m/s, y la humedad relativa (HR) elevada, se puede estimar HR>70%. Bajo estas
condiciones, se estima que el coeficiente kp, debería estar en torno a 0,85 (Tabla 17). Por lo
que el valor obtenido para kp es aceptado y se considera que los datos de INIA y EEFAS son
extrapolables.
Se procede entonces a calcular EVATAEEFAS:
𝐸𝑉𝐴𝑇𝐴𝐸𝐸𝐹𝐴𝑆𝑖 =𝐸𝑇𝑃𝐸𝐸𝐹𝐴𝑆𝑖
𝑘𝑝
Evapotranspiración del cultivo (ETC): (Allen et al. 1998):
‘La evapotranspiración del cultivo bajo condiciones estándar se denomina ETC, y se refiere
a la evapotranspiración de cualquier cultivo cuando se encuentra exento de enfermedades,
con buena fertilización y que se desarrolla en parcelas amplias, bajo óptimas condiciones de
suelo y agua, y que alcanza la máxima producción de acuerdo a las condiciones climáticas
reinantes.’
𝐸𝑇𝐶 = 𝐸𝑇0 . 𝑘𝑐
(Allen, et al., 1998)
c) Faltante de datos puntuales en algunos días de la serie de precipitación de EEFAS (PEEFAS):
La precipitación es una variable generalmente considerada aleatoria en el Uruguay. Por lo tanto
el método de completado de los datos faltantes queda a criterio subjetivo.
Dado que los datos de precipitación en la estación EEFAS están mayormente completos, se
procede a rellenar los pocos faltantes con el promedio anual para ese día faltante, calculado con
la serie histórica de 18 años. (En el caso del 29/02/YYYY, se calcula el promedio anual,
únicamente con los años bisiestos existentes).
58
Tabla 17 - Rangos de kp para v y HR dados. Fuente (Allen et al 1998)..
59
3.3. BALANCE HÍDRICO EN LAGUNA CONSIDERANDO RESTRICCIONES DE
HUMEDAD DEL SUELO
3.3.1. CÁLCULO DE GEOMETRÍA DE LA LAGUNA
Se modela la laguna como un tronco de pirámide invertido, cuya base mayor es el área de superficie
libre, y la base menor es la que tiene contacto lítico. La pendiente de los taludes será 2:1 para
permitir una maniobrabilidad adecuada de las maquinarias para su construcción (en este caso la
traílla), y mantenimiento (por ejemplo: tractores).
Profundidad máxima de la excavación: se selecciona la profundidad máxima de la excavación para
la construcción de la laguna de almacenamiento, como h = 1 m, dado que se sabe que el contacto
lítico en promedio se encuentra a los 0,92 m de profundidad, a partir de los datos del perfil del suelo,
pero además se conoce que en la zona prevista de colocación de la laguna, la profundidad de los
suelos es un poco mayor. Además, se considera el aspecto práctico constructivo de redondear la
profundidad a 1 m.
Volumen geométrico:
𝑉𝑔𝑒𝑜𝑚 =ℎ
3 . (𝐴𝐵𝑀 + 𝐴𝐵𝑚 +√𝐴𝐵𝑀 . 𝐴𝐵𝑚)
Donde:
𝑉𝑔𝑒𝑜𝑚 = Volumen geométrico de la laguna.
𝐿1 = Longitud de la base mayor
𝐵1 = Ancho de la base mayor
A modo simplificativo de los aspectos constructivo,
se tomarán bases mayor y menor de forma
cuadrada, por lo que 𝐵1 = 𝐿1.
𝐴𝐵𝑀 = Área de la base mayor = 𝐴𝐵𝑀 = 𝐿1. 𝐵1
𝐿2 = Longitud de la base menor = 𝐿1 − 4 . ℎ
𝐵2 = Ancho de la base menor
𝐴𝐵𝑚 = Área de la base menor = 𝐿2. 𝐵2
Error: 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = (𝑉𝑎𝑙𝑚 − 𝑉𝑔𝑒𝑜𝑚)2
Se iteran varias geometrías, hasta conseguir que
resulte en el volumen deseado.
Área lateral para el recubrimiento con membrana:
L1
ABM
ABm
B1
L2 B2
PBM
PBM
h
Figura 41 - Geometría de la laguna.
60
𝐴𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙 = 𝐴𝐵𝑚 +(𝑃𝐵𝑀 + 𝑃𝐵𝑚). 𝑎𝑝
2
Donde:
𝐴𝑙𝑎𝑡𝑒𝑟𝑎𝑙 = Área lateral de la laguna.
𝑃𝐵𝑀 = Perímetro de la base mayor.
𝑃𝐵𝑚 = Perímetro de la base menor.
𝑎𝑝 = Apotema + revancha de 0,20 m.
61
3.3.2. BALANCE HÍDRICO DEL SUELO Y DETERMINACIÓN DE CANTIDAD DE DÍAS SIN PODER
APLICAR
En un balance hídrico del suelo, la diferencia entre los ingresos y los egresos de agua, se almacena
en el suelo en forma de humedad. Naturalmente, como ingresos se tiene la precipitación. Como
egresos, se considera la evapotranspiración de las plantas, y el almacenamiento es retenido como
humedad en el suelo. En este trabajo sólo se considera el agua retenida en el suelo que es disponible
para las plantas, porque el interés está enfocado en el riego.
El agua disponible en el suelo (AD), se define como AD = CC – PMP
Donde:
Capacidad de campo (CC): es la “cantidad de agua máxima que el suelo puede retener, medida a las
48 horas después de una lluvia o riego (el contenido de agua continúa descendiendo a medida que
pasa el tiempo)”, también puede ser definida como la “cantidad de agua retenida a una tensión de
0,1 a 0,33 bar.” – Facultad de Agronomía (FAGRO).
Punto de marchitez permanente (PMP): “es el contenido de agua retenida a una tensión de 15 bar.
Su valor depende del tipo de suelo. Este es el límite de tensión hasta el cual una planta, adaptada a
condiciones medias de humedad, puede extraer agua.” – FAGRO.
Humedad en el suelo en el día i (𝐻𝑢𝑚𝑖):
𝐻𝑢𝑚𝑖[𝑚𝑚] = {
0; 𝑠𝑖 𝑃𝑖 − 𝐸𝑇𝑃𝑖. 𝑘𝑐 + 𝐻𝑢𝑚𝑖−1 < 0𝐴𝐷; 𝑠𝑖 𝑃𝑖 − 𝐸𝑇𝑃𝑖. 𝑘𝑐 + 𝐻𝑢𝑚𝑖−1 > 𝐴𝐷
𝑃𝑖 − 𝐸𝑇𝑃𝑖. 𝑘𝑐 + 𝐻𝑢𝑚𝑖−1; 𝑠𝑖 0 < 𝑃𝑖 − 𝐸𝑇𝑃𝑖 . 𝑘𝑐 + 𝐻𝑢𝑚𝑖−1 < 𝐴𝐷
Donde:
𝑃𝑖[𝑚𝑚] = Precipitación en el día i.
𝐴𝐷 [𝑚𝑚] = Agua disponible en el suelo = 124,2 𝑚𝑚, correspondiente a un Brunosol de la Unidad
Itabeí – Tres Árboles. (Molfino y Califra, 2001)
𝐸𝑇𝑃𝑖[𝑚𝑚] = Evapotranspiración potencial Penmann-Monteith en el día i.
𝑘𝑐 = Coeficiente del cultivo = 0,75 Valor correspondiente al cultivo de referencia. Se podría
implementar un kc para cada cultivo, pero con el del cultivo de referencia, la demanda por
evapotranspiración es mínima, y por ende la humedad del suelo será la máxima, logrando estar del
lado de la seguridad.
Porcentaje de humedad en el día i (𝐻𝑢𝑚%𝑖):
𝐻𝑢𝑚%𝑖[%] =𝐻𝑢𝑚𝑖 . 100
𝐴𝐷
62
Umbral de riego (𝑈𝑚𝑏):
𝑈𝑚𝑏 = 0,8
Dado que lo que se desea es colocar la mayor cantidad de efluente posible en el suelo, pero que a
su vez se quiere dar oportunidad al agua de lluvia para que infiltre, evitando arrastre de nutrientes,
riesgo de contaminación y erosión, se decide colocar el umbral de riego en un 0,80 del agua
disponible. Con humedades del suelo por encima del umbral, no se puede regar, y hay que acumular
agua en la laguna, y con niveles de humedad por debajo de éste sí se puede realizar aplicaciones, y
la laguna puede ser vaciada.
Se utiliza una variable auxiliar para efectuar un test diario (𝐼𝑓𝑡𝑒𝑠𝑡𝑖), la cual coloca un 1 por cada vez
que la humedad supera el umbral de riego propuesto y un 0 por cada vez que la misma se encuentra
por debajo del umbral de riego.
𝐼𝑓𝑡𝑒𝑠𝑡𝑖 {1; 𝑠𝑖 𝐻𝑢𝑚%𝑖 > 𝑈𝑚𝑏 .1000; 𝑠𝑖 𝐻𝑢𝑚%𝑖 < 𝑈𝑚𝑏 .100
Se utiliza una variable auxiliar para efectuar un conteo acumulativo de las veces que la humedad en
el suelo supera el umbral (𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑜𝑖).
𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑜𝑖 = 𝐼𝑓𝑡𝑒𝑠𝑡𝑖 + 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑜𝑖−1. 𝐼𝑓𝑡𝑒𝑠𝑡𝑖
Se calcula el máximo intervalo de tiempo durante el cual la humedad del suelo superó el umbral,
porque durante ese intervalo no se puede regar, y hay que acumular el efluente en la laguna.
𝐼𝑁𝑇 = 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜{𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑜1; … ; 𝐶𝑜𝑛𝑡𝑒𝑜𝑛} = 186 𝑑
Donde:
𝐼𝑁𝑇 [𝑑] = Intervalo de tiempo sin poder regar.
𝑖 = 1: Es el primer día de la serie de datos.
𝑖 = 𝑛: Es el último día de la serie de datos.
63
3.3.3. BALANCE HÍDRICO DE LA LAGUNA Y DETERMINACIÓN DE VOLUMEN MÁXIMO DE
ALMACENAMIENTO
Se calcula un balance de agua en una laguna hipotética, en la que ingresa efluente diariamente, pero
se pueden efectuar aplicaciones del mismo al terreno sólo en algunos días, ya que hay días en que
el suelo se encuentra demasiado húmedo. Es por esto que se dice que la humedad del suelo
representa la restricción.
Para hallar el volumen que debería ser almacenado durante todos aquellos días en los que no se
pueda regar, se consideran los ingresos y egresos de volumen de agua a la laguna.
Los ingresos se dan por:
- Aporte pluvial que cae sobre la playa y pre-playa de la laguna,
- Aporte de los lavados de sala de ordeñe y lavados de playa y pre-playa,
- Aporte de la precipitación que cae sobre la superficie libre de la laguna.
Sobre los egresos, se considera que se dan sólo por evaporación desde la superficie libre de la
laguna.
Como se mencionó en la sección anterior, el balance del suelo se efectúa de forma diaria, con él se
obtiene una cantidad máxima de días en los que se no se puede regar.
Luego se debe determinar en la laguna hipotética, qué volumen de agua ingresa y egresa durante
esa cantidad de días. Para ello se decide tomar valores promedio de precipitación y evaporación
respectivamente, calculados con la serie histórica completa de 18 años. Esto se debe a que podrían
haber dos (ó más) períodos diferentes en los que no se pudo regar durante la misma cantidad de
días, entonces, habrían dos (ó más) evaporaciones correspondientes, al igual que dos (ó más)
precipitaciones correspondientes. En ese caso seleccionar una de ellas sería arbitrario y poco
representativo, o por el otro lado tomar un promedio entre ellas cada vez sería engorroso y difícil
de implementar.
Es por ello que se considera más representativo, efectuar los cálculos en base al promedio calculado
con los 18 años de serie de datos diarios.
Se calcula el promedio histórico de precipitación:
�̅� =∑ 𝑃𝑖 𝑖=𝑛𝑖=1
𝑛
Donde:
�̅� [𝑚𝑚
𝑑] = Precipitación promedio histórica.
𝑃𝑖 [𝑚𝑚
𝑑] = Precipitación en la estación EEFAS para el día i.
𝑖 = Subíndice para denotar el día i.
64
𝑛 = Subíndice para denotar el último día de la serie.
Se calcula el promedio histórico de la evaporación en el tanque A:
𝐸𝑉𝐴 𝑇𝐴̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ =∑ 𝐸𝑉𝐴 𝑇𝐴𝑖 [
𝑚𝑚𝑑] 𝑖=𝑛
𝑖=1
𝑛
Donde:
𝐸𝑉𝐴 𝑇𝐴̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ [𝑚𝑚
𝑑] = Evaporación promedio en el tanque A.
𝐸𝑉𝐴 𝑇𝐴𝑖 [𝑚𝑚
𝑑] = Evaporación en el tanque A en EFFAS para el día i.
𝑖 = Subíndice para denotar el día i.
𝑛 = Subíndice para denotar el último día de la serie.
Se calculan los aportes por precipitación sobre la superficie de la laguna:
𝐴𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒𝑠𝑢𝑝 𝑙𝑎𝑔 = �̅�. 𝐼𝑁𝑇. 𝐴𝑆𝑢𝑝 𝑙𝑎𝑔. (1
1000)
Donde:
𝐴𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒𝑠𝑢𝑝 𝑙𝑎𝑔[𝑚3] = Aportes por precipitación sobre la superficie de la laguna.
𝐼𝑁𝑇 [𝑑] = Intervalo de tiempo sin poder regar.
Se calcula el aporte de la precipitación que cae sobre la superficie impermeable de la playa y pre-
playa, considerando que el 100% de lo que impacta sobre esa superficie, drena hacia la cámara.
𝐴𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒𝑠𝑢𝑝 𝑖𝑚𝑝 = �̅� . 𝐼𝑁𝑇. 𝐴𝑖𝑚𝑝. (1
1000)
Donde:
�̅� [𝑚𝑚
𝑑] = Precipitación promedio histórica.
𝐼𝑁𝑇 [𝑑] = Intervalo de tiempo sin poder regar.
𝐴𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒𝑠𝑢𝑝 𝑖𝑚𝑝[𝑚3] = Aporte pluvial proveniente de la playa y pre-playa.
𝐴𝑖𝑚𝑝[𝑚2] = Área de la superficie impermeable de playa y pre-playa
𝐴𝑖𝑚𝑝 = 13 𝑚 . 9,5 𝑚 + 9,5 𝑚 . 5 𝑚 = 171 𝑚2
El área impermeable de la playa y pre-playa se calcula a partir del relevamiento efectuado.
65
Se calcula el aporte por usos del agua del tambo:
Se sabe, por trabajos anteriores realizados por Facultad de Agronomía, que los lavados de la sala de
ordeñe, sumado a los lavados de playa y pre-playa, generan un caudal efluente de:
𝑄 = 3,13𝑚3
𝑑
𝐴𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒𝑇𝑎𝑚𝑏𝑜 = 𝑄 . 𝐼𝑁𝑇
Donde:
𝑄 [𝑚3
𝑑] = Caudal total efluente diario generado por lavados en sala, playa y pre-playa.
𝐴𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒𝑇𝑎𝑚𝑏𝑜 [𝑚3] = Aporte de corriente efluente proveniente de sala, playa y pre-playa.
Se calculan los egresos de la laguna por evaporación desde la superficie libre:
𝐸𝑔𝑟𝑒𝑠𝑜𝑠𝐸𝑉𝐴 = 𝐸𝑉𝐴 𝑇𝐴̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ . 𝐼𝑁𝑇. 𝐴𝑆𝑢𝑝 𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 . (1
1000)
Donde:
El área de la superficie libre, (𝐴𝑆𝑢𝑝 𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒) es un parámetro a iterar.
𝐸𝑔𝑟𝑒𝑠𝑜𝑠𝐸𝑉𝐴[𝑚3] = Egresos de la laguna por evaporación.
𝐴𝑆𝑢𝑝 𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒[𝑚2] = Área de la superficie libre.
Se calcula el volumen que se necesita almacenar, este será la diferencia entre los ingresos y los
egresos.
𝑉𝑎𝑙𝑚 = 𝐴𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒𝑠𝑢𝑝 𝑖𝑚𝑝 + 𝐴𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒𝑠𝑢𝑝 𝑙𝑎𝑔𝑢𝑛𝑎 + 𝐴𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒𝑡𝑎𝑚𝑏𝑜 − 𝐸𝑔𝑟𝑒𝑠𝑜𝑠𝐸𝑉𝐴
Donde:
𝑉𝑎𝑙𝑚[𝑚3] = Volumen que se requiere almacenar.
Los cálculos de la geometría de la laguna y el volumen requerido debido a restricciones de humedad
del suelo, se efectúan paralelamente; iterando los parámetros: longitud de la laguna, y área
superficial; con el objetivo de minimizar el error (diferencia cuadrada) entre el volumen requerido
y el volumen generado por una geometría dada.
A su vez, al efectuar los cálculos del volumen que requiere almacenar la laguna, utilizando el máximo
intervalo de tiempo durante el cual no se puede regar (el 1° máximo), se obtiene el volumen máximo
de almacenamiento requerido.
66
3.3.4. RESULTADO PARCIAL: VOLUMEN MÁXIMO DE ALMACENAMIENTO
A partir de los cálculos efectuados se determina que el volumen a almacenar es: 𝑽 = 𝟕𝟑𝟓𝒎𝟑. La
geometría de la laguna a construir se describe a continuación, teniendo en cuenta todos los días en
los que no se puede regar, y se debe almacenar el efluente, debido a impedimentos por humedad
del suelo elevada.
Intervalo sin poder regar 186 d
Precipitación promedio 3,9 mm/d
Evaporación Tanque A promedio 3,7 mm/d
Aportes precip. sobre superficie impermeable 123 m3
Aportes precip. sobre superficie libre 609 m3
Aportes caudal efluente tambo 582 m3
Egresos evaporación superficie libre 579 m3
Superficie de la laguna 846 m2
Volumen a almacenar 735 m3
Profundidad máxima 1 m
Longitud base mayor 29 m
Ancho base mayor 29 m
Volumen almacenable según geometría 735 m3
Área superficial 845 m2
Longitud base menor 25 m
Ancho base menor 25 m
Área base menor 629 m2
Perímetro base mayor 116 m
Perímetro base menor 100 m
Apotema 2,34 m
Revancha 0,20 m
Área de la superficie lateral (sin sup. libre) 1729 m2
Error entre Volúmenes 3,9E-12 m3
67
3.4. COMPROBACIÓN CAPACIDAD PARA CONECTAR SANEAMIENTO
JUSTIFICACIÓN DEL ANÁLISIS DEL SANEAMIENTO
En el presente trabajo no se pretende diseñar la red de saneamiento de la estación EEFAS, porque
está fuera del alcance del proyecto. No obstante, se busca el correcto funcionamiento de la laguna
de almacenamiento, y se sabe que a corto plazo se construirá la red de saneamiento para toda la
estación, la cual se podría conectar a la laguna.
Por lo que el objetivo perseguido en esta sección, es calcular el caudal máximo a ingresar a la laguna
en el momento de mayor aporte proveniente de la red de saneamiento, en el caso de una posible
conexión con la misma en un futuro, de modo de prever que la laguna tenga la capacidad de
soportar un aumento en el caudal de ingreso.
METODOLOGÍA DE CÁLCULO: CAUDALES Y PROYECCIONES
Se toma como período de análisis un año, iniciando en el momento valle de concurrencia de
personas a la EEFAS (es decir el momento de menor aporte de todo el período), y finalizando en el
pico (es decir en el momento de mayor aporte de todo el período). Dado que se sabe que hay una
estacionalidad en el año, pero a través de los años la población de los picos, y los valles se mantiene
constante.
Figura 42 - Diseño hipotético para una futura red de saneamiento.
68
Población al final del período:
𝑃𝑓 = 200 ℎ𝑎𝑏
Donde hab = habitantes
Se define:
𝑃𝑓[ℎ𝑎𝑏] = Población al final del período.
La dotación (Dot) recomendada por IMM (Intendencia Municipal de Montevideo) para el
saneamiento de comunidades de menos de 20.000 habitantes es:
𝐷𝑜𝑡 = 150𝐿
ℎ𝑎𝑏 . 𝑑
Donde:
L = litro
d = día
Los coeficientes k1, k2, recomendados por la IMM son:
𝑘1 = 1,3
𝑘2 = 1,9
Donde:
𝑘1 = Coeficiente de caudal máximo diario.
𝑘2 = Coeficiente de máximo caudal horario.
El coeficiente de retorno recomendado por IMM es:
𝐶𝑟 = 0,85
Donde:
𝐶𝑟 = Coeficiente de retorno.
El coeficiente de Manning (n) generalmente usado en saneamiento es:
𝑛 = 0,013
69
En base a la recomendación de IMM, el caudal infiltrado es: 0,2 L/s/km, y la longitud total de
tuberías de saneamiento se estima en 0,5 km.
𝑄𝑖𝑛𝑓,𝑓 = 0,2𝐿
𝑠 . 𝑘𝑚. 0,5 𝑘𝑚 = 0,36
𝑚3
ℎ
Donde:
𝑄𝑖𝑛𝑓,𝑓 [𝑚3
ℎ] = Caudal infiltrado al final del período.
No se consideran caudales puntuales, porque los laboratorios no deberían conectar sus efluentes
al saneamiento.
𝑄𝑝,𝑓 = 0𝑚3
𝑠
Donde:
𝑄𝑝,𝑓 [𝑚3
𝑠] = Caudal puntual al final del período.
Se calcula el caudal medio diario al final del período:
𝑄𝑚𝑒𝑑,𝑑,𝑓 = 𝐶𝑟. 𝑃𝑓 . 𝐷𝑜𝑡
Donde:
𝑄𝑚𝑒𝑑,𝑑,𝑓 [𝑚3
𝑠] = Caudal medio diario, final.
Se calcula el caudal máximo horario al final del período de previsión:
𝑄𝑚á𝑥,ℎ,𝑓 = 𝑘2. 𝑘1. 𝑄𝑚𝑒𝑑,𝑑,𝑓 + 𝑄𝑖𝑛𝑓,𝑓 +∑𝑄𝑝,𝑓
Donde:
𝑄𝑚á𝑥,ℎ,𝑓 [𝑚3
𝑠] = Caudal máximo horario, final.
La población servida al final del período se calcula como:
𝑃𝑠𝑒𝑟𝑣,𝑓 = 𝐶𝑜𝑏 . 𝑃𝑓
Donde:
𝐶𝑜𝑏 = Cobertura al final del período. Se calcula para que el 100 % de la población sea cubierta por
el saneamiento. 𝐶𝑜𝑏 = 1.
70
El caudal medio diario de desagüe es:
𝑄𝑚𝑒𝑑,𝑑,𝑑𝑒𝑠 = 𝑃𝑠𝑒𝑟𝑣,𝑓 . 𝐷𝑜𝑡. 𝐶𝑟
Donde:
𝑄𝑚𝑒𝑑,𝑑,𝑑𝑒𝑠 [𝑚3
𝑑] = Caudal medio diario de desagüe.
Se calcula el caudal máximo horario de desagüe:
𝑄𝑚𝑎𝑥,ℎ,𝑑𝑒𝑠 = 𝑘2. 𝑘1. 𝑄𝑚𝑒𝑑,𝑑,𝑑𝑒𝑠
Donde:
𝑄𝑚𝑎𝑥,ℎ,𝑑𝑒𝑠 [𝑚3
ℎ] = Caudal máximo horario de desagüe.
Se calcula el caudal de diseño de la red de desagüe:
𝑄𝑑𝑒𝑠 = 𝑄𝑚á𝑥,ℎ,𝑑𝑒𝑠 + 𝑄𝑖𝑛𝑓,𝑓 +∑𝑄𝑝,𝑓
Donde:
𝑄𝑑𝑒𝑠 [𝑚3
ℎ] = Caudal de diseño de la red de desagüe.
RESULTADO PARCIAL: CAUDAL DE DISEÑO PARA UNA POSIBLE RED DE DESAGÜE
Utilizando la metodología de cálculo descrita en la parte anterior se obtienen los siguientes
resultados. (Tabla 18).
A partir del caudal de desagüe obtenido, 𝑄𝑑𝑒𝑠 = 71𝑚3
𝑑, se puede decir que la aportación del
volumen de saneamiento proveniente de los habitantes es muy elevada frente a la aportación del
volumen efluente del tambo: 𝑄𝑡𝑎𝑚𝑏𝑜 = 3,1300𝑚3
𝑑, por lo que no se recomienda conectar el
saneamiento de los habitantes a la laguna, ya que la misma se verá desbordada para el volumen
máximo previsto.
Además, los efluentes de seres humanos poseen otras características físico-químicas,
microbiológicas, y potencialmente patogénicas, que hacen que sea recomendable efectuar un
tratamiento separado de los mismos.
71
Tabla 18 – Resultados, caudal de diseño red de saneamiento
Año Población
2018 200 hab
Cobertura 1 []
Población servida 200 hab
D 150 L/hab*d
K1 1,3
K2 1,9
Cr 0,85
Q med,d des 1,06 m3/h 25,5 m3/d
Q máx,h des 2,62 m3/h 63,0 m3/d
Q tambo 0,13 m3/h 3,13 m3/d
Q inf 0,36 m3/h 8,64 m3/d
Q desagüe sin ind 2,98 m3/h 71,6 m3/d
72
3.5. BALANCES HÍDRICOS SOBRE LAGUNA, CONSIDERANDO APLICACIONES A
TERRENO
Para poder proponer un plan de aplicaciones, es preciso efectuar balances hídricos sobre la laguna
de geometría ya conocida, conjuntamente con balances hídricos sobre el suelo; con el objetivo de
almacenar el efluente en una laguna que no desborde nunca, durante el tiempo en que se necesite
almacenar el efluente porque el suelo esté demasiado saturado para su aplicación. De esta manera
se logra evitar la contaminación de cursos de agua superficiales, y también la degradación del suelo
por drenaje y escurrimiento superficial. A continuación se detallan todas las metodologías de cálculo
propuestas y resultados obtenidos.
3.5.1. RELACIÓN: DÍAS PREVIOS SECOS VS. HUMEDAD PROMEDIO DEL SUELO
Como se mencionó anteriormente, para efectuar aplicaciones del efluente al terreno sin afectar la
calidad del suelo, para evitar erosión por escurrimiento superficial ó drenaje, es necesario conocer
o estimar el contenido de humedad del suelo.
La humedad en el suelo en un momento dado se puede determinar por diferentes métodos que
presentan ventajas y desventajas: según lo resume (Martin, 2010):
El Método del Tacto: requiere que el operario esté familiarizado con el suelo y tenga mucha
experiencia previa, pero es el más económico.
La Sonda De Neutrones: se utiliza generalmente por los investigadores, es costosa y como contiene
material radiactivo, se necesita poseer licencia para operarla.
La Resistencia Eléctrica: es el principio físico usado en los bloques de yeso y los sensores
Watermark®. A pesar de que operan muy bien cuando la humedad disponible en el suelo es elevada,
no son prácticos para el riego, porque justamente se desea medir cuando la humedad del suelo es
baja. Es difícil poder reutilizarlos.
La Tensión del Suelo: se mide con equipos llamados tensiómetros. Estos también funcionan bien en
los suelos muy húmedos, pero el contacto con la tierra se pierde cuando la humedad del suelo
desciende, y entonces se vuelven poco prácticos para fines de riego. Tampoco es fácil reutilizarlos.
Programación del riego por computadora: Se utilizan balances de agua calculados por computadora.
Se requiere conocimiento técnico para la configuración de los programas, pero luego la operación
de sistema es sencilla.
En vista de lo expuesto anteriormente, se puede decir que ninguno de los métodos de medición
directa de la humedad del suelo es adecuado para la estación EEFAS, ya que en algunos el costo es
muy elevado, o el manejo requiere demasiados conocimientos técnicos que escapan a un operario
de tambo, en otros, el resultado del análisis de laboratorio es diferido, lo cual no sirve para el
propósito de este trabajo.
73
A su vez se sabe que, el método práctico más utilizado es la programación de un plazo fijo, teniendo
en cuenta el calendario (número de días transcurridos desde el último riego) (Martin, 2010). Éste es
también el método utilizado en EEFAS que como se expuso anteriormente, aplica cada 20 o 30 días,
sin embargo este criterio ha probado ser insuficiente para el volumen de efluente del tambo.
Además representa un potencial riesgo de contaminación y también de erosión del suelo por
drenaje, al permanecer la cámara de almacenaje desbordada prácticamente todo el tiempo.
Para disminuir el riesgo de erosión, con la implementación de tecnología, se podría utilizar un
método numérico de balance de humedad del suelo diario en tiempo real; en donde se
implementara un programa computacional que devolviera el dato de humedad calculada del suelo
en ese día y si se puede regar o no, según el umbral de riego establecido. Sin embargo, este método
también sería costoso y si bien se podría programar para cualquier computadora, no es práctico
para este tambo en particular.
Es por esto, que en el presente trabajo se resuelve proponer el siguiente método de muy sencilla
aplicación y muy bajo costo, que tiene en cuenta la minimización del riesgo de erosión por
escurrimiento o drenaje. Consiste en contar los días acumulados en el calendario en los que no ha
llovido, para poder efectuar la aplicación del efluente al terreno. A su vez, se analiza el contenido
de humedad promedio en el suelo que fundamenta la cantidad de días secos previos seleccionados,
es decir, se busca saber, en promedio, qué humedad hay en el suelo cuando no ha llovido en ‘x’ días
previos. Luego cuando el operario vaya a regar, y no haya llovido en, por ejemplo: 5 días, podrá
inferir que el suelo se encuentra en una humedad entorno a la humedad media, más menos la
desviación estándar. Se utiliza la serie diaria histórica de 18 años, la cantidad de valores lo hace
promediable (Ley de los Grandes Números).
Se utiliza la variable auxiliar (𝐻𝑈𝑀𝑖∗) para extraer el valor de la variable humedad correspondiente
a los días previos secos para los cuales se desea analizar la sensibilidad del modelo, en cada caso.
𝐻𝑈𝑀𝑖∗ = {
𝐻𝑈𝑀𝑖, 𝑠𝑖 𝐷𝑆𝐴𝐶𝑖 = 𝐷𝑆𝐴𝐶𝐴"", 𝑠𝑖𝑛𝑜.
Donde:
𝐻𝑈𝑀𝑖∗[%] = Humedad del suelo en el día i, correspondiente a x días previos secos.
𝐷𝑆𝐴𝐶𝐴 [𝑑] = Días secos acumulados analizados.
𝐷𝑆𝐴𝐶𝑖[𝑑] = Días secos previos acumulados hasta el día i.
“”: representa una celda vacía en la que no se adjudica ningún dato para que no afecte el siguiente
cálculo de la humedad promedio, que se describe a continuación.
Se calcula la humedad del suelo promedio correspondiente dichos días secos previos.
𝐻𝑈𝑀𝑃 [%] =∑𝐻𝑈𝑀𝑖
∗
𝑛
74
Donde:
𝐻𝑈𝑀𝑃 [%] = Humedad promedio para toda la serie de datos, correspondiente a tales días secos
previos en análisis.
Hay que tener en cuenta que ‘la
mayoría de las investigaciones en
riego recomiendan regar los cultivos
en surcos tales como algodón, o maíz
y sorgo de grano, cuando el DPM
(Déficit Permitido en el Manejo de
Riego) se acerca al 50%’ (Martin,
2010).
En el caso de la estación EEFAS, para
este trabajo, se pretende mantener
la humedad media del suelo superior
50% (porque es lo recomendado) y
hasta 80 % (valor seleccionado
subjetivamente para evitar
escurrimiento superficial y drenaje).
Es importante señalar que para el objetivo perseguido de colocar el máximo efluente posible en el
suelo, será siempre conveniente mantener la humedad lo más elevada posible. Cabe esta aclaración,
porque es un criterio inverso al criterio que se utiliza en el riego convencional con agua “limpia”, en
el que se intenta siempre gastar la mínima cantidad de agua posible, porque es costosa, y entonces
se mantiene siempre el suelo a la mínima humedad posible.
En (Figura 44) se puede observar por ejemplo que con 1 día previo sin lluvia, la humedad del suelo
se encuentra en promedio entorno al 70 % del agua disponible. El ajuste posee un valor R = 0,9871.
Tabla 19 - Análisis días secos previos vs. Humedad en el suelo.
Figura 43 - Martin, 2010.
Días previos de no lluvia [d]
Promedio Hum del suelo [%]
0 78,7
1 74,3
2 71,9
3 69,8
4 68,3
5 65,6
6 63,1
7 64,1
8 62,8
9 60,5
10 58,2
75
Figura 44 - Humedad promedio en el suelo vs. días secos.
76
3.5.2. PLAN DE APLICACIONES EN 5 AÑOS Y ROTACIONES DE CULTIVOS EN 3 PARCELAS
Referencias:
PN Pradera natural
ALF Alfalfa
RG Ryegrass
TB Trébol Blanco
AV Avena
PARCELA 1: se plantea efectuar en ésta cultivos de verano
en rotación: ALF/PN/RG/PN.
PARCELA 2: se plantea efectuar en ésta cultivos de
invierno en rotación: TB/PN/AV/PN.
PARCELA 3: La parcela 3 es solamente de apoyo para
aplicar el efluente en aquellos casos en los que no se
puede aplicar en la parcela 1 ni en la 2. En esta parcela, no
se prevé ningún cultivo, sólo la pradera natural existente.
Se plantea efectuar aplicaciones del efluente en las
parcelas 1 y 2 en el momento del año en que no se cultiva.
Durante el período en el que se efectúan aplicaciones no
se cultiva ninguna especie, sólo se mantiene la pradera
natural para dejar descansar el suelo.
Antes de efectuar dichas aplicaciones se propone efectuar
un chequeo mínimo de los parámetros pH y conductividad
eléctrica para cerciorarse que se encuentren dentro de
rangos aceptables (Imhoff et al. 2014).
Es de suma importancia esperar un período prudencial de
30 días antes de sembrar, para permitir que la radiación
UV de la luz solar inactive las bacterias mayoritarias
presentes: coliformes fecales (termotolerantes) y los
posibles agentes patógenos asociados, evitando así la
contaminación del cultivo, y la posible transmisión de
enfermedades, de la planta al rumiante, y del rumiante al
ser humano. (CONAPROLE, IMFIA, DINAMA, 2009).
Por este motivo, se proponen tres parcelas de trabajo, en
las que se pueda intercalar las aplicaciones.
Las especies mencionadas se describen a continuación:
Hay que tener en cuenta el carácter básico que presentan
los efluentes de tambo a la hora de proponer un cultivo,
Año Mes PARCELA 1 PARCELA 2 PARCELA 3
ene
feb
mar
abr APLICO
mayo APLICO
jun APLICO
jul APLICO
ago APLICO
sep ESPERO APLICO
oct ALF APLICO
nov ALF APLICO
dic ALF APLICO
ene ALF APLICO
feb ALF APLICO
mar ALF ESPERO APLICO
abr APLICO TB
mayo APLICO TB
jun APLICO TB
jul APLICO TB
ago APLICO TB
sep ESPERO TB APLICO
oct RG APLICO
nov RG APLICO
dic RG APLICO
ene RG APLICO
feb RG APLICO
mar RG ESPERO APLICO
abr APLICO AV
mayo APLICO AV
jun APLICO AV
jul APLICO AV
ago APLICO AV
sep ESPERO AV APLICO
oct ALF APLICO
nov ALF APLICO
dic ALF APLICO
ene ALF APLICO
feb ALF APLICO
mar ALF ESPERO APLICO
abr APLICO TB
mayo APLICO TB
jun APLICO TB
jul APLICO TB
ago APLICO TB
sep ESPERO TB APLICO
oct RG APLICO
nov RG APLICO
dic RG APLICO
ene RG APLICO
feb RG APLICO
mar RG ESPERO APLICO
abr APLICO AV
mayo APLICO AV
jun APLICO AV
jul APLICO AV
ago APLICO AV
sep ESPERO AV APLICO
oct ALF APLICO
nov ALF APLICO
dic ALF APLICO
1
2
3
4
5
77
verificar que pueda soportar pH elevados. A su vez, por poseer un contenido de patógenos alto, es
recomendable utilizarlos para regar cultivos que no estén destinados al consumo directo de
humanos, por ejemplo, evitar árboles frutales, verduras.
El Trébol Blanco (Trifolium repens L.) [TB] es bianual de ciclo invernal, forrajero, de excelente
adaptación al clima del Uruguay. Además proporciona un muy buen alimento para el bovino lechero.
Tiene uno de los más elevados consumos
de N de 66,6 kg/ha.
La Alfalfa (Medicaga sativa L.) [ALF] es
perenne de ciclo estival, que resiste muy
bien las altas temperaturas e incidencia del
sol. Ofrece forraje cuando las demás
pasturas están secas. También tiene un alto
consumo de N 56 kg/ha.
La Avena (Avena sativa) [AV] es anual de
ciclo invernal que proporciona un alimento
muy beneficioso para producción de leche
de la vaca. Su consumo de N es
relativamente menor, pero bueno: 27,6
kg/ha.
El Raigrás (Lolium multiflorum Lam) [RG] es
anual de ciclo invernal muy adaptable al
clima, con un buen consumo de N: 30,3
kg/ha.
Finalmente el Campo Natural [PN], que ya
se encuentra instalada actualmente se
estima que tiene un consumo de N algo menor, de 10 kg/ha. (USDA, 2017).
TB
AV
ALF
RG
PN
78
3.5.3. BALANCE DE MASA SOBRE LAGUNA, CRITERIO 1: APLICACIÓN A TERRENO CON
ESTERCOLERA
JUSTIFICACIÓN
En primera instancia, se piensa en efectuar aplicaciones del efluente al terreno con un criterio
práctico, llámesele “Criterio 1”, en el que cualquier operario de tambo, con poca o ninguna
capacitación técnica en el área de efluentes, y acorde a las prácticas que actualmente los operarios
ya están acostumbrados a realizar en la EEFAS.
Consiste en aplicar los efluentes al terreno, sólo cuando no haya llovido en “x” días previos. A su
vez, que cuando se efectúe la aplicación, se lo haga con la máxima cantidad de viajes posibles que
cada operario puede realizar en su turno (se estima dos viajes por turno, luego dos turnos de ordeñe
al día harán a un total de 4 viajes por día) dado que por la división de tareas actual, al operario que
le toque aplicar, también le tocará arrear el ganado y limpiar la playa y pre-playa, por lo que no se
considera realista un número mayor de viajes por día.
Este criterio es muy fácil de llevar a la práctica, sólo requiere la constancia de anotar en una planilla
si el día en que se concurrió a trabajar, llovió o no, para que así al día siguiente el operario pueda
llevar un conteo de los días previos sin lluvia.
METODOLOGÍA
Para modelar lo que sucedería en la laguna, en el caso de efectuar aplicaciones a terreno del
efluente, vaciando cierta cantidad del volumen que se encuentra almacenado allí, se plantea
calcular un balance de masa de paso diario, con el objetivo de hallar la máxima eficiencia de
funcionamiento del sistema, es decir, la máxima cantidad de días que se puede dejar sin vaciar la
laguna, porque de este modo se disminuyen los costos operativos. Para ello, se busca del máximo
número de días secos previos, y el mínimo número de viajes por día necesarios para aplicar el
efluente.
Se calculan los ingresos de efluente (𝐼𝑄𝑖) son:
𝐼𝑄𝑖 = {0; 𝑠𝑖 𝑚𝑒𝑠 = 1; 2; 3𝑄; 𝑠𝑖 𝑚𝑒𝑠 = 𝑜𝑡𝑟𝑜
Donde:
𝐼𝑄𝑖 [𝑚3
𝑑] = Ingresos de efluente a la laguna por aportes de sala, playa y pre-playa.
𝑄 [𝑚3
𝑑] = Caudal total efluente diario generado por lavados en sala, playa y pre-playa.
𝑄 = 3,13𝑚3
𝑑 (Justificado anteriormente).
𝑖 = Subíndice que denota el día i.
79
Se calculan aportes de la planchada impermeable de la playa y pre-playa (𝐼𝐼𝑀𝑃𝑖):
𝐼𝐼𝑀𝑃𝑖 = 𝑃𝑖. 𝐴𝑖𝑚𝑝 . (1 𝑚
1000 𝑚𝑚)
Donde:
𝐼𝐼𝑀𝑃𝑖 [𝑚3
𝑑] =Ingresos por aportes del área impermeable de la playa y pre-playa. Considerando que
el 100% de lo que impacta en la superficie escurre hacia la laguna de almacenaje.
𝑃𝑖 [𝑚𝑚
𝑑] = Precipitación en EEFAS para el día i.
𝐴𝑖𝑚𝑝 [𝑚2] = Área de la superficie impermeable de playa y pre-playa.
Se calculan ingresos a la laguna por precipitación sobre la superficie libre (𝐼𝑃𝑖)
𝐼𝑃𝑖 = 𝑃𝑖 . 𝐴𝑠𝑢𝑝 . (1 𝑚
1000 𝑚𝑚)
Donde:
𝐼𝑃𝑖 [𝑚3
𝑑] = Ingresos por precipitación sobre la superficie libre, para el día i.
𝑃𝑖 [𝑚𝑚
𝑑] = Precipitación para el día i.
𝐴𝑠𝑢𝑝[𝑚2] = Área de la superficie libre de la laguna proyctada.
Se calculan egresos por evaporación desde la superficie libre de la laguna 𝐸𝐸𝑉𝐴𝑖:
𝐸𝐸𝑉𝐴𝑖 = 𝐸𝑉𝐴𝑇𝐴𝑖. 𝐴𝑠𝑢𝑝. (1 𝑚
1000 𝑚𝑚)
Donde:
𝐸𝐸𝑉𝐴𝑖 [𝑚3
𝑑] = Egresos por evaporación desde la superficie libre de la laguna, para el día i.
𝐸𝑉𝐴𝑇𝐴𝑖 [𝑚𝑚
𝑑] =Evaporación del tanque A, para el día i.
Se efectúa el balance de masa, considerando que lo que ingresa menos lo que egresa, se almacena
en la laguna.
𝐵𝐴𝐿𝑖∗ = 𝐼𝑄𝑖 + 𝐼𝐼𝑀𝑃𝑖 + 𝐼𝑃𝑖 − 𝐸𝐸𝑉𝐴𝑖
𝐵𝐴𝐿𝑖 = {𝐵𝐴𝐿𝑖
∗, 𝐵𝐴𝐿𝑖∗ ≥ 0
0, 𝐵𝐴𝐿𝑖∗ < 0
Donde:
80
𝐵𝐴𝐿𝑖∗ = Balance calculado para el día i.
𝐵𝐴𝐿𝑖 = Variable balance, para el día i, corregida para que sea siempre superior a cero (físicamente
posible).
Se utiliza una variable auxiliar para cuestionar si ese día fue seco (𝐷𝑆𝑖):
𝐷𝑆𝑖 = {0, 𝑃𝑖 > 01, 𝑠𝑖𝑛𝑜
Donde:
𝐷𝑆𝑖[𝑑] = Día seco? (Variable auxiliar).
Se acumulan días secos hasta el día i:
𝐷𝑆𝐴𝐶𝑖 = {𝐷𝑆𝐴𝐶𝑖−1 + 𝐷𝑆𝑖, 𝐷𝑆𝑖 > 0
0, 𝑠𝑖𝑛𝑜
Donde:
𝐷𝑆𝐴𝐶𝑖[𝑑] = Días secos previos acumulados, hasta el día i.
Se efectúa el balance de masa, considerando las aplicaciones al terreno, a continuación se muestra
el esquema de cálculo:
Donde:
𝐷𝑆𝐴𝐶𝑀 [𝑑]: Días secos acumulados máximos admisibles.
𝑉𝐵𝐴𝑅 [𝑚3
𝑣𝑖𝑎𝑗𝑒]: Volumen de capacidad máxima de la estercolera/barométrica = 6 𝑚3
𝑉𝐼𝐴𝐽𝑀 [𝑣𝑖𝑎𝑗𝑒𝑠]: Viajes máximos realizables por día, variable a iterar.
𝑉𝑉𝐴𝐶𝑀 [𝑚3
𝑑]: Volumen de vaciado fijo = 24
𝑚3
𝑑
𝑉𝑖[𝑚3] = Volumen acumulado en la laguna en el día i.
81
* El volumen mínimo admisible se puede considerar cero, ya que las estercoleras pueden extraer el
efluente casi hasta el fondo de la laguna.
Se evalúa la sensibilidad del modelo ante la variación del parámetro 𝐷𝑆𝐴𝐶𝑀. Los cálculos se
describen a continuación:
Se utiliza una variable auxiliar para calcular si ese día la laguna desborda o no:
𝐷𝐸𝑆𝑖 = {1, 𝑠𝑖 𝑉𝑖 − 𝑉𝑀𝐴𝑋0, 𝑠𝑖𝑛𝑜
Donde:
𝐷𝐸𝑆𝑖 = Desborda en el día i? (Variable auxiliar).
𝑉𝑀𝐴𝑋 [𝑚3] = Volumen máximo de capacidad de la laguna.
𝑖 = subíndice que denota el día i.
Se cuenta el total de días en que la laguna desbordó:
𝐷𝐸𝑆 =∑𝐷𝐸𝑆𝑖
𝑖=𝑛
𝑖=1
Donde:
𝐷𝐸𝑆 [𝑑] = Total de días que desborda en todo el período.
𝑛 = Subíndice que denota el último día del período.
Se acumulan desbordes día a día:
𝐷𝐸𝑆𝐴𝑖 = 𝐷𝐸𝑆𝑖−1 + 𝐷𝐸𝑆𝑖
Donde:
𝐷𝐸𝑆𝐴𝑖 [𝑑] = Desbordes continuados hasta el siguiente día que no desborde.
Se halla la máxima cantidad de desbordes continuados:
𝐷𝐸𝑆𝐴𝑀 = 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 {𝐷𝐸𝑆𝐴1; … ;𝐷𝐸𝑆𝐴𝑛}
Donde:
𝐷𝐸𝑆𝐴𝑀 [𝑑] = Máxima cantidad de desbordes continuados.
82
Se calcula el excedente de la laguna día a día:
𝐸𝑋𝐶𝑖 = {𝑉𝑖 > 𝑉𝑀𝐴𝑋, 𝑉𝑖 − 𝑉𝑀𝐴𝑋 > 0
0, 𝑠𝑖𝑛𝑜
Donde:
𝐸𝑋𝐶𝑖[𝑚3] = Volumen excedente de la laguna en el día i.
Se calcula el máximo excedente en toda la serie de datos:
𝐸𝑋𝐶𝑀 = 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 {𝐸𝑋𝐶1;… ; 𝐸𝑋𝐶𝑛}
Donde:
𝐸𝑋𝐶𝑀 [𝑚3] = Máximo volumen excedente en toda la serie de datos.
Se acumula el volumen excedente día a día:
𝐸𝑋𝐶𝐴𝑖 = 𝐸𝑋𝐶𝑖−1 + 𝐸𝑋𝐶𝑖
Donde:
𝐸𝑋𝐶𝐴𝑖[𝑚3] = Excesos acumulados hasta el día i.
Se halla el máximo de todos los volúmenes excedentes acumulados:
𝐸𝑋𝐶𝐴𝑀 = 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜{𝐸𝑋𝐶𝐴1;… ; 𝐸𝑋𝐶𝐴𝑛}
Donde:
𝐸𝑋𝐶𝐴𝑀 [𝑚3] = Máximo volumen excedente acumulado, en toda la serie de datos.
Se pretende efectuar una aplicación de lámina menor a la capacidad de infiltración del suelo, para
que el agua no se encharque, y no se produzca erosión. Para esto se calcula la lámina de riego
aplicada, y se comprueba que sea menor a la capacidad de infiltración de un suelo franco-arcilloso,
(Hillel, citado por Sawchick, 2012) la cual se encuentra entorno a los 5-10 mm/h.
83
Tabla 20 – Tasas de infiltración básicas para suelos de diferente textura. Fuente: Hillel, 1998.
Entonces, se procede a calcular la dosis que se aplicará con las siguientes condiciones dadas:
La velocidad a la que viaja la estercolera se encuentra entorno a los 10 km/h. Dado que el operario
se prevé que dedique 2 hs de su jornada para la tarea de aplicar al terreno (se desprecian los tiempos
insumidos para la carga de la estercolera y el traslado hacia y desde las parcelas a realizar la
aplicación) y que el ancho de la franja que puede abarcar la lluvia de aspersión son 3 m; el área
cubierta por aspersión será:
𝐴𝑅 = 𝑣 . ℎ𝑠𝑡 . (1000 𝑚
1 𝐾𝑚) . 𝐵 . (
1 ℎ𝑎
10.000 𝑚2) = 6 ℎ𝑎
Donde:
𝐴𝑅 [𝑚2] = Área cubierta con riego por aspersión.
𝑣 [𝐾𝑚
ℎ] = Velocidad de la estercolera.
ℎ𝑠𝑡 [ℎ
𝑑] = Horas de trabajo del operario por día.
𝐵 [𝑚] = Ancho de la franja cubierta con riego.
En este caso, si se aplican 24 m3 de volumen de efluente sobre la superficie determinada, entonces
la dosis viene dada por:
𝐷 =𝑉
ℎ𝑠𝑡 . 𝐴𝑅 . (1000 𝑚𝑚
1 𝑚) = 0,2 𝑚𝑚/ℎ
Donde:
𝐷 [𝑚𝑚
ℎ] = Dosis de riego aplicada.
𝑉[𝑚3] = Volumen de efluente aplicado.
De este modo se comprueba que la dosis de riego es menor a la tasa de infiltración estimada, por lo
que se consideran correctas las propuestas anteriores de velocidad de la estercolera y horas de
trabajo del operario.
84
3.5.3.1. RESULTADO PARCIAL: DÍAS SECOS PREVIOS PARA LOGRAR CERO DESBORDES, BAJO
CRITERIO 1
En la Tabla 21 se puede observar como aumenta la cantidad de desbordes a medida que se
aumentan los días secos acumulados sin regar. En base a los resultados obtenidos, se selecciona:
aplicar el efluente al terreno si no llovió en los 2 días previos, efectuando 4 viajes por día, estimados
en 30 minutos cada uno, ya que esta alternativa es la que permite cumplir el objetivo de tener cero
desbordes, usando la mano de obra disponible. (Figura 45). La humedad media del suelo se estima
en 69 % para el segundo día sin lluvia (en base al balance de humedad en el suelo de un período
histórico de 18 años), lo que no permite que se provoque erosión en el suelo.
Por otro lado, con una velocidad de la estercolera de 10 Km/h y un ancho de aspersión de 3 m, con
el aspersor acoplado la manguera de la estercolera, se logra una dosis de riego de 0,2 mm/h para lo
cual el suelo tiene capacidad de infiltración, la que se estima en 5-10 mm/h para un suelo franco De
esta manera, se cumple el objetivo de aplicar una dosis menor a la tasa de infiltración del suelo,
para reducir el riesgo de escurrimiento superficial o drenaje.
Tabla 21 - Resultados obtenidos para el criterio 1.
CRITERIO 1
DSACM [d] DES [d] DESAM [d] EXCM [m3] EXCAM [m3]
2 0 0 0 0
3 15 15 91 996
4 322 322 549 43733
Figura 45 - Evolución del almacenamiento en laguna, criterio 1, sin regar en los 2 días previos sin lluvia.
0
200
400
600
800
28/10/199524/7/199819/4/200114/1/200410/10/20066/7/2009 1/4/201227/12/201422/9/201718/6/2020
V [
m3
]
Tiempo [d]
Evolución del almacenamiento - Criterio 1
Vmax V Vmin
85
3.5.4. BALANCE DE MASA SOBRE LAGUNA, CRITERIO 2: SISTEMA DE BOMBEO SEMI-
AUTOMATIZADO, CON TRITURACIÓN DE SÓLIDOS, Y ASPERSIÓN POR CAÑÓN FIJO
JUSTIFICACIÓN
Se busca una segunda alternativa a la aspersión de los efluentes, la que se llamará “Criterio 2”. Esta
debe ser semi-automatizada como se planteó en los objetivos de este trabajo. Una opción podría
ser un sistema de cañón móvil para efluentes que aplique el efluente automáticamente. Otra opción
es la aspersión con un cañón fijo alimentado un sistema de tuberías posicionables manualmente. La
primera opción es más innovadora, sin embargo, se opta por la segunda opción, dado que hay mayor
oferta en el mercado Salteño de tuberías y bombas de repuesto, para efectuar su mantenimiento,
comparado con los cañones móviles.
El proveedor GIANNI recomienda una configuración de bombas y tuberías que ha diseñado
conjuntamente con CONAPROLE para tambos de pequeña escala de hasta 120 vacas, para la
disposición del efluente al terreno, este sistema consiste en una balsa con sistema de aireación,
trituración y equipo de bombeo de recalque (Fernández, 2018).
A continuación se describen los dispositivos recomendados por el proveedor, para los cuales queda
a elección del técnico la selección de las opciones más convenientes y de las características de
funcionamiento para el sistema instalado en el tambo en particular. Más adelante se detalla la
metodología de cálculo que justifica las especificaciones de funcionamiento que se recomendarán
para el tambo EEFAS. Ver esquema de sistema propuesto en (Figura 66).
Se selecciona una electrobomba
sumergible marca Zenit, con sistema de
trituración modelo: GRN 300/2/G50H
A1DT/50. Según [Zenit Manual de la
bomba] esta bomba es ‘idónea para el
tratamiento de líquidos que contienen
cuerpos sólidos o fibras en suspensión y
lodos activos de bajas o medias
densidades’.
La aspersión se debe efectuar cada vez que no llueve en “x días previos”, y mantener el volumen de
la laguna entre un máximo y un mínimo determinados.
Esta bomba se sostiene sobre una balsa flotante que le da soporte.
Se acopla a la salida de la bomba, una tubería que dirige la circulación del efluente hacia el tubo
principal o troncal, éste posee al comienzo una válvula esférica de cierre manual, que permite dejar
pasar el agua hacia el troncal o no.
Figura 46 – Electrobomba sumergible Zenit.
86
A su vez, se acopla a la salida de la bomba, en la
dirección opuesta al hidrante, un tubo Venturi
de 2’’ de PVC, para la aireación de la laguna, y la
prevención de la estratificación. La entrada a
dicho tubo está regulada por una válvula
esférica que se abre o se cierra manualmente,
según se quiera dejar pasar el agua hacia la
dirección del hidrante, o hacia la dirección del
tubo Venturi. Se ha diseñado esta etapa de
recirculación, porque este tipo de efluentes
tiende a estratificarse en las lagunas de
almacenaje, lo que es indeseado, ya que se los
nutrientes se terminan acumulando
heterogéneamente y también los sólidos. Los mencionados tubos Venturi son muy utilizados en el
fertirriego porque al pasar el agua a través de ellos, se genera una succión que permite el ingreso
del fertilizante diluido a la tubería. En este caso sin embargo, se utilizará la succión generada para
ingresar aire al sistema, de manera de airear el agua en la laguna.
La bomba sumergible se programa para encenderse todos los días,
triturar los sólidos y airear el agua. La programación se efectúa
mediante un PLC (Controlador Lógico Programable) para el cual se
detallará el esquema lógico más adelante. Los días que no toca regar,
el operador debe abrir manualmente la válvula hacia la recirculación,
cerrar la válvula hacia el hidrante, encender el PLC e indicar programa
de recirculación, la bomba se encenderá sola, porque está programada
para ello.
Los días que toca regar el operador debe cerrar la válvula hacia la recirculación, abrir la válvula hacia
el hidrante, y encender el PLC e indicar programa de riego; la bomba se encenderá sola porque será
programada para ello.
Figura 49 - Válvula esférica. Fuente: Leroy Merlin.
Figura 48 - Soporte flotante para la bomba sumergible. Fuente: Gianni S.A.
Figura 47 - Izquierda: Tubo Venturi. Fuente: Amazon.es. Derecha: Funcionamiento de un tubo Venturi. Fuente: Hydro Environment. En este caso en lugar de fertilizante se succionará aire.
87
A continuación de la bomba sumergible, se
conectan dos bombas en serie de modo de lograr
entre las tres bombas juntas vencer las pérdidas de
carga que se tendrán en el hidrante, ramal y cañón.
Las bombas seleccionadas son electrobombas
centrífugas de rodete abierto marca Pedrollo, serie
NGA. Según (NGA, 2013) ‘las características de
construcción del rodete abierto permiten bombear
líquidos relativamente cargados de impurezas, sin
riesgo de bloqueo del rodete’.
A continuación se selecciona una tubería hidrante
de PEAD (Polietileno de Alta Densidad), a la cual se
conecta un ramal, también de PEAD, que alimenta a
un cañón fijo el cual posee ruedas para trasladarlo
de una posición a otra.
El cañón seleccionado es marca HARIT, modelo HT-
40 PENGUIN, trabaja a presiones de 1,5 y 4,0 bar;
puede mojar un radio de entre 16,5 y 29 m, y puede
descargar un caudal de entre 3,7 y 18,6 m3/h.
Con este sistema se logra que el operario trabaje
aproximadamente 1-1,5 h conectando al hidrante y
posicionando el cañón, y el resto del tiempo puede
hacer otra tarea como cuidar el ganado mientras
solo mira de lejos que todo esté bien. Por lo tanto
se propone que la bomba trabaje la máxima
cantidad de horas valle y llano para aprovechar el
precio bajo de la energía, y aplicar una lámina lo
más pequeña posible, para que la dosis no supere
la tasa de infiltración del suelo, y no se provoque
escurrimiento ni drenaje.
A continuación se efectúan los cálculos que
permiten seleccionar las características de
funcionamiento del sistema entero, entre los datos
más relevantes a obtener se encuentran: punto de
funcionamiento del sistema (altura y caudal de
funcionamiento de las bombas), diámetros de
todas las tuberías, longitudes, materiales, pérdidas
de carga a través de toda la red.
Figura 50 - Electrobomba centrífuga con rodete abierto Pedrollo.
Figura 51 - PLC para la semi-automatización de las bombas. Fuente: Siemens.
Figura 52 - Cañón fijo para la aspersión. Fuente: Gianni S.A.
88
METODOLOGÍA
Se calculan los ingresos de efluente provenientes de la sala, playa y pre-playa.
𝐼𝑄𝑖 [𝑚3
𝑑] = {
0; 𝑠𝑖 𝑚𝑒𝑠 = 1; 2; 3𝑄; 𝑠𝑖 𝑚𝑒𝑠 = 𝑜𝑡𝑟𝑜
Donde:
𝐼𝑄𝑖 [𝑚3
𝑑] = Ingresos de efluente a la laguna por aportes de sala, playa y pre-playa.
𝑄 [𝑚3
𝑑] = Caudal total efluente diario generado por lavados en sala, playa y pre-playa.
𝑄 = 3,13𝑚3
𝑑 (Justificado anteriormente).
𝑖 = Subíndice que denota el día i.
Se calculan ingresos por aportes de la planchada impermeable de la playa y pre-playa:
𝐼𝐼𝑀𝑃𝑖 = 𝑃𝑖. 𝐴𝑖𝑚𝑝 . (1 𝑚
1000 𝑚𝑚)
Donde:
𝐼𝐼𝑀𝑃𝑖 [𝑚3
𝑑] = Ingresos por aportes del área impermeable de la playa y pre-playa. Considerando que
el 100% de lo que impacta en la superficie escurre hacia la laguna de almacenaje.
𝑃𝑖 [𝑚𝑚
𝑑] = Precipitación en EEFAS para el día i.
𝐴𝑖𝑚𝑝 [𝑚2] = Área de la superficie impermeable de playa y pre-playa.
Se calculan los ingresos por precipitación sobre la superficie de la laguna:
𝐼𝑃𝑖 = 𝑃𝑖 . 𝐴𝑠𝑢𝑝 . (1 𝑚
1000 𝑚𝑚)
Donde:
𝐼𝑃𝑖 [𝑚3
𝑑] = Ingresos por precipitación sobre la superficie libre, para el día i.
𝑃𝑖 [𝑚𝑚
𝑑] = Precipitación para el día i.
𝐴𝑠𝑢𝑝[𝑚2] = Área de la superficie libre de la laguna proyectada.
89
Se calculan los egresos por evaporación desde la superficie libre de la laguna:
𝐸𝐸𝑉𝐴𝑖 = 𝐸𝑉𝐴𝑇𝐴𝑖 [𝑚𝑚
𝑑] . 𝐴𝑠𝑢𝑝[𝑚
2]. (1 𝑚
1000 𝑚𝑚)
Donde:
𝐸𝐸𝑉𝐴𝑖 [𝑚3
𝑑] = Egresos por evaporación desde la superficie libre de la laguna, para el día i.
𝐸𝑉𝐴𝑇𝐴𝑖 [𝑚𝑚
𝑑] =Evaporación del tanque A, para el día i.
Se efectúa el balance de masa, considerando que lo que ingresa menos lo que egresa, se almacena
en la laguna.
Balance día a día:
𝐵𝐴𝐿𝑖∗ = 𝐼𝑄𝑖 + 𝐼𝐼𝑀𝑃𝑖 + 𝐼𝑃𝑖 − 𝐸𝐸𝑉𝐴𝑖
𝐵𝐴𝐿𝑖 = {𝐵𝐴𝐿𝑖
∗, 𝐵𝐴𝐿𝑖∗ ≥ 0
0, 𝐵𝐴𝐿𝑖∗ < 0
Donde:
𝐵𝐴𝐿𝑖∗ = Balance calculado para el día i.
𝐵𝐴𝐿𝑖 = Variable balance, para el día i, corregida para que sea siempre superior a cero (dado que
podría ser negativo).
Se utiliza una variable auxiliar para cuestionar si ese día fue seco (𝐷𝑆𝑖):
𝐷𝑆𝑖 = {0, 𝑃𝑖 > 01, 𝑠𝑖𝑛𝑜
Donde:
𝐷𝑆𝑖 = Día seco? (Variable auxiliar).
Se acumulan días secos hasta el día i:
𝐷𝑆𝐴𝐶𝑖 = {𝐷𝑆𝐴𝐶𝑖−1 + 𝐷𝑆𝑖, 𝐷𝑆𝑖 > 0
0, 𝑠𝑖𝑛𝑜
Donde:
𝐷𝑆𝐴𝐶𝑖[𝑑] = Días secos previos acumulados, hasta el día i.
90
Se efectúa el balance de masa, considerando las aplicaciones al terreno. A continuación, se presenta
el esquema de cálculo.
Donde:
𝐷𝑆𝐴𝐶𝑀 [𝑑] = Días secos acumulados máximos admisibles.
𝐻𝐹 [ℎ
𝑑] = Horas de funcionamiento de la bomba por día.
𝑄𝐵 [𝑚3
ℎ] = Caudal de la bomba.
𝑉𝑉𝐴𝐶𝑀 [𝑚3] = Máximo volumen de vaciado = 𝑄𝐵 [𝑚3
ℎ] . 𝐻𝐹 [
ℎ
𝑑]
𝑉𝑀𝐼𝑁 [𝑚3] =Volumen mínimo admisible en la laguna = 𝑉(ℎ𝑚í𝑛 = 0,40 𝑚)
𝑉𝑀𝐴𝑋 [𝑚3] =Volumen máximo admisible en la laguna, determinado anteriormente.
𝑉𝑖[𝑚3] =Volumen acumulado en la laguna en el día i.
Se evalúa la sensibilidad del modelo ante la variación del parámetro DSACM; a continuación se
describen los cálculos.
Se utiliza una variable auxiliar para evaluar si ese día la laguna desborda o no:
𝐷𝐸𝑆𝑖 = {1, 𝑠𝑖 𝑉𝑖 > 𝑉𝑀𝐴𝑋0, 𝑠𝑖𝑛𝑜
Donde:
𝐷𝐸𝑆𝑖 = Desborda en el día i? (Variable auxiliar).
𝑉𝑀𝐴𝑋 [𝑚3] = Volumen máximo de capacidad de la laguna.
𝑖 = Subíndice que denota el día i.
91
Se cuenta el total de días en que la laguna desbordó:
𝐷𝐸𝑆 =∑𝐷𝐸𝑆𝑖
𝑖=𝑛
𝑖=1
Donde:
𝐷𝐸𝑆 [𝑑] = Total de desbordes en todo el período.
𝑛 = Subíndice que denota el último día del período.
Se acumulan desbordes día a día:
𝐷𝐸𝑆𝐴𝑖 = 𝐷𝐸𝑆𝑖−1 + 𝐷𝐸𝑆𝑖
Donde:
𝐷𝐸𝑆𝐴𝑖[𝑑] = Desbordes acumulados hasta el día i.
Se halla la máxima cantidad de desbordes acumulados:
𝐷𝐸𝑆𝐴𝑀 = 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 {𝐷𝐸𝑆𝐴1; … ;𝐷𝐸𝑆𝐴𝑛}
Donde:
𝐷𝐸𝑆𝐴𝑀 [𝑑] = Máxima cantidad de desbordes acumulados.
Se calcula el excedente de la laguna día a día:
𝐸𝑋𝐶𝑖 = {𝑉𝑖 − 𝑉𝑀𝐴𝑋, 𝑉𝑖 − 𝑉𝑀𝐴𝑋 > 0
0, 𝑠𝑖𝑛𝑜
Donde:
𝐸𝑋𝐶𝑖[𝑚3] = Volumen excedente de la laguna en el día i.
Se calcula el máximo excedente en toda la serie de datos:
𝐸𝑋𝐶𝑀 = 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 {𝐸𝑋𝐶1;… ; 𝐸𝑋𝐶𝑛}
Donde:
𝐸𝑋𝐶𝑀 [𝑚3] = Máximo volumen excedente en toda la serie de datos.
Se acumula el volumen excedente día a día:
𝐸𝑋𝐶𝐴𝑖 = 𝐸𝑋𝐶𝑖−1 + 𝐸𝑋𝐶𝑖
92
Donde:
𝐸𝑋𝐶𝐴𝑖[𝑚3] = Excesos acumulados hasta el día i.
Se halla el máximo de todos los volúmenes excedentes acumulados:
𝐸𝑋𝐶𝐴𝑀 = 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜{𝐸𝑋𝐶𝐴1;… ; 𝐸𝑋𝐶𝐴𝑛}
Donde:
𝐸𝑋𝐶𝐴𝑀 [𝑚3] = Máximo volumen excedente acumulado, en toda la serie de datos.
La tasa de precipitación
aplicada por el cañón viene
dada por el fabricante: 4,3
mm/h, para el tamaño de
boquilla 8x4 mm, a una
presión de entrada de 1,5
kg/cm2.
Dicha tasa es menor a la tasa de infiltración del suelo, que se estimó anteriormente entre 5-10 mm/h
para este tipo de suelo (Hiller, citado por Sawchick, 2012); por lo cual, la selección de boquilla se
considera adecuada.
3.5.4.1. RESULTADO PARCIAL: DÍAS SECOS PREVIOS PARA LOGRAR CERO DESBORDES, BAJO
CRITERIO 2
En la Tabla 23 se puede observar como aumenta la cantidad de desbordes a medida que se
aumentan los días secos acumulados sin regar.
En base a los resultados obtenidos, se selecciona: aplicar el efluente al terreno si no llovió en el 1
día previo, ya que esta alternativa es la que permite cumplir el objetivo de tener cero desbordes. La
evolución del volumen almacenado se puede ver en la Figura 53. Para ello el operario debe efectuar
la conexión de la manguera al hidrante, con el respectivo cambio de posición del carro, al comienzo
de la jornada de aplicación, lo que se estima, debe dedicar un total de 1,5 h de trabajo operario.
Luego el cañón fijo efectúa aspersión durante 8 h diarias, durante las que debe estar encendida la
bomba. Entre las 4:00 y las 7:00 serán horas valle, y entre las 11:00 y las 15:00 serán horas llano, a
un costo de $ 1,700 y $ 3,739 (Pesos Uruguayos) respectivamente según (UTE, 2017), ascendiendo
la suma de ambos gastos $23,795 por cada jornada de trabajo (Tabla 24). Se selecciona ese horario
porque es conveniente que siempre haya un operario de turno para vigilarlo, así sea visualmente
desde lejos.
La humedad media del suelo se estima en 74,3 % para el primer día sin lluvia (en base al balance
diario de humedad en el suelo de un período histórico de 18 años), lo que se encuentra por debajo
100% para evitar que se produzca erosión en el suelo.
Tabla 22 - Datos de fabricante, Cañón HT-40G-PENGUIN.
93
En cuanto a dosis de riego, la boquilla seleccionada en el diseño del sistema es de 8x4 mm, trabaja
a 1,5 Kg/cm2 de presión, lo que equivale a 15 m.c.a. A esta presión se descarga un caudal de 3,7m3/h,
en un área supuesta de 855 m2 (sin considerar deformación por viento), lo que resulta en una tasa
de aplicación de 4,3 mm/h (Ver Tabla 22).
Se estima que el suelo tiene una capacidad de infiltración de 5-10 mm/h, valor dado para un suelo
franco (Hillel citado por sawchick, 2012). De esta manera, se cumple el objetivo de aplicar una dosis
menor a la tasa de infiltración del suelo, para reducir el riesgo de escurrimiento superficial y/o
drenaje como lo recomienda (Houlbrooke, 2015). Ver tablas 23, 24 y figura 53.
Tabla 23 – Resultados del balance de masa sobre la laguna bajo el criterio 2. Ver metodolodía antes descripta.
Tabla 24 - Costo energético (pesos uruguayos/hora) según (UTE, 2017)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
1/6
/19
98
1/6
/19
99
1/6
/20
00
1/6
/20
01
1/6
/20
02
1/6
/20
03
1/6
/20
04
1/6
/20
05
1/6
/20
06
1/6
/20
07
1/6
/20
08
1/6
/20
09
1/6
/20
10
1/6
/20
11
1/6
/20
12
1/6
/20
13
1/6
/20
14
1/6
/20
15
1/6
/20
16
V [
m3]
Fecha
Evolución del almacenamiento - Criterio 2
V Vmax Vmin
Figura 53 - Evolución del volumen almacenado en el tiempo, bajo criterio 2.
Costo [$/h] Hs trabajo [h] Gasto [$/d]
hs valle 1,700 3,00 5,100
hs llano 3,739 5,00 18,695
hs punta 8,507 0,00 0,000
Total --- 8,00 23,795
CRITERIO 2
DSACM [d] DES [d] DESAM [d] EXCM [m3] EXCAM [m3]
1 0 0 0 0
2 12 12 137 1116
3 14 14 259 2840
94
3.6. BALANCES DE NUTRIENTES
JUSTIFICACIÓN
Se busca que los nutrientes mayoritarios
nitrógeno y fósforo cumplan un ciclo dentro
del predio, sin generar salidas hacia afuera en
forma de vertidos, escurrimiento superficial o
drenaje, porque se sabe que ello puede
suponer un riesgo de contaminación en los
cursos de agua superficial y subterránea de los
alrededores; además de generar erosión del
suelo, el cual va perdiendo por ejemplo
propiedades que lo hacen fértil al no
reincorporársele los nutrientes que le son
extraídos por las plantas.
En el tambo EEFAS, el ciclo de estos nutrientes
se puede comenzar a describir cuando las
vacas lecheras comen forraje que contiene
nitrógeno y fósforo (macronutrientes
esenciales para el crecimiento de las plantas),
luego ese forraje es digerido por el sistema
digestivo del rumiante, el nitrógeno se utiliza
mayormente en la generación de proteínas, el
fósforo para procesos metabólicos y
generación de energía, y el excedente es
excretado en las heces (también llamadas
estiércol) y en la orina.
En el tambo el estiércol y orina son excretados
en la playa y pre-playa, o en la propia sala de
ordeñe. Allí, el operario tambero al lavar, lo
diluye y arrastra con agua, hacia el sitio de
almacenamiento del efluente, actualmente la
cámara. Pero a su vez, la sala de ordeñe se lava
con detergentes, productos químicos que en
su composición contienen fósforo, lo cual,
hace un aporte extra de este nutriente.
A continuación, los nutrientes almacenados
en la cámara se dirigen hacia una zanja que va
a parar a la represa, de la cual se toma el agua para riego.
Figura 54 - Ciclo del nitrógeno. Fuente: dreamstime.com
Figura 55 - Ciclo del fósforo. Fuente: dreamstime.com
95
En los alrededores de la zanja el pasto reverdece y en los bordes de la laguna el agua presenta
floraciones algales, lo cual indica un alto contenido de nitrógeno y fósforo que está siendo
actualmente mal aprovechado y puede llegar a generar pérdidas económicas en tuberías de riego,
por ejemplo: obturaciones en aspersores y goteros debidas a las floraciones algales que contiene el
agua. (Figura 56). Al descomponerse los desechos nitrogenados pasan a la forma de amoníaco, el
cual, si llega a la represa, posee elevada toxicidad para la biota (plantas, peces), y disminuye la
calidad de la pesca, aactividad que se reaiza de manera común en esa zona. (Figura 54). Por su parte,
el fósforo genera crecimiento desmedido de plantas acuáticas, las cuales lo utilizan para procesos
como la fotosíntesis. (Figura 55).
Figura 56 - Efectos del desagüe directo de efluente con exceso de nutrientes observados en el sitio.
Para evitar estos efectos adversos, se propone transformar el efluente que actualmente es un
desecho, en un recurso, del cual se pueda reutilizar el nitrógeno y fósforo. Se propone consumir
estos macronutrientes, aplicándolos al terreno como abono orgánico nitrogenado y fosforado.
En el pasado, ya se han utilizado estiércoles como abono orgánico en muchas civilizaciones. Los
Romanos utilizaban estiércol y sangre como fertilizante para plantas; los Incas, usaban el
excremento de las aves y murciélagos llamado guano, como fertilizante.
Muchos autores señalan que la utilización de estiércol es tan o más efectiva como la fertilización
inorgánica, para ambos nutrientes: N y P, la liberación es más lenta, produce menos volatilización,
y aumenta la disponibilidad del nutriente en el suelo para las plantas (Gandarilla, 1988).
Como lo recomienda (Houlbrooke, 2015), para evitar la contaminación de cursos de agua
superficiales y subterráneos, con nutrientes provenientes del efluente, la mejor opción estudiada
96
hasta el momento es la aplicación al terreno del efluente, bajo condiciones controladas, a modo de
reutilización del efluente.
Por todos los motivos anteriormente mencionados, se propone utilizar parcelas de cultivos
forrajeros en rotación, con el objetivo de que estas logren consumir la totalidad de ambos
nutrientes: N y P. El modelaje de dicho consumo se efectúa con la metodología planteada a
continuación, de cálculo numérico de balances de nitrógeno y de fósforo en el suelo, tras las
aplicaciones al terreno del efluente del tambo EEFAS, con las concentraciones reales analizadas en
laboratorio y los consumos de cultivos forrajeros analizados anteriormente por (USDA, 2017):
El objetivo de esta metodología, es que los cultivos se encarguen de consumir totalmente los
nutrientes mayoritarios: Nitrógeno y Fósforo, que se generen en el efluente que se aplicaría en el
terreno bajo el criterio 1, y luego bajo el criterio 2.
Es por esto, que se plantea la siguiente metodología de cálculo de balances de nutrientes, de paso
mensual, en el que se evalúan las entradas y salidas de fósforo y de nitrógeno en el suelo. Se supone,
que el suelo no retiene nutrientes almacenados de un mes para otro, y todo lo que se aplica es
disponible para la planta. A pesar de que se sabe que esto no es así, y que no todos los nutrientes
aplicados en un suelo se presentan disponibles para la planta como lo menciona (Lucero, 2016); está
fuera del alcance de este trabajo la modelación de la retención y liberación de nutrientes en el suelo.
97
3.6.1. BALANCE DE NITRÓGENO
METODOLOGÍA
Para el cálculo de las entradas, se suman
mes a mes los caudales aplicados
diariamente. Para el mes i:
𝑄𝐸𝑖 =∑𝑄𝐴𝑃𝑘
𝑛
𝑘=1
Donde:
𝑄𝐸𝑖 [𝑚3
𝑚𝑒𝑠] = Caudal de entrada al suelo, en
el mes i.
𝑄𝐴𝑃𝑘 [𝑚3
𝑑] = Caudal de entrada al suelo en el día k.
En los balances de nutrientes, se utilizará:
𝑘 = Subíndice para el día k.
𝑖 = Subíndice para denotar el mes i.
Para los cálculos, la concentración de nitrógeno del efluente aplicado (CN) se considerara la misma
que la del efluente a la salida de la sala, playa y pre-playa (Tabla 3), y se calcula como:
𝐶𝑁 =(𝐶1. 𝑄1 + 𝐶2. 𝑄2)
𝑄𝑇
𝑄2 = 𝑄𝑇 − 𝑄1
𝐶𝑁 =
(200,5 [𝑚𝑔𝐿 ] . 2,69
𝑚3
𝑑+ 61,0 [
𝑚𝑔𝐿 ] . (3,13 [
𝑚3
𝑑 ]− 2,69 [
𝑚3
𝑑 ]))
3,13 [𝑚3
𝑑 ]= 180,9
𝑚𝑔
𝐿
Donde:
𝐶𝑁 [𝑚𝑔
𝐿] = Concentración de nitrógeno del efluente.
𝑄1 [𝑚3
𝑑] = Caudal circulante por el punto 1.
𝑄2 [𝑚3
𝑑] = Caudal circulante por el punto 2.
𝑄𝑇 [𝑚3
𝑑] = Caudal total.
Figura 57 - Esquema de las corrientes de sala de ordeñe y sala de espera.
98
Se calculan preliminarmente las entradas de nitrógeno por mes:
𝐸𝑁𝑖∗ = 𝐶𝑁. 𝑄𝐸𝑖 (
1 𝐾𝑔
1.000.000 𝑚𝑔) . (
1000 𝐿
1 𝑚3)
Donde:
𝐸𝑁𝑖∗ [
𝐾𝑔
𝑚𝑒𝑠] = Entradas de nitrógeno preliminares al suelo, para el mes i.
Se utiliza una variable auxiliar (𝐶𝑈𝑖) para dar la orden de aplicar, cultivar tal cultivo, o esperar, según
lo que corresponda al mes, por lo establecido en el Plan de Aspersiones y Rotaciones anteriormente.
Para la parcela de verano: Parcela 1
𝐶𝑈𝑖 = {𝐴𝑃𝐿𝐼𝐶𝐴𝑅, 𝑚𝑒𝑠 = 4; 5; 6; 7; 8;𝑅𝐺 ó 𝐴𝐿𝐹, 𝑚𝑒𝑠 = 10; 11; 12; 1; 2; 3;𝐸𝑆𝑃𝐸𝑅𝐴𝑅, 𝑚𝑒𝑠 = 9
Donde:
𝐶𝑈𝑖 = Variable auxiliar, para dar la orden de aplicar, cultivar, o esperar.
𝐴𝑃𝐿𝐼𝐶𝐴𝑅 = Orden de aplicar, significa que ese mes es apto para aplicar efluente al terreno.
𝑅𝐺 ó 𝐴𝐿𝐹 = Orden de cultivar raigrás o alfalfa, estos cultivos como se planteó anteriormente, se
alternan de un año para otro.
𝐸𝑆𝑃𝐸𝑅𝐴𝑅 = Orden de esperar, significa que ese mes no es apto para aplicar efluente al terreno.
Para la parcela de invierno: Parcela 2
𝐶𝑈𝑖[] = {𝐴𝑃𝐿𝐼𝐶𝐴𝑅, 𝑚𝑒𝑠 = 10; 11; 12; 1; 2;𝑇𝐵 ó 𝐴𝑉, 𝑚𝑒𝑠 = 4; 5; 6; 7; 8; 9;
𝐸𝑆𝑃𝐸𝑅𝐴𝑅, 𝑚𝑒𝑠 = 3
Donde:
𝑇𝐵 ó 𝐴𝑉 = Orden de cultivar trébol blanco o avena, alternados de un año para otro.
Los otros ya se describieron anteriormente.
Para la parcela de soporte: Parcela 3:
𝐶𝑈𝑖 = {𝐴𝑃𝐿𝐼𝐶𝐴𝑅, 𝑚𝑒𝑠 = 3; 9;𝐸𝑆𝑃𝐸𝑅𝐴𝑅, 𝑚𝑒𝑠 = 𝑜𝑡𝑟𝑜
Se utilizan las mismas órdenes que se describieron anteriormente.
Se determina el consumo de nitrógeno que tendrá la parcela:
99
𝐶𝑂𝑁𝑖 =
{
𝐶𝑂𝑁𝐴𝐿𝐹, 𝑠𝑖 𝐶𝑈𝑖 = 𝐴𝐿𝐹𝐶𝑂𝑁𝑅𝐺, 𝑠𝑖 𝐶𝑈𝑖 = 𝑅𝐺𝐶𝑂𝑁𝑇𝐵, 𝑠𝑖 𝐶𝑈𝑖 = 𝑇𝐵𝐶𝑂𝑁𝐴𝑉, 𝑠𝑖 𝐶𝑈𝑖 = 𝐴𝑉𝐶𝑂𝑁𝑃𝑁, 𝑠𝑖𝑛𝑜.
Donde:
𝐶𝑂𝑁𝑖 [𝐾𝑔
ℎ𝑎.𝑚𝑒𝑠] = Consumo de nitrógeno por parte de las plantas, para el mes i.
𝐶𝑂𝑁𝐴𝐿𝐹 [𝐾𝑔
ℎ𝑎.𝑚𝑒𝑠] = Consumo mensual de nitrógeno de la alfalfa para heno.
𝐶𝑂𝑁𝑅𝐺 [𝐾𝑔
ℎ𝑎.𝑚𝑒𝑠] = Consumo mensual de nitrógeno del raigrás para heno.
𝐶𝑂𝑁𝑇𝐵 [𝐾𝑔
ℎ𝑎.𝑚𝑒𝑠] = Consumo mensual de nitrógeno del trébol blanco para heno.
𝐶𝑂𝑁𝐴𝑉 [𝐾𝑔
ℎ𝑎.𝑚𝑒𝑠] = Consumo mensual de nitrógeno de la avena para heno.
𝐶𝑂𝑁𝑃𝑁 [𝐾𝑔
ℎ𝑎.𝑚𝑒𝑠] = Consumo mensual de nitrógeno del forraje para heno.
Los consumos fueron extraídos de (USDA, 2017) (Tabla 25).
Tabla 26 - Abreviaturas de cultivos.
Tabla 25 - Nutrientes removidos del suelo por diferentes cultivos. Fuente: (USDA, 2017).
Cultivo Abreviatura
Alfalfa, para heno ALF
Trébol Blanco, para heno TB
Pasto, para heno PN
Avena, para heno AV
Ryegrass-Perenne, para heno RG
100
Tabla 27 - Consumos de nitrógeno y fósforo (conversión a unidades del S.I.). Suponiendo que una cosecha tarda 6 meses, y que se produce 1 tonelada por cosecha (unitario).
Dado que los datos están dados por rendimiento de la cosecha entera, se considerará para este
cálculo que todas las cosechas en promedio duran 6 meses, durante los cuales se distribuye el
consumo del nutriente, y se toma un rendimiento unitario de 1 tonelada.
Se recalculan las entradas de nutriente al suelo, ya que sólo habrán entradas cuando efectivamente
se aplique el efluente:
𝐸𝑁𝑖 = {𝐸𝑁𝑖
∗, 𝑠𝑖 𝐶𝑈𝑖 = 𝐴𝑃𝐿𝐼𝐶𝐴𝑅0, 𝑠𝑖𝑛𝑜
Donde:
𝐸𝑁𝑖 [𝐾𝑔
𝑚𝑒𝑠] = Entradas de nitrógeno al suelo, recalculadas, para el mes i.
𝐸𝑁𝑖∗ [
𝐾𝑔
𝑚𝑒𝑠] = Entradas de nitrógeno preliminares al suelo, para el mes i.
Se calculan las salidas de nitrógeno del suelo, debido al consumo de las plantas:
𝑆𝑁𝑖 = 𝐶𝑂𝑁𝑖 . 𝑆𝑈𝑃
Donde:
𝑆𝑁𝑖 [𝐾𝑔
𝑚𝑒𝑠] = Salidas de nitrógeno, calculadas para el mes i.
𝑆𝑈𝑃 [ℎ𝑎] = Superficie mínima requerida a regar para consumir todo el nutriente.
Se efectúa un balance mensual, que consiste en hallar la diferencia entre las entradas y las salidas
de nitrógeno. Como se mencionó, se supone que el suelo no almacena nutrientes de un mes para
otro.
𝐵𝐴𝐿𝑖 = {0, 𝑠𝑖 𝐸𝑁𝑖 − 𝑆𝑁𝑖 < 0
𝐸𝑁𝑖 − 𝑆𝑁𝑖 , 𝑠𝑖𝑛𝑜.
CULTIVO CONSUMO N [Kg/ha/cosecha]
CONSUMO N (CON) [Kg/ha/MES]
CONSUMO P [Kg/ha/cosecha]
CONSUMO P (COP) [Kg/ha/MES]
ALF 56,5 9,4 5,3 0,9
RG 29,1 4,8 3,8 0,6
TB 62,5 10,4 7,1 1,2
AV 27,6 4,6 4,8 0,8
PN 30,3 5,1 4,4 0,7
101
Donde:
𝐵𝐴𝐿𝑖 [𝐾𝑔
𝑚𝑒𝑠] = Balance de nitrógeno, calculado para el mes i.
Para conocer la cantidad de meses durante la serie histórica, en que el balance fue positivo, es decir,
que los cultivos no fueron capaces de consumir todo el nutriente, se efectúa un conteo, mediante
la variable auxiliar (𝐶𝑂𝑁𝑇𝐸𝑂𝑖):
𝐶𝑂𝑁𝑇𝐸𝑂𝑖 = {1, 𝑠𝑖 𝐵𝐴𝐿𝑖 > 00, 𝑠𝑖𝑛𝑜
Donde:
𝐶𝑂𝑁𝑇𝐸𝑂𝑖[𝑚𝑒𝑠] = Cuenta la cantidad de meses en los que balance fue positivo, (variable auxiliar).
Se itera la variable SUP, hasta lograr el objetivo de cero excedentes de nutriente, es decir, hasta que
𝐶𝑂𝑁𝑇𝐸𝑂𝑖 = 0 𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠.
Por otro lado, se desea comprobar que la tasa de aplicación anual de nitrógeno, no supere el máximo
recomendado por (CONAPROLE/MGAP/DINAMA, 2009) (ver Tabla 28).
Tabla 28 - Tasa máxima de aplicación de nutrientes. Fuente: (CONAPROLE/MGAP/DINAMA, 2009).
Para ello se calculan las entradas de nitrógeno anuales sobre el suelo, para el año j:
𝐸𝑁𝑗 =∑𝐸𝑁𝑖
𝑖=𝑛
𝑖=1
Donde:
𝐸𝑁𝑗 [𝑘𝑔
𝑎ñ𝑜] = Entradas de nitrógeno, para el año j.
𝐸𝑁𝑖 [𝑘𝑔
𝑚𝑒𝑠] = Entradas de nitrógeno, para el mes i.
𝑖 = Subíndice que denota el mes i.
𝑛 = Subíndice que denota el último mes de la serie de datos.
𝑗 = Subíndice que denota el año j.
Se calcula la tasa de aplicación de nitrógeno anual:
Tasa máxima de aplicación [Kg/ha/año]
Nitrógeno 150,0
Fósforo 45,0
102
𝑇𝐴𝑆𝐴𝐴𝑃𝑗 =𝐸𝑁𝑗
𝑆𝑈𝑃
Donde:
𝑇𝐴𝑆𝐴𝐴𝑃𝑗 [𝐾𝑔
ℎ𝑎.𝑎ñ𝑜] = Tasa de aplicación, para el año j.
Las variantes propuestas: criterio 1 y criterio 2, utilizan la misma metodología de cálculo, lo que
varía es el caudal aplicado, porque justamente, el criterio de aplicación es diferente.
3.6.2. BALANCE DE FÓSFORO
JUSTIFICACIÓN
El fósforo (P) es un nutriente vital en el crecimiento vegetal y se encuentra en todas las células de la
planta. Está presente en muchos procesos clave para las funciones vitales, como la transferencia de
energía, la fotosíntesis, transformación de azúcares y almidones, movimiento de nutrientes dentro
de la planta, transferencia de características genéticas, entre muchas otras. (Sultenfuss y Doyle,
1999). Es por eso que también está presente en forma mayoritaria en las heces de las vacas, ya que
son seres herbívoros.
Estos son los motivos que llevan a que efectuar un balance del nutriente fósforo, sea considerado
de gran importancia, a la hora de diseñar un sistema de reutilización de efluentes.
Para el caso del balance de fósforo, las plantas tienen un requerimiento inferior de fósforo,
comparado con el de nitrógeno. A igualdad de cantidades aplicadas, la superficie que se requeriría
cultivar, para consumir todo el fósforo, sería mayor que la que se requeriría cultivar, para consumir
todo el nitrógeno. Por lo que se dice que el fósforo es es más limitante que el nitrógeno.
Las suposiciones son las mismas que en la parte anterior: el suelo no almacena nutrientes de un mes
para otro, todo el fósforo aplicado es disponible para las plantas.
METODOLOGÍA
Para el cálculo de las entradas, se suman mes a mes los caudales aplicados diariamente. Para el mes
i:
𝑄𝐸𝑖 =∑𝑄𝐴𝑃𝑘
𝑛
𝑘=1
Donde:
𝑄𝐸𝑖 [𝑚3
𝑚𝑒𝑠] = Caudal de entrada al suelo, en el mes i.
103
𝑄𝐴𝑃𝑘 [𝑚3
𝑑] = Caudal de entrada al suelo en el día k.
En los balances de nutrientes, se utilizará:
𝑘 = Subíndice para el día k.
𝑖 = Subíndice para denotar el mes i.
La concentración de fósforo (CP) del efluente aplicado se considera la misma que la del efluente a
la salida de la sala, playa y pre-playa, (Tabla 3), se calcula como:
𝐶𝑃 =
(59,1176 [𝑚𝑔𝐿 ]
. 2,69 [𝑚3
𝑑] + 28,6485 [
𝑚𝑔𝐿 ]
. (3,13 − 2,69 [𝑚3
𝑑]))
3,13 [𝑚3
𝑑 ]= 54,8
𝑚𝑔
𝐿
Donde:
𝐶𝑃 [𝑚𝑔
𝐿] = Concentración de fósforo del efluente.
El resto de variables fueron definidas en el balance de nitrógeno.
Se calculan las entradas de fósforo por mes:
𝐸𝑃𝑖∗ = 𝐶𝑃.𝑄𝐸𝑖 (
1 𝐾𝑔
1.000.000 𝑚𝑔) . (
1000 𝐿
1 𝑚3)
Donde:
𝐸𝑃𝑖∗ [
𝐾𝑔
𝑚𝑒𝑠] = Entradas de fósforo preliminares al suelo, para el mes i.
A continuación, se da la orden de aplicar, cultivar tal cultivo, o esperar, según lo que corresponda al
mes, por lo establecido en el Plan de Aspersiones y Rotaciones anteriormente.
Para la parcela de verano: Parcela 1
𝐶𝑈𝑖 = {𝐴𝑃𝐿𝐼𝐶𝐴𝑅, 𝑚𝑒𝑠 = 4; 5; 6; 7; 8;𝑅𝐺 ó 𝐴𝐿𝐹, 𝑚𝑒𝑠 = 10; 11; 12; 1; 2; 3;𝐸𝑆𝑃𝐸𝑅𝐴𝑅, 𝑚𝑒𝑠 = 9
Donde:
𝐶𝑈𝑖 = Variable auxiliar, para dar la orden de aplicar, cultivar, o esperar.
𝐴𝑃𝐿𝐼𝐶𝐴𝑅 = Orden de aplicar, significa que ese mes es apto para aplicar efluente al terreno.
104
𝑅𝐺 ó 𝐴𝐿𝐹 = Orden de cultivar raigrás o alfalfa, estos cultivos como se planteó anteriormente, se
alternan de un año para otro.
𝐸𝑆𝑃𝐸𝑅𝐴𝑅 = Orden de esperar, significa que ese mes no es apto para aplicar efluente al terreno.
Para la parcela de invierno: Parcela 2
𝐶𝑈𝑖[] = {𝐴𝑃𝐿𝐼𝐶𝐴𝑅, 𝑚𝑒𝑠 = 10; 11; 12; 1; 2;𝑇𝐵 ó 𝐴𝑉, 𝑚𝑒𝑠 = 4; 5; 6; 7; 8; 9;
𝐸𝑆𝑃𝐸𝑅𝐴𝑅, 𝑚𝑒𝑠 = 3
Donde:
𝑇𝐵 ó 𝐴𝑉 = Orden de cultivar trébol blanco o avena, alternados de un año para otro.
Los otros ya se describieron anteriormente.
Para la parcela de soporte: Parcela 3:
𝐶𝑈𝑖 = {𝐴𝑃𝐿𝐼𝐶𝐴𝑅, 𝑚𝑒𝑠 = 3; 9;𝐸𝑆𝑃𝐸𝑅𝐴𝑅, 𝑚𝑒𝑠 = 𝑜𝑡𝑟𝑜
Se utilizan las mismas órdenes que se describieron anteriormente.
Se determina el consumo de fósforo que tendrá la parcela:
𝐶𝑂𝑃𝑖 [𝐾𝑔
ℎ𝑎.𝑚𝑒𝑠] =
{
𝐶𝑂𝑃𝐴𝐿𝐹, 𝑠𝑖 𝐶𝑈𝑖 = 𝐴𝐿𝐹𝐶𝑂𝑃𝑅𝐺, 𝑠𝑖 𝐶𝑈𝑖 = 𝑅𝐺𝐶𝑂𝑃𝑇𝐵, 𝑠𝑖 𝐶𝑈𝑖 = 𝑇𝐵𝐶𝑂𝑃𝐴𝑉, 𝑠𝑖 𝐶𝑈𝑖 = 𝐴𝑉𝐶𝑂𝑃𝑃𝑁, 𝑠𝑖𝑛𝑜.
Donde:
𝐶𝑂𝑃𝑖 [𝐾𝑔
ℎ𝑎.𝑚𝑒𝑠] = Consumo de fósforo por parte de las plantas, para el mes i.
𝐶𝑂𝑃𝐴𝐿𝐹 [𝐾𝑔
ℎ𝑎.𝑚𝑒𝑠] = Consumo mensual de fósforo de la alfalfa para heno.
𝐶𝑂𝑃𝑅𝐺 [𝐾𝑔
ℎ𝑎.𝑚𝑒𝑠] = Consumo mensual de fósforo del Raigrás para heno.
𝐶𝑂𝑃𝑇𝐵 [𝐾𝑔
ℎ𝑎.𝑚𝑒𝑠] = Consumo mensual de fósforo del trébol blanco para heno.
𝐶𝑂𝑃𝐴𝑉 [𝐾𝑔
ℎ𝑎.𝑚𝑒𝑠] = Consumo mensual de fósforo de la avena para heno.
𝐶𝑂𝑃𝑃𝑁 [𝐾𝑔
ℎ𝑎.𝑚𝑒𝑠] = Consumo mensual de fósforo del forraje para heno.
Los consumos fueron extraídos de (USDA, 2017), Tabla 25.
105
Dado que los datos están dados por rendimiento de la cosecha entera, se supone que todas las
cosechas en promedio duran 6 meses, durante los cuales se distribuye el consumo del nutriente, y
se toma un rendimiento unitario de 1 tonelada.
Se recalculan las entradas de nutriente al suelo, ya que sólo habrá entradas cuando efectivamente
se aplique el efluente.
𝐸𝑃𝑖 = {𝐸𝑃𝑖
∗, 𝑠𝑖 𝐶𝑈𝑖 = 𝐴𝑃𝐿𝐼𝐶𝐴𝑅0, 𝑠𝑖𝑛𝑜
Donde:
𝐸𝑃𝑖 [𝐾𝑔
𝑚𝑒𝑠] = Entradas de fósforo al suelo, recalculadas, para el mes i.
𝐸𝑃𝑖∗ [
𝐾𝑔
𝑚𝑒𝑠] = Entradas de fósforo preliminares al suelo, para el mes i.
Se calculan las salidas de fósforo del suelo, debido al consumo de las plantas:
𝑆𝑃𝑖 = 𝐶𝑂𝑃𝑖 . 𝑆𝑈𝑃
Donde:
𝑆𝑃𝑖 [𝐾𝑔
𝑚𝑒𝑠] = Salidas de fósforo, calculadas para el mes i.
𝑆𝑈𝑃 [ℎ𝑎] = Superficie mínima requerida a regar para consumir todo el nutriente.
Se efectúa un balance mensual, que consiste en la diferencia entre las entradas y las salidas de
fósforo. En este caso, se supone que el suelo no almacena nutrientes de un mes para otro.
𝐵𝐴𝐿𝑖 = {0, 𝑠𝑖 𝐸𝑃𝑖 − 𝑆𝑃𝑖 < 0
𝐸𝑃𝑖 − 𝑆𝑃𝑖 , 𝑠𝑖𝑛𝑜.
Donde:
𝐵𝐴𝐿𝑖 [𝐾𝑔
𝑚𝑒𝑠] = Balance de fósforo, calculado para el mes i.
Para conocer la cantidad de meses durante la serie histórica, en que el balance fue positivo, es decir,
que los cultivos no fueron capaces de consumir todo el nutriente, se efectúa un conteo mediante la
variable auxiliar (𝐶𝑂𝑁𝑇𝐸𝑂𝑖):
𝐶𝑂𝑁𝑇𝐸𝑂𝑖 = {1, 𝑠𝑖 𝐵𝐴𝐿𝑖 > 00, 𝑠𝑖𝑛𝑜
Donde:
𝐶𝑂𝑁𝑇𝐸𝑂𝑖[𝑚𝑒𝑠] = Cuenta la cantidad de meses en los que balance fue positivo, (variable auxiliar).
106
Se itera la variable SUP, hasta lograr el objetivo de cero excedentes de nutriente, es decir, hasta que
𝐶𝑂𝑁𝑇𝐸𝑂𝑖 = 0 𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠.
Por otro lado, se desea comprobar que la tasa de aplicación anual de fósforo, no supere el máximo
recomendado por (CONAPROLE, IMFIA, DINAMA, 2009) (Ver Tabla 28).
Para ello se calculan las entradas de fósforo anuales al suelo. Para el año j:
𝐸𝑃𝑗 =∑𝐸𝑃𝑖
𝑖=𝑛
𝑖=1
Donde:
𝐸𝑃𝑗 [𝑘𝑔
𝑎ñ𝑜] = Entradas de fósforo, para el año j.
𝐸𝑃𝑖 [𝑘𝑔
𝑚𝑒𝑠] = Entradas de fósforo, para el mes i.
𝑖 = Subíndice que denota el mes i.
𝑛 = Subíndice que denota el último mes de la serie de datos.
𝑗 = Subíndice que denota el año j.
Se calcula la tasa de aplicación de fósforo anual:
𝑇𝐴𝑆𝐴𝐴𝑃𝑗 =𝐸𝑃𝑗
𝑆𝑈𝑃
Donde:
𝑇𝐴𝑆𝐴𝐴𝑃𝑗 [𝐾𝑔
ℎ𝑎.𝑎ñ𝑜] = Tasa de aplicación, para el año j.
107
3.6.3. RESULTADO PARCIAL: SUPERFICIE MÍNIMA REQUERIDA PARA CONSUMIR N y P,
CRITERIO 1
Con la metodología planteada, bajo el criterio 1 de aplicaciones al terreno, se obtiene la superficie
a regar que debe tener cada parcela, para consumir todo el nitrógeno y fósforo. Como se esperaba,
el fósforo es un macronutriente que se consume en menor medida que el nitrógeno, por parte de
las plantas, por lo que el diseño de las parcelas se selecciona de acuerdo al consumo de fósforo,
para estar del lado de la seguridad, y siempre estar previstos para consumir la totalidad de ambos
nutrientes. (Tabla 29).
Con estas superficies a regar, se logra tener cero excedentes en 18 años de período histórico de
prueba, cumpliendo el objetivo propuesto.
Cabe destacar que como el objetivo propuesto es consumir todo el nitrógeno y fósforo del efluente,
la demanda de los cultivos de estos nutrientes no necesariamente será cubierta. Es decir, en muchos
casos puede ocurrir que la aplicación de nutrientes con el efluente sea menor al requerimiento de
los cultivos.
CRITERIO 1
Parcela Sup. para N [ha] Sup. para P [ha] Sup. seleccionada [ha]
1 18 37 37
2 14 28 28
3 12 24 24
Total 44 89 89 Tabla 29 - Ha requeridas para consumir todo el N y P a la vez, según el criterio 1.
Con estas superficies de parcela, en todos los casos se comprueba que la tasa de aplicación es menor
a la máxima tasa admisible anual recomendada para fósforo y también para nitrógeno, según
(CONAPROLE, IMFIA, DINAMA, 2009), cumpliendo con los objetivos que se habían planteado
anteriormente.
En Figura 58 se muestra la evolución del consumo de nitrógeno obtenida en los balances de las
parcelas 1, 2, y 3, bajo el criterio 1 de aplicaciones a terreno con estercolera.
En Figura 59 se muestra la evolución del consumo de fósforo obtenida en los balances de las parcelas
1, 2, y 3, bajo el Criterio 1 de aplicaciones.
108
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
19
98
19
99
19
99
20
00
20
01
20
02
20
02
20
03
20
04
20
05
20
05
20
06
20
07
20
08
20
08
20
09
20
10
20
11
20
11
20
12
20
13
20
14
20
14
20
15
20
16
N [
Kg/
mes
]
Año
Balance de N - Criterio 1 - Parcela 1
Entradas [kg/mes] Salidas [Kg/mes]
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
140,0
160,0
19
98
19
99
19
99
20
00
20
01
20
02
20
02
20
03
20
04
20
05
20
05
20
06
20
07
20
08
20
08
20
09
20
10
20
11
20
11
20
12
20
13
20
14
20
14
20
15
20
16
N [
Kg/
mes
]
Año
Balance de N - Criterio 1 - Parcela 2
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
1
10
19
28
37
46
55
64
73
82
91
10
0
10
9
11
8
12
7
13
6
14
5
15
4
16
3
17
2
18
1
19
0
19
9
20
8
21
7
N [
Kg/
mes
]
Año
Balance de N - Criterio 1 - Parcela 3
Figura 58 -Resultados de balance de Nitrógeno, para un período de 18 años, para las tres parcelas, según criterio 1.
109
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
19
98
19
99
19
99
20
00
20
01
20
02
20
02
20
03
20
04
20
05
20
05
20
06
20
07
20
08
20
08
20
09
20
10
20
11
20
11
20
12
20
13
20
14
20
14
20
15
20
16
P [
Kg/
mes
]
Año
Balance de P - Criterio 1 - Parcela 2
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
19
98
19
99
19
99
20
00
20
01
20
02
20
02
20
03
20
04
20
05
20
05
20
06
20
07
20
08
20
08
20
09
20
10
20
11
20
11
20
12
20
13
20
14
20
14
20
15
20
16
P [
Kg/
mes
]
Año
Balance de P - Criterio 1 - Parcela 3
Figura 59 - Resultados del balance de Fósforo, para un periodo de 18 años, para las tres parcelas, según criterio 1.
110
19
98
19
99
20
00
20
01
20
02
20
03
20
04
20
05
20
06
20
07
20
08
20
09
20
10
20
11
20
12
20
13
20
14
20
15
20
16
0,0
5,0
10,0
15,0
Año
N [
Kg/
ha/
año
]
Tasa de aplicación de Nitrógeno por parcela [Kg/ha/año]
PARCELA 1 PARCELA 2 PARCELA 3
19
98
19
99
20
00
20
01
20
02
20
03
20
04
20
05
20
06
20
07
20
08
20
09
20
10
20
11
20
12
20
13
20
14
20
15
20
16
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Año
P [
Kg/
ha/
año
]
Tasa de aplicación de Fósforo por parcela [Kg/ha/año]
PARCELA 1 PARCELA 2 PARCELA 3
A continuación (Figura 60 y Figura 61) se muestra la evolución de las tasas de aplicación de
nitrógeno y fósforo para las tres parcelas en el tiempo.
Figura 60 - Evolución de la tasa de aplicación de Nitrógeno durante un período de 18 años para las parcelas 1, 2 y 3, según criterio 1.
Figura 61 - Evolución de la tasa de aplicación de Fósforo en el tiempo, en un período de 18 años para las parcelas 1, 2 y 3, según criterio 1.
111
3.6.4. RESULTADO PARCIAL: SUPERFICIE MÍNIMA REQUERIDA PARA CONSUMIR N y P,
CRITERIO 2
Con la metodología planteada, bajo el criterio 2 de aplicaciones al terreno, se obtiene la superficie
a regar que debe tener cada parcela, para consumir todo el nitrógeno y fósforo: para la parcela 1:
37,7 ha; para la parcela 2: 24,5 ha y para la parcela 3: 21,4 ha. (Tabla 30).
Con estas superficies a regar, se logra tener cero excedentes en 18 años de período histórico de
prueba, cumpliendo el objetivo propuesto.
Tabla 30 - Ha requeridas para consumir todo el N y P a la vez, según el criterio 2.
CRITERIO 2
Parcela Sup. para N [ha] Sup. para P [ha] Sup. seleccionada [ha]
1 25 53 53
2 17 34 34
3 15 30 30
Total 57 117 117
Con estas superficies de parcela, en todos los casos se comprueba que la tasa de aplicación es menor
a la máxima tasa admisible anual recomendada para fósforo, según (CONAPROLE, IMFIA, DINAMA,
2009) cumpliendo con los objetivos que se habían planteado anteriormente.
En Figura 62 se muestra la evolución del consumo de nitrógeno según los balances de las parcelas
1, 2, y 3, bajo el criterio 2 de aplicaciones a terreno con cañón fijo.
Mientras que en Figura 63 se muestra la evolución del consumo del nutriente fósforo, para las
mismas parcelas.
112
Figura 62 - Resultados de balance de Nitrógeno, para las tres parcelas, en un período de 18 años, según criterio 2.
0,0
50,0
100,0
150,0
200,0
250,0
19
98
19
99
19
99
20
00
20
01
20
02
20
02
20
03
20
04
20
05
20
05
20
06
20
07
20
08
20
08
20
09
20
10
20
11
20
11
20
12
20
13
20
14
20
14
20
15
20
16
N [
Kg/
mes
]
Año
Balance de N - Criterio 2 - Parcela 1
Entradas [kg/mes] Salidas [Kg/mes]
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
140,0
160,0
19
98
19
99
19
99
20
00
20
01
20
02
20
02
20
03
20
04
20
05
20
05
20
06
20
07
20
08
20
08
20
09
20
10
20
11
20
11
20
12
20
13
20
14
20
14
20
15
20
16
N [
Kg/
mes
]
Año
Balance de N - Criterio 2 - Parcela 3
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
140,0
160,0
180,0
200,0
19
98
19
99
19
99
20
00
20
01
20
02
20
02
20
03
20
04
20
05
20
05
20
06
20
07
20
08
20
08
20
09
20
10
20
11
20
11
20
12
20
13
20
14
20
14
20
15
20
16
N [
Kg/
mes
]
Año
Balance de N - Criterio 2 - Parcela 2
113
Figura 63 - Resultados de balance de Fósforo, para las tres parcelas, criterio 2.
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
45,0
19
98
19
99
19
99
20
00
20
01
20
02
20
02
20
03
20
04
20
05
20
05
20
06
20
07
20
08
20
08
20
09
20
10
20
11
20
11
20
12
20
13
20
14
20
14
20
15
20
16
P [
Kg/
mes
]
Año
Balance de P - Criterio 2 - Parcela 2
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
19
98
19
99
19
99
20
00
20
01
20
02
20
02
20
03
20
04
20
05
20
05
20
06
20
07
20
08
20
08
20
09
20
10
20
11
20
11
20
12
20
13
20
14
20
14
20
15
20
16
P [
Kg/
mes
]
Año
Balance de P - Criterio 2 - Parcela 3
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
19
98
19
99
19
99
20
00
20
01
20
02
20
02
20
03
20
04
20
05
20
05
20
06
20
07
20
08
20
08
20
09
20
10
20
11
20
11
20
12
20
13
20
14
20
14
20
15
20
16
P [
Kg/
mes
]
Año
Balance de P - Criterio 2 - Parcela 1
Entradas [kg/mes] Salidas [Kg/mes]
114
A continuación (Figura 64 y Figura 65) se muestra la evolución de las tasas de aplicación de
nitrógeno y fósforo para las tres parcelas en el tiempo:
19
98
19
99
20
00
20
01
20
02
20
03
20
04
20
05
20
06
20
07
20
08
20
09
20
10
20
11
20
12
20
13
20
14
20
15
20
16
0,0
5,0
10,0
Año
N [
Kg/
ha/
año
]
Tasa de aplicación de Nitrógeno por parcela Criterio 2
PARCELA 1 PARCELA 2 PARCELA 3
19
98
19
99
20
00
20
01
20
02
20
03
20
04
20
05
20
06
20
07
20
08
20
09
20
10
20
11
20
12
20
13
20
14
20
15
20
16
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
Año
P [
Kg/
ha/
año
]
Tasa de aplicación de Fósforo por parcela Criterio 2
PARCELA 1 PARCELA 2 PARCELA 3
Figura 64 - Evolución de la tasa de aplicación de Nitrógeno en el tiempo, parcelas 1, 2 y 3, criterio 2.
Figura 65 - Evolución de la tasa de aplicación de Fósforo en el tiempo, parcelas 1, 2 y 3, criterio 2.
115
3.7. DISEÑO DEL SISTEMA DE BOMBEO Y RED: CRITERIO 2
3.7.1. CURVA CARACTERÍSTICA DEL SISTEMA
La curva característica del sistema de impulsión, o simplemente conocida como curva de sistema,
para el bombeo del efluente, se halla mediante la obtención de la altura piezométrica que deberá
ser capaz de proveer la bomba (también llamada altura de la bomba) para vencer las pérdidas de
carga para cada caudal determinado.
A continuación se detalla un esquema del sistema de bombeo, la metodología de cálculo para la
obtención de la curva característica del sistema y los resultados obtenidos.
METODOLOGÍA
Si se desea conocer la altura de la bomba necesaria para conducir el líquido desde el punto A hasta
el punto B a través de una línea de flujo, se puede aplicar la ecuación de Bernoulli.
El principio de Bernoulli relaciona un fluido (sin viscosidad, ni rozamiento) en régimen de circulación
por un conducto cerrado, con la energía que posee el fluido, la cual permanece constante a lo largo
de su recorrido.
Ecuación de Bernoulli:
𝑣2 𝜌
2+ 𝑃 + 𝜌𝑔𝑧 = 𝑐𝑡𝑒
Ec. 1
Figura 66 - Esquema de a instalación de bombeo, redes de aspersión y retroalimentación. (No se encuentra a escala).
0,075
116
Donde:
𝑣 [𝑚/𝑠] = Velocidad media del fluido en la sección considerada.
𝜌 [𝐾𝑔
𝑚3] = Densidad del fluido. En el caso del agua 𝜌 = 1000 𝐾𝑔
𝑚3
𝑃 [𝑃𝑎] = [𝐾𝑔
𝑚 .𝑠2] = Presión a lo largo de la línea de corriente.
𝑔 [𝑚
𝑠2] = Aceleración de la gravedad. Se considera 𝑔 = 9,81
𝑚
𝑠2
𝑧 [𝑚] = Nivel (o también llamado cota) del fluido.
Pero en este caso se sabe que no se pueden despreciar las pérdidas de carga por fricción, y se
necesita considerar un trabajo externo realizado por las bombas que se colocarán. Es por eso que
se debe recurrir a la ecuación de Bernoulli modificada, en la que se incorpora la Conservación de la
Cantidad de Movimiento.
Si se supone que el fluido es ideal, pero que en el conducto existe fricción y también se considera el
trabajo desde el exterior, se obtiene:
𝑧1 +𝑃1𝛾+𝑣12
2 𝑔+𝑊
𝑔= 𝑧2 +
𝑃2𝛾+𝑣22
2 𝑔+ ℎ𝑓
Ec. 2
Donde:
𝛾 [𝐾𝑔
𝑚2 . 𝑠2] = 𝜌. 𝑔 = Peso específico del agua.
𝑊 [𝐽] = [𝐾𝑔 . 𝑚2
𝑠2] Trabajo externo que se le aporta (+) o extrae (-) al fluido.
ℎ𝑓[𝑚𝑐𝑎] = Energía que se disipa por fricción a durante el recorrido del fluido.
Los subíndices 1 y 2 indican si los valores están dados para el comienzo o el final del volumen
respectivamente.’
Por la Ecuación de Continuidad, derivada del Principio de Conservación de la Masa, para un fluido
de densidad constante:
𝑄 = 𝑣 . 𝐴 Ec. 3
En el caso de una tubería de sección circular:
𝐴 = 𝜋 . 𝑟2 = 𝜋 . (𝐷
2)2
Ec. 4
Donde:
𝑄 [𝑚3
𝑠] = Caudal circulante por la sección.
117
𝐴 [𝑚2] = Área de la sección transversal al flujo.
𝐷 [𝑚2] = Diámetro de la sección.
Las pérdidas de carga por fricción pueden ser longitudinales o locales, y se calculan de la siguiente
manera:
ℎ𝑓 = ∆ℎ𝑙𝑜𝑛𝑔 + ∆ℎ𝑙𝑜𝑐 Ec. 5
∆ℎ𝑙𝑜𝑛𝑔 = 𝑓𝑀𝑜𝑜𝑑𝑦 .𝐿
𝐷.𝑣2
2𝑔 Ec. 6
∆ℎ𝑙𝑜𝑐 = 𝜆.𝑣2
2𝑔 Ec. 7
Donde:
∆ℎ𝑙𝑜𝑛𝑔[𝑚𝑐𝑎] = Pérdidas de carga longitudinales.
∆ℎ𝑙𝑜𝑐[𝑚𝑐𝑎] = Pérdidas de carga locales.
𝑓𝑀𝑜𝑜𝑑𝑦 = Factor de fricción f de Moody, en función del Número de Reynolds y la rugosidad absoluta.
Se puede estimar mediante el ábaco de Moody, que representa gráficamente las ecuaciones de su
expresión matemática.
Combinando las ecuaciones 2 a 7 se puede obtener la altura de la bomba, para un caudal
determinado:
𝑧1 +𝑃1𝛾+𝑣12
2 𝑔+ 𝐻𝐵 = 𝑧2 +
𝑃2𝛾+𝑣22
2 𝑔+ ∆ℎ𝑙𝑜𝑛𝑔 + ∆ℎ𝑙𝑜𝑐
𝐻𝐵 = 𝑧2 +𝑃2𝛾+𝑣22
2 𝑔− 𝑧1 −
𝑃1𝛾−𝑣12
2 𝑔+ ∆ℎ𝑙𝑜𝑛𝑔 + ∆ℎ𝑙𝑜𝑐
Ec. 8
Ec. 8.1
𝐻𝐵 = 𝐻𝐵1 +𝐻𝐵2 + 𝐻𝐵3 Ec. 9
Donde:
𝐻𝐵[𝑚𝑐𝑎] =𝑊
𝑔= Altura de la bomba, en este caso se diseñan tres bombas colocadas en serie, una
bomba centrífuga sumergible más dos bombas centrífugas de rodete abierto no sumergibles, por lo
que, como la energía se conserva, las alturas se suman, mientras el caudal de trabajo es el mismo
para todas.
𝐻𝐵1, 𝐻𝐵2, 𝐻𝐵3 = Altura de las bombas 1, 2 y 3 respectivamente.
118
La ecuación 8 representa la curva característica del sistema, y también se puede expresar de la
forma Ec. 8.1.
Se obtiene la curva Altura-Caudal del sistema (conocida como curva H-Q), que será imprescindible
para hallar el punto de funcionamiento del sistema (se detalla más adelante), a partir de la ecuación
8, se despeja la altura de la bomba (𝐻𝐵) como se hizo en la Ec. 8.1 y se calcula la misma para
diferentes caudales.
Cabe aclarar que la “altura de la bomba (𝐻𝐵)” se compone de tres bombas en este sistema diseñado,
configuradas en serie (Ec. 9), cuyas alturas otorgadas por cada una de ellas, aún no se han definido
(lo cual se abordará más adelante cuando se determine el punto de funcionamiento óptimo).
Se diseña para dos diámetros de tubería diferentes, el hidrante posee un diámetro de 75 mm y el
ramal, que va conectado a continuación del hidrante, posee un diámetro de 50 mm, tal como lo
ofrece el proveedor.
Por lo tanto, el coeficiente de fricción f de Moody y la velocidad varían para cada diámetro.
RESULTADOS PARCIALES: CURVA CARACTERÍSTICA DEL SISTEMA
A continuación (Tabla 31) se muestran los resultados obtenidos para la conformación de la curva H-
Q.
Tabla 31 - Curva característica del sistema (H-Q). Valores de f Moody y velocidad para cada caudal y diámetro.
Q [m3/h] Q [m3/s] f_75 v_75 [m/s] f_50 v_50 [m/s] H_bomba [mca]
0 0,00000
3 0,00083 0,051479 0,18863 0,058648 0,42441 23,09
5 0,00139 0,050349 0,31438 0,058023 0,70736 26,73
6 0,00167 0,050058 0,37726 0,057865 0,84883 29,22
9 0,00250 0,049566 0,56588 0,057076 1,2732 39,29
10 0,00278 0,049466 0,62876 0,057076 1,4147 43,57
12 0,00333 0,049316 0,75451 0,057076 1,6977 53,46
15 0,00417 0,049165 0,94314 0,057076 2,1221 71,65
18 0,00500 0,04856 1,1318 0,057076 2,5465 93,59
19,5 0,00542 0,04856 1,2261 0,057076 2,7587 106,19
119
y = 2.872.344,13x2 + 180,44x + 20,93R² = 1,00
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
0,0000 0,0010 0,0020 0,0030 0,0040 0,0050 0,0060
H [
mca
]
Q [m3/s]
Curva característica de sistema
Figura 67 - Curva característica del sistema.
120
3.7.2. CURVA CARACTERÍSTICA DE LA BOMBA
JUSTIFICACIÓN
Es importante conocer el comportamiento hidráulico de la bomba, para saber si será adecuada para
trabajar en el sistema diseñado, es decir, si las prestaciones de altura y caudal proporcionadas por
la misma son suficientes para los requerimientos que se le desean imponer.
Para el estudio del comportamiento hidráulico de una bomba, se suele utilizar las curvas
características, que representan una relación entre los distintos valores del caudal proporcionado
por la misma, junto con otros parámetros como la altura manométrica, el rendimiento hidráulico,
la potencia requerida y la altura de aspiración; que están en función del tamaño, diseño y
construcción de la bomba. Estas curvas, se obtienen experimentalmente a una velocidad de rotación
determinada y se suelen informar por parte de los fabricantes de las mismas (Salas, 2010).
METODOLOGÍA
Se parte de la Figura 68 y Figura 69 proporcionadas por los fabricantes, y se extraen los datos de H-
Q en una tabla.
Modelos seleccionados:
Bomba 1 - Modelo GRN 300/G50H A1DT/50
Bomba 2 - Modelo NGA 1A
Figura 68 - Gráfico del fabricante curva H-Q. No proporciona tabla. Bomba Zenit, sumergible.
Figura 69 - Gráfico y tabla de H-Q proporcionada por fabricante Pedrollo. Bomba centrífuga no sumergible.
121
Bomba 1 Bomba 2 Bomba 3
Bombas en serie
Q [m3/h]
Q [m3/s]
H1 [m] H1* [m] H2 [m] H2* [m] H3 [m] H3* [m] H1+2+3 fabr. [m]
0 0,0000 SD 32,0 20,0 20,1 20 20,1 68,0
3 0,0008 SD 31,7 19,5 19,2 19,5 19,2 65,7
5 0,0014 31,0 31,0 SD 18,5 SD 18,5 63,6
6 0,0017 SD 30,5 18,0 18,1 18,0 18,1 62,4
9 0,0025 SD 28,7 16,5 16,7 16,5 16,7 57,9
10 0,0028 28,0 28,0 SD 16,1 SD 16,1 56,1
12 0,0033 SD 26,5 15 14,9 15 14,9 52,2
15 0,0042 24,0 24,0 12,5 12,6 12,5 12,6 45,3
18 0,0050 SD 21,5 10 9,8 10 9,8 37,1
19,5 0,0054 SD 20,4 8 8,1 8 8,1 32,6
Los valores extraídos de altura de la bomba H2, y H3 son iguales porque las bombas 2 y 3 son iguales.
Lo primero que se hace, es interpolar los valores de altura para aquellos caudales en que el
fabricante Zenit o Pedrollo no proporcionaron datos, de modo que luego se pueda sumar la altura
proporcionada por las bombas en serie, para un determinado caudal.
Los datos faltantes en la tabla del fabricante (para cada bomba) se interpolan mediante un ajuste
polinómico de grado 3 (un ajuste para cada bomba).
El polinomio utilizado se representa genéricamente como:
𝑝(𝑥) = 𝑎𝑥3 + 𝑏𝑥2 + 𝑐𝑥 + 𝑑
RESULTADOS PARCIALES: CURVA CARACTERÍSTICA DE LA BOMBA
Los coeficientes obtenidos para cada bomba son:
Los subíndices 1 y 2 representan las bombas 1 y 2, y la bomba 3 es idéntica a la 2.
Los resultados de la interpolación se pueden observar en los valores completados, en las columnas
H1*, H2*, H3*.
Tabla 34 – Curvas características del fabricante para todas las bombas.
a1 6.22E+07
b1 -777600
c1 240
d1 32
a2 -21577474,1
b2 -116071,47
c2 -946,48
d2 20,11
Tabla 33 - Coeficientes para la ecuación de la bomba 1.
Tabla 32 - Coeficientes para la ecuación de la bomba 2 (iguales para la bomba 3).
122
Figura 70 - Curva característica de la bomba, se representa su funcionamiento en serie.
123
Curva de sistema
a_s 2872344
b_s 180.44
c_s 20.93
Curva de fabricante
a_f -850374
b_f -1986.27
c_f 72.34
3.7.3. PUNTO DE FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA
JUSTIFICACIÓN
El punto de funcionamiento de una bomba centrífuga, se refiere a el caudal óptimo al que ésta va a
trabajar una vez que se instale en un sistema (Yepes & Martí, 2017).
METODOLOGÍA
Se busca entonces el punto de intersección de la curva característica del sistema, con la curva
característica de la bomba, para las tres bombas funcionando en serie.
Se modelan ambas curvas con un polinomio de grado 2 y se resuelve el punto de intersección
mediante la función objetivo (error), que se calcula como la diferencia absoluta al cuadrado entre
la función de la curva de sistema y la función de la curva de fabricante.
𝑓𝑠𝑖𝑠𝑡(𝑥) = 𝑎𝑠𝑥2 + 𝑏𝑠𝑥 + 𝑐𝑠
𝑓𝑓𝑎𝑏𝑟(𝑥) = 𝑎𝑓𝑥2 + 𝑏𝑓𝑥 + 𝑐𝑓
𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = |𝑓𝑠𝑖𝑠𝑡 − 𝑓𝑓𝑎𝑏𝑟 |2
Donde:
𝑓𝑠𝑖𝑠𝑡(𝑥) = Función polinómica de segundo grado que representa la curva de sistema.
𝑓𝑓𝑎𝑏𝑟(𝑥) = Función polinómica de segundo grado que representa la curva de fabricante.
𝑎, 𝑏, 𝑐 son coeficientes, y los subíndices s y f corresponden a sistema y fábricante respectivamente.
𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = Función objetivo, se busca minimizar el error.
RESULTADOS PARCIALES: PUNTO DE FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA
Los coeficientes obtenidos se muestran en la Tabla 35, para estos parámetros, ambas curvas
presentan un coeficiente de correlación R = 1.
Tabla 35 - Coeficientes de la curva de sistema, y curva de fabricante.
124
Figura 71 - Punto de funcionamiento del sistema.
Al calcular el punto de funcionamiento se obtiene que el caudal y la altura óptimos de
funcionamiento del sistema Tabla 36.
Q 0,00344 m3/s
H1 26,2 mca
H2 14,6 mca
H3 14,6 mca
H_total 55,4 mca
Se verifica la dosis de riego que se aplicaría, si se trabajara con este caudal. El área regada por la
boquilla seleccionada, a ese determinado caudal es de 855 m2 (Tabla 22).
𝑄 = 0,0035𝑚3
𝑠≅ 12,5
𝑚3
ℎ.
𝐷 =12,5
𝑚3
ℎ855 𝑚2
. (1000 𝑚𝑚
1 𝑚) = 14,6 𝑚𝑚/ℎ
Donde:
𝑄 [𝑚3
𝑠] = Caudal.
𝐷 [𝑚𝑚
ℎ] = Tasa de aplicación de riego, o dosis de riego.
Se puede comprobar entonces que si se seleccionara para el diseño, el caudal y altura de las bombas
correspondientes al punto de funcionamiento del sistema, la dosis de riego sería mayor a la tasa de
Tabla 36 - Punto de funcionamiento del sistema.
125
infiltración del suelo (10 mm/h) para suelo franco, pudiendo provocar erosión del suelo, lo que no
cumpliría con los objetivos planteados inicialmente. Por lo tanto, se descarta esta configuración.
3.7.4. CONFIGURACIÓN H-Q DE DISEÑO DEL SISTEMA
Se busca otra configuración de altura del sistema de bombeo vs. caudal, que no sea la óptima, de
modo que sí se cumpla con la dosis de aplicación deseada < 10 mm/h. Cabe destacar, que no será
la más eficiente energéticamente, pero es necesaria para cumplir los objetivos de minimizar el
riesgo de erosión del suelo.
Se establece que el caudal que debería utilizarse para conseguir dicha dosis de riego es 8,5𝑚3
ℎ, como
se puede comprobar a continuación:
𝐷 =8,5
𝑚3
ℎ855 𝑚2
(1000 𝑚𝑚
1 𝑚) = 9,94
𝑚𝑚
ℎ< 10 𝑚𝑚/ℎ
Por equivalencia de unidades:
𝑄 = 8,5𝑚3
ℎ(
1 ℎ
60 𝑠 . 60) = 0,00236
𝑚3
𝑠
Como se puede observar en la Figura 72, el punto buscado se encuentra corrido hacia la izquierda
respecto del punto de funcionamiento del sistema.
Seguidamente se determina H [mca] correspondiente a cada bomba para ese caudal, lo que se
puede efectuar gráficamente o calcular a partir de las ecuaciones obtenidas para cada bomba.
(Tabla 33 y Tabla 32).
Los resultados obtenidos son:
Q 0,00236 m3/s
H1 29,1 mca
H2 16,9 mca
H3 16,9 mca
H_total 62,9 mca
Tabla 37 – Resultados obtenidos, configuración H-Q de diseño del sistema.
126
Figura 74 - Potencia otorgada por la bomba Zenit.
Figura 73 - Potencia otorgada por la bomba Pedrollo.
Figura 72 - Selección de H y Q de diseño del sistema.
3.7.5. POTENCIA ABSORBIDA DE LA BOMBA
La potencia absorbida de la bomba viene dada por sus características constructivas, y el fabricante
la debe proporcionar.
Cada folleto de especificaciones del fabricante presenta los datos de manera diferente.
Se extraen los siguientes datos:
Potencia absorbida [kW]
Bomba 1 - Modelo GRN 300/G50H A1DT/50 1,9
Bomba 2 - Modelo NGA 1 A 0,75
Bomba 3 - Modelo NGA 1 A 0,75 Tabla 38 - Potencia absorbida por cada bomba.
127
H [m] Q [m3/s] Potencia [kW]
Bomba 1 29,1 0,0024 1,04
Bomba 2 16,9 0,0024 0,60
Bomba 3 16,9 0,0024 0,60
3.7.6. POTENCIA REQUERIDA AL EJE DE LA BOMBA
La potencia al eje de la bomba, es la potencia que debe ser capaz de otorgar el motor al eje, para
que la bomba funcione en el punto que se desea.
La potencia teórica de una bomba hidráulica se define como:
𝑃𝑏 = 𝛾 . 𝑄 . 𝐻𝐵 Ec. 10
Donde:
𝑃𝑏[𝑊] = Potencia requerida real al eje de la bomba.
𝛾 = Peso específico del fluido. Para el agua 𝛾 = 9810𝑘𝑔
𝑚2𝑠2
𝑄 [𝑚3
𝑠] = Caudal.
𝐻𝐵[𝑚𝑐𝑎] = Altura de la bomba.
Pero ninguna máquina real alcanza una eficiencia de 100%. Por ello, se corrige la Ec. 10, y la potencia
real al eje es:
𝑃𝑟𝑏 =𝛾 . 𝑄 . 𝐻𝐵
𝜂 Ec. 11
Donde:
𝑃𝑟𝑏[𝑊] = Potencia requerida real al eje de la bomba.
𝜂 = Eficiencia del sistema. Se considera que la eficiencia es 0,65 en todos los casos.
RESULTADOS PARCIALES POTENCIA REQUERIDA AL EJE DE LA BOMBA
A continuación se muestran los resultados obtenidos, del cálculo de la potencia requerida real al eje
de la bomba, para cada bomba, para que el sistema trabaje en el punto de funcionamiento. (Tabla
39).
Tabla 39 - Resultados obtenidos, potencia requerida.
128
Dado que la potencia requerida es menor que la potencia absorbida, para cada bomba, se concluye
que la selección de las bombas es correcta, y que permitirán al sistema alcanzar el punto de
funcionamiento.
129
3.7.7. PERFIL HIDRÁULICO
Una forma sencilla de visualizar el comportamiento de la presión en el sistema a lo largo de la
tubería, consiste en trazar el perfil hidráulico, en el que se representa la presión y pérdidas de carga
a lo largo de la progresiva longitudinal (x).
Se calcula el perfil hidráulico para las condiciones de diseño seleccionadas:
{
𝑄 = 0,00236
𝑚3
𝑠𝐻𝐵1 = 29,1 𝑚𝑐𝑎 (𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 𝑠𝑢𝑚𝑒𝑟𝑔𝑖𝑏𝑙𝑒)𝐻𝐵2 = 16,9 𝑚𝑐𝑎 (𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟í𝑓𝑢𝑔𝑎)𝐻𝐵3 = 16,9 𝑚𝑐𝑎 (𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟í𝑓𝑢𝑔𝑎)
METODOLOGÍA
Por el principio de Bernoulli, para dos puntos cualquiera, pertenecientes a una línea de flujo,
llamados m y n:
𝑧𝑚 +𝑃𝑚𝛾+𝑣𝑚2
2𝑔+ 𝐻𝐵 = 𝑧𝑛 +
𝑃𝑛𝛾+𝑣𝑛2
2𝑔+ ∆ℎ𝑚−𝑛
𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙𝑒𝑠 + ∆ℎ𝑚−𝑛𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙𝑒𝑠
Luego:
𝐻𝑛 = 𝐻𝑚 +𝐻𝐵 − ∆ℎ𝑚−𝑛𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙𝑒𝑠 − ∆ℎ𝑚−𝑛
𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙𝑒𝑠
Donde:
𝑧𝑚, 𝑧𝑛 [𝑚] = Nivel del fluido en m y n respectivamente, (se supondrá un terreno plano para estar
del lado de la seguridad, aunque en realidad hay pendiente a favor). Es decir, se supondrá que 𝑧𝑛 −
𝑧𝑚 = 0 𝑚
𝑃𝑚 𝑦 𝑃𝑛 [𝑃𝑎] = Presión del agua en ambos puntos.
𝑣𝑚, 𝑣𝑛 [𝑚
𝑠] = Velocidad del agua en los puntos m y n. Se trabajará con puntos de la misma sección
transversal, por lo que 𝑣𝑛2
2𝑔−𝑣𝑚2
2𝑔= 0.
∆ℎ𝑚−𝑛𝑙𝑜𝑐𝑎𝑙𝑒𝑠[𝑚𝑐𝑎] = ∑𝜆 .
𝑣2
2𝑔 . Pérdidas de carga locales entre los puntos m y n. (Figura 75).
∆ℎ𝑚−𝑛𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙𝑒𝑠[𝑚𝑐𝑎] = 𝑓𝑀𝑜𝑜𝑑𝑦 .
𝐿
𝐷 .𝑣2
2𝑔 . Pérdidas de carga lineales en entre los puntos m y n.
𝑓𝑀𝑜𝑜𝑑𝑦 = Coeficiente de fricción de Moody.
𝐿 [𝑚] = Longitud del tramo.
𝐷 [𝑚] = Diámetro del la sección de tubería.
𝐻𝑚, 𝐻𝑛[𝑚𝑐𝑎] = Nivel piezométrico del agua en los puntos m y n respectivamente.
130
Figura 75 - Coeficientes de pérdida de carga locales. Fuente: Azevedo Netto et al. 1998.
A continuación, se detalla la metodología de cálculo del nivel piezométrico para trazar el perfil
hidráulico, en los puntos más relevantes.
Punto 0 al 1:
Pérdida de carga localizada a la entrada del tubo, por lo que 𝜆 = 0,5.
𝐻0 = 0,6 𝑚ca.
Tubería de 𝐷 = 0,075 𝑚.
𝐿 = 0,1 𝑚.
Para 𝑄 = 0,00236𝑚3
𝑠 y 𝐷 = 0,075 𝑚, se determina:
o 𝑓𝑚𝑜𝑜𝑑𝑦𝜙75 = 0,04962 y 𝑣𝜙75 = 0,53445 𝑚/𝑠.
𝐻1 = 𝐻0 − 0,5.𝑣𝜙752
2𝑔− 𝑓𝑚𝑜𝑜𝑑𝑦𝜙75 .
0,1
0,075.𝑣𝜙752
2𝑔= 0,59 𝑚𝑐𝑎
131
Punto 1 al 2:
Bomba impulsora de 𝐻𝐵1 = 29,1 𝑚𝑐𝑎.
𝐿 = 1 𝑚.
Pérdidas de carga localizadas en:
o 1 válvula compuerta abierta: 𝜆 = 0,2.
o 1 válvula de retención: 𝜆 = 2,5.
Tubería de 𝐷 = 0,075 𝑚.
Para 𝑄 = 0,00236𝑚3
𝑠 y 𝐷 = 0,075 𝑚, se determina:
o 𝑓𝑚𝑜𝑜𝑑𝑦𝜙75= 0,04962 y 𝑣𝜙75 = 0,53445 𝑚/𝑠.
𝐻2 = 𝐻1 +𝐻𝐵1 − (0,2 + 2,5).𝑣𝜙752
2𝑔− 𝑓𝑚𝑜𝑜𝑑𝑦𝜙75 .
1
0,075.𝑣𝜙752
2𝑔= 29,6 𝑚𝑐𝑎
Punto 2 al 3:
No se consideran pérdidas localizadas.
𝐿 = 15,9 𝑚.
Tubería de 𝐷 = 0,075 𝑚.
Para 𝑄 = 0,00236𝑚3
𝑠 y 𝐷 = 0,075 𝑚, se determina:
o 𝑓𝑚𝑜𝑜𝑑𝑦𝜙75 = 0,04962 y 𝑣𝜙75 = 0,53445 𝑚/𝑠.
𝐻3 = 𝐻2 − 𝑓𝑚𝑜𝑜𝑑𝑦𝜙75 .15,9
0,075.𝑣𝜙752
2𝑔= 29,5 𝑚𝑐𝑎
Punto 3 al 4:
Bomba impulsora, 𝐻𝐵2 = 16,9 𝑚𝑐𝑎.
Pérdidas de carga localizadas en:
o 1 válvula compuerta abierta: 𝜆 = 0,2.
o 1 válvula de retención: 𝜆 = 2,5.
𝐿 = 1 𝑚.
Para 𝑄 = 0,00236𝑚3
𝑠 y 𝐷 = 0,075 𝑚, se determina:
o 𝑓𝑚𝑜𝑜𝑑𝑦𝜙75 = 0,04962 y 𝑣𝜙75 = 0,53445 𝑚/𝑠.
𝐻4 = 𝐻3 +𝐻2 − (0,2 + 2,5).𝑣𝜙752
2𝑔−𝑓𝑚𝑜𝑜𝑑𝑦𝜙75
1
0,075.𝑣𝜙752
2𝑔= 46,34 𝑚𝑐𝑎
132
Punto 4 al 5:
No se consideran pérdidas localizadas.
𝐿 = 1 𝑚.
Tubería de 𝐷 = 0,075 𝑚.
Para 𝑄 = 0,00236𝑚3
𝑠 y 𝐷 = 0,075 𝑚, se determina:
o 𝑓𝑚𝑜𝑜𝑑𝑦𝜙75= 0,04962 y 𝑣𝜙75 = 0,53445 𝑚/𝑠.
𝐻5 = 𝐻4 − 𝑓𝑚𝑜𝑜𝑑𝑦𝜙75 .1
0,075.𝑣𝜙752
2𝑔= 46,33 𝑚𝑐𝑎
Punto 5 al 6:
Bomba impulsora, 𝐻𝐵3 = 16,9 𝑚𝑐𝑎.
Pérdidas de carga localizadas en:
o 1 válvula compuerta abierta: 𝜆 = 0,2.
o 1 válvula de retención: 𝜆 = 2,5.
𝐿 = 1 𝑚.
Para 𝑄 = 0,00236𝑚3
𝑠 y 𝐷 = 0,075 𝑚, se determina:
o 𝑓𝑚𝑜𝑜𝑑𝑦𝜙75 = 0,04962 y 𝑣𝜙75 = 0,53445 𝑚/𝑠.
𝐻6 = 𝐻5 +𝐻𝐵3 − (0,2 + 2,5).𝑣𝜙752
2𝑔− 𝑓𝑚𝑜𝑜𝑑𝑦𝜙75
1
0,075.𝑣𝜙752
2𝑔= 63,2 𝑚𝑐𝑎
Punto 6 al 7:
Pérdidas de carga localizadas en:
o 2 válvulas de compuerta abiertas: 𝜆 = 0,2.
𝐿 = 600 𝑚.
Para 𝑄 = 0,00236𝑚3
𝑠 y 𝐷 = 0,075 𝑚, se determina:
o 𝑓𝑚𝑜𝑜𝑑𝑦𝜙75 = 0,04962 y 𝑣𝜙75 = 0,53445 𝑚/𝑠.
𝐻7 = 𝐻6 − (0,2 . 2).𝑣𝜙752
2𝑔−𝑓𝑚𝑜𝑜𝑑𝑦𝜙75 .
600
0,075.𝑣𝜙752
2𝑔= 56,9 𝑚𝑐𝑎
Punto 7 al 8:
Pérdidas de carga localizadas en:
o 2 válvulas de retención. 𝜆 = 2,5.
o 6 válvulas de compuerta abiertas (para representar la pérdida de carga en los
acoples rápidos): 𝜆 = 0,2.
133
o Obturaciones, para las que se considera 𝜆 = 10.
o 1 salida de tubo. 𝜆 = 1,0.
o 1 válvula de cierre manual antes de la entrada al cañón para regular la presión antes
del cañón, que haga perder 10 mca.
o Cañón seleccionado requiere 15 mca para su funcionamiento.
𝐿 = 100 𝑚.
Para 𝑄 = 0,00236𝑚3
𝑠 y 𝐷 = 0,050 𝑚, se determina:
o 𝑓𝑚𝑜𝑜𝑑𝑦𝜙50 = 0,057076 y 𝑣𝜙50 = 1,2025 𝑚/𝑠.
𝐻8 = 𝐻7 − (2 . 2,5 + 6 . 0,2 + 1 . 1,0 + 1 . 10).𝑣𝜙502
2𝑔−10 − 15 − 𝑓𝑚𝑜𝑜𝑑𝑦𝜙50 .
100
0,050.𝑣𝜙502
2𝑔
= 22,2 𝑚𝑐𝑎
En la Figura 76 se ha dibujado un bosquejo representando el perfil hidráulico y se pueden observar
las ganancias de carga en cada bomba, y las pérdidas de carga lineales y localizadas.
Figura 76 - Bosquejo del perfil hidráulico. (No se encuentra a escala).
134
Figura 77 - Perfil hidráulico.
RESULTADOS PARCIALES: PERFIL HIDRÁULICO
A continuación se muestra un resumen de los resultados obtenidos para antes y después de cada
bomba y otros puntos considerados relevantes como ser el inicio y el final de cada tramo.
Tabla 40 - Perfil hidráulico:
Perfil Hidráulico
Punto Progresiva [m] H [mca]
ΔH [mca]
0 0 0,60
1 0,1 0,59 -0,01
2 1,1 29,6 29,1
3 17 29,5 -0,2
4 18 46,34 16,9
5 19 46,33 -0,01
6 20 63,2 16,9
7 670 56,9 -6,3
8 770 22,2 -34,7
Se traza el perfil hidráulico, donde se grafica la piezometría H [m] en función de la progresiva [m].
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
H [
mca
]
Progresiva [m]
Perfil Hidráulico
135
3.7.8. ESQUEMA LÓGICO DEL PLC
PLC (Programmable Logic Controller o Controlador Lógico Programable) se utiliza para controlar el
encendido y apagado de la bomba.
La apertura de la válvula de compuerta correspondiente, debe ser efectuada por el operario, según
sea un día en el que corresponde regar o no (se detalló esto en los criterios 1 y 2).
La frecuencia de esta operación es diara, y se debe controlar el buen funcionamiento del sistema
una vez por turno.
La válvula a abierta deja paso a la retroalimentación, mientras que la válvula b abierta deja paso a
la aspersión. (Figura 78).
CASO 1: se da la trituración, aireación y mezcla del efluente, cuando la bomba trabaja
retroalimentando el sistema.
Los pasos a seguir por el operario son los siguientes:
1°) Se cierra manualmente la válvula compuerta (b), y se deja la válvula compuerta (a) abierta.
2°) Se indica manualmente en el PLC: Programa:/ Retroalimentación
3°) El PLC hace su trabajo, y automáticamente acciona la bomba a cierta hora, si el nivel de agua es
adecuado. El esquema lógico se describe en Figura 78.
A los efectos de seguridad del sistema, el PLC dará la orden de apagar bombas, si se cumplen 12
horas contínuas de trabajo, (sea el caso de un descuido humano de apagar bombas),
correspondiente al tiempo prudencial hasta un nuevo turno operario.
Figura 78 - Esquema de funcionamiento de la bomba, PLC, boya y válvulas.
136
CASO 2: se da la trituración e impulsión del efluente de la laguna hasta el cañón, donde se efectúa
la aspersión. En este caso la bomba trabaja para efectuar la aplicación.
Los pasos a seguir por el operario son los siguientes:
1°) Se cierra manualmente la válvula compuerta (a) y se abre la (b).
2°) Se indica en el PLC: Programa:/ Aspersión.
3°) El PLC hace su trabajo y automáticamente acciona la bomba a cierta hora, si el nivel de agua en
la laguna es el adecuado. A continuación se describe el esquema lógico en Figura 80.
A pesar de que ambos esquemas en este caso son muy similares, se presentan por separado,
porque podrían haber modificaciones independientes uno del otro, por ejemplo: se podría
seleccionar otro horario de trabajo para la retroalimentación.
Figura 79 - Esquema lógico PLC para retroalimentación.
Figura 80 - Esquema lógico PLC para aspersión.
137
Figura 82 - Esquema de parcelas de riego posibles, que abarcan la superficie necesaria para el criterio 2.
3.8. ESQUEMA DE LA SUPERFICIE DE RIEGO POSIBLE PARA LOS CRITERIOS 1 Y 2 CRITERIO 1
Figura 81 – Esquema de parcelas de riego posibles, que abarcan la superficie necesaria para el criterio 1.
CRITERIO 2
Se dibuja un esquema del posible área de riego que se necesitarían para el criterio 2, con una tubería
de 750 m de longitud total, que se extienda desde la laguna, más un rango de alcance del cañón de
16,5 m.
CAPITULO 4: MEMORIA CONSTRUCTIVA Y ANÁLISIS DE COSTOS
RELEVAMIENTO TOPOGRÁFICO Y NUEVO TRAZADO DE CURVAS DE NIVEL
PLANOS
COSTO DE CONSTRUCCIÓN DE LA LAGUNA DE ALMACENAMIENTO CON IMPERMEABILIZACIÓN
POR GEOMEMBRANA O POR ARCILLA COMPACTADA
INVERSIÓN INICIAL, GASTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO PARA CRITERIO 1
INVERSIÓN INICIAL, GASTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO PARA CRITERIO 2
a
4.1. RELEVAMIENTO TOPOGRÁFICO Y NUEVO TRAZADO DE CURVAS DE NIVEL
Para fines constructivos y a modo de ejercicio académico, se
desea contar con curvas de nivel de una precisión < 1 m.
Se efectúa un relevamiento topográfico en puntos seleccionados,
donde se recaban datos de elevación y coordenadas de cada
punto. Posteriormente, luego de procesar los datos con software
CAD, y GIS, se obtiene un nuevo mapa de curvas de nivel, cuya
precisión es mayor a la anterior: 0,5 m (el mapa previo constaba
de curvas cada 1,0 m).
Se colectan los datos con GPS diferencial modelo Trimble R10 y R6
utilizando la base de referencia del SGM (Servicio Geográfico
Militar) ubicada en Salto. (Figura 83).
Como se puede observar en la Figura 86, el escurrimiento
naturalmente se dirige hacia la zona verde, por diferencia
geométrica favorable, por lo que ese es el mejor sitio para
proyectar la laguna de almacenaje. Otro motivo es que el suelo de
esa zona no está actualmente en uso productivo ya que el agua
permanece estancada la mayor parte del tiempo, dado que allí hay
suelos arcillosos, con características impermeables adecuadas para
evitar la infiltración al terreno, que es lo que se busca en la laguna.
Trimble R6
Trimble R10
Figura 83 - GPS diferencial.
b
Tambo
Figura 84 - Puntos relevados en relevamiento topográfico con GPS diferencial. (Software libre QGIS(R)).
Tambo
Figura 86 - Curvas de nivel generadas cada 0,5 m. Software Surfer (R) versión de prueba. Y zona de interés para la ubicación de la laguna (recuadro negro). *Cotas 55,45 m sobre cero oficial.
Figura 85 - Mapa de elevaciones 3D. Software Surfer (R), versión de prueba.
c
4.2. PLANOS CONSTRUCTIVOS
(Ver anexo 3).
4.3. MEMORIA CONSTRUCTIVA
1- Planta general instalaciones
La Estación Experimental de Facultad de Agronomía, Salto, limita al Sur con la Ruta 31, al Norte con
el Arroyo San Antonio Grande, al Este y Al Oeste con predios linderos.
2- Planta de ordeñe - Instalaciones existentes
La planta de ordeñe consiste en una sala de ordeñe, una sala de espera y una sala de pre-espera.
La sala de espera y pre espera desaguan hacia la cámara de almacenaje actual, por una canalización
en hormigón.
La cámara de almacenaje actual y la sala de ordeñe desaguan en una cámara de almacenaje en tee,
en la cual se unen los flujos hacia un tramo existente entubado.
3 - Tramo conducción por gravedad existente
*(Cotas referidas a 55).
El tramo entubado existente posee 108 m. Inicia en A, con cota zampeado 103,15 m (cámara de
almacenaje existente) y finaliza en E, donde vierte directo a terreno.
El tramo de canalización cuneta por el cual el flujo continúa trasladándose, comienza en E y finaliza
en K, donde se convierte en un humedal difuso.
4 - Tramo conducción por gravedad diseñado.
Para el tramo diseñado, se utiliza como referencia el reglamento de OSE para saneamiento.
Se adopta la pendiente mínima sugerida: 0,45 %.
Se proyectan construir 141,32 m desde el punto K’ hasta Q.
Además, se proyectan entubar 157 m, de dren/cuneta (que actualmente permiten la infiltración por
terreno indeseada), desde el punto E hasta el punto K’.
La tubería será de material PEAD PN 4 Kg/cm2.
d
DN 200 mm, como lo recomienda la normativa.
En tramo KK’ de cuneta deberá ser corregida la pendiente, para lograr llegar correctamente a la
laguna.
Se colocará un registro en M, y no en la progresiva 365,48 m (correspondiente a los 100 m, como lo
recomienda la norma) porque M se encuentra mejor distribuido a la mitad del tramo. Se colocará
un registro en P, porque hay un quiebre.
En el punto E, progresiva 168 m, se colocará una cámara en donde se empalmen ambas tuberías,
existente, y nueva; de entrada, DN 110 y salida DN 200 mm.
El material de las cámaras y registros es hormigón. Tapas 50 x 50 mm, con bordes metálicos. Se
construirá cojinete curvo en la base, para permitir el pasaje fluido del líquido.
5 - Sedimentador primario, cámaras de inspección
Se utilizará la cámara de almacenaje existente actualmente como sedimentador primario de sólidos,
y se aprovechará su capacidad buffer ante la variación de flujo instantáneo. Se efectuará
mantenimiento y vaciado total, mensualmente.
Se instalará rejilla cuadriculada de 2,5’’ de apertura, a la entrada de la cámara de almacenaje
existente.
Se instalará rejilla cuadriculada de 2,5’’ de apertura, a la salida de la cámara de almacenaje
existente.
Se revisará (y en caso de ser necesario se rectificará) la escalera de acceso a la misma, para que se
encuentre en buen estado de seguridad.
Se conservarán las cámaras de inspección tipo C1, y tipo TEE existentes. Y se efectuará
mantenimiento mensual.
6.1 - 6.2 - Laguna de almacenaje, cortes WE y NS
La laguna de almacenaje proyectada posee 29,8 x 28,9 m de superficie libre de agua.
Es de forma de pirámide truncada invertida.
La base menor (inferior), será de 24,9 x 24,9 m.
*(Cotas referidas a 55,45 m sobre el cero oficial).
La cota de zampeado de la tubería de descarga a laguna será 97,55 m.
La cota máxima de la superficie libre será de 95,25 m.
La cota de la base será de 96,25 m.
e
Se dejarán 0,25 m de revancha entre la cota de zampeado de la tubería de descarga y la superficie
libre de la laguna.
El talud Se elevará 0,5 m, por encima de la superficie de la tubería de descarga.
En todos los taludes, la pendiente será 1:2 [m].
La cota de coronamiento será 98,25 m.
El espesor del coronamiento será 1 m.
7.1 - Laguna de almacenaje diseñada, descarga a laguna
La tubería de descarga a laguna poseerá una boquilla de ensanchamiento brusco para generar
pérdidas de carga y prevenir erosión debajo de ella.
Debajo de la descarga, sobre el talud, se colocará enrocado irregular, para prevenir la erosión
localizada. Este enrocado será tomado de préstamo del mismo sitio de excavación.
La tubería será anclada a un mojón de hormigón pobre, prismático, de 50 x 50 x 80 cm, sostenida
con abrazadera atornillada.
7.2 - Laguna de almacenaje diseñada, vertedero de máximas
El vertedero de máximas se encontrará a cota de coronamiento 97,50 m.
Tendrá una longitud de 2 m en el coronamiento.
Sobre los extremos, culmina en pendiente 4:1. Dichos extremos se extienden 1 m a ambos lados.
Hacia aguas abajo, tendrá una pendiente 3:1.
7.3 - Laguna de almacenaje diseñada, obra de toma
La obra de toma consiste en un soporte metálico de acero inoxidable, con flotación. Perfiles
metálicos soldados, sostienen una bomba sumergible con sistema de trituración, que impulsa el
agua hacia la estación de bombeo.
La bomba sumergible puede colocarse en dos funciones, según lo indique el operario: recirculación
en laguna, ó impulsión hacia casilla de bombeo. Mediante accionamiento automático desde la
casilla de control, se abre una válvula de cierre y se cierra otra, direccionando el flujo hacia la función
deseada.
Para la función de recirculación, el sistema posee un tubo ventouri de 2’’ acoplado, que cumple la
función de airear el sistema con burbujas y promover el movimiento del agua, y una boquilla con
contracción, lo que proporciona velocidad al agua.
f
La bomba sumergible se coloca en posición de motor horizontal, aspira el agua por el eje y la impulsa
hacia arriba.
Deberá estar conectada a un cable de corriente alterna debidamente aislado.
La tubería de conexión será PEAD, PN 6 - DN 75 mm.
La bomba posee una boya, la cual se acciona, apagándola, si el nivel del agua desciende por debajo
de los 20 cm.
Además, la misma se encontrará protegida por una jaula de alambre cuadriculado de 2,5’’.
7.4 - Laguna de almacenaje diseñada, estación de bombeo
La estación de bombeo consiste en una casilla techada, de 1.80 m de alto, por 2x2 m.
Cuenta con dos bombas centrífugas, ambas con correspondientes anclajes de hormigón, respectivos
cables de alimentación y conexión a tierra y pararrayos.
Poseerá un panel de control colgado sobre la pared, desde el cual el operario podrá manejar todo
el sistema, apretando cada botón.
Aguas arriba y aguas abajo de cada bomba se coloca un manómetro, con su correspondiente micro-
válvula de purga, para poder controlar el buen funcionamiento de cada bomba.
Se instala una válvula antirretorno de clapeta, aguas abajo de cada bomba, para evitar el golpe de
ariete producido por el retorno del flujo.
Se instala una válvula de cierre aguas abajo de cada bomba, tras la válvula antirretorno, y aguas
arriba de la primera bomba, para posibilitar eventuales mantenimientos del sistema.
Se instala un filtro al inicio de la línea de bombeo, que favorece la vida útil de las bombas.
A la entrada y a la salida de la casilla se colocan anclajes de hormigón pobre para fijar la tubería.
g
4.4. COSTO DE CONSTRUCCIÓN DE LA LAGUNA DE ALMACENAMIENTO CON
IMPERMEABILIZACIÓN POR GEOMEMBRANA O POR ARCILLA COMPACTADA
* Nota importante: en este trabajo el dólar americano (U$S) se toma a $ 30 (treinta pesos
uruguayos) la venta. Todos los costos incluyen IVA (impuesto al valor agregado en el Uruguay).
En primer lugar se debe estimar el volumen de suelo a ser movido por la maquinaria a contratar.
Se estima que el volumen de tierra a mover para nivelar el terreno será de 140,4 m3.
A esto se debe sumar el volumen que se calculó anteriormente que debe tener la laguna de
almacenamiento, esto es 735 m3.
El costo del movimiento de tierra con trailla está generalizado en todas las empresas del medio, y
es fijo, se estima en 4,5 U$S/m3. (Dubosc, 2017).
El movimiento de tierra con trailla para construir el talud, cuesta también 4,5 U$S/m3. (Dubosc,
2017). Se calcula que el volumen a mover es el de un prisma de base cuadrada 1 m x 1 m, ya que la
verdadera sección es la de un trapecio de pendiente 1:2, cuya base mayor mide 3 m y la base menor
mide 1 m.
La primera opción de impermeabilización planteada, es la impermeabilización con geomembrana
de polietileno, ésta más su colocación se estima en 10 U$S/m2. (Agroveterinaria, 2017).
Se presenta también la alternativa de impermeabilizar con una capa de 20 cm de arcilla compactada
del suelo propio de la zona, el costo de esto es también de 4,5 U$S (Dubosc, 2017). El área perimetral
de laguna fue calculada antes en la geometría de laguna, y es 1729 m2.
CONSTRUCCIÓN LAGUNA Cant.
U$D UNIT
U$D $
Movimiento de tierra con trailla (nivelación) 140,4 m3 4,5 632 18954
Movimiento de tierra con trailla (excavación) 735 m3 5,5 4043 121275
Movimiento de tierra con trailla (talud) 59 m3 6,5 384 11505
Impermeabilización con geomembrana c/colocación
1729 m2 10 17290 518700
Impermeabilización, arcilla compactada c/trailla 346 m3 4,5 1556 46683
*La impermeabilización con arcilla podría realizarse si la misma presenta una conductividad
hidráulica menor o igual a 1 x 107 cm/s.
Concepto U$D $
Subtotal movimiento de tierra + geomembrana 22348 670434
Subtotal movimiento de tierra + arcilla compactada 6614 198417
Tabla 1 - Costos constructivos de la laguna de almacenamiento.
Tabla 2 - Comparación costos constructivos de la laguna (precios IVA inc.).
h
Días de trabajo tractor, promedio por año 77,5 d/año
Hs trabajo del tractor por día 2 h/d
Hs p/ vaciado de sedimentador 2 h/d
Hs p/vaciado de sedimentador por año 24 h/año
Hs de trabajo del tractor 179 h/año
Inversión inicial
Equipos y herramientas
Estercolera (ya se posee) 0 $
Tractor (ya se posee) 0 $
Aspersor/ difusor (ya se posee) 0 $
Total 0 $
Tabla 42 - Horas de trabajo estimadas del tractor. Criterio 1.
4.5. INVERSIÓN INICIAL, GASTOS OPERATIVOS Y DE MANTENIMIENTO, CRITERIO 1
INVERSIÓN INICIAL
Dado que ya se poseen todas las herramientas y materiales para llevar a cabo este criterio no se
necesita inversión inicial.
Tabla 41 - Inversión inicial para el criterio 1.
Lo que sí es necesario para llevar a cabo este criterio, es mano de obra, lo que se encuentra dentro
de los gastos operativos y de mantenimiento. Se calcula un promedio en los 18 años, de la cantidad
de días por año que debe trabajar el operario, y se utiliza ese valor para el cálculo estimativo de
costos por mano de obra. (Ver Tabla 42).
Se calculan los costos operativos del tractor para las horas estimadas de trabajo. (Ver Tabla 43). El
precio del combustible, es el precio máximo de venta al público por litro del gas oil 10-S, según
(ANCAP, 2018).
Se prevé que el operario del tractor lleve ropa impermeable, y botas. Los precios se encuentran en
plaza, Agroveterinaria Gilardoni, Lugar de Campo Ltda. (2018).
Se calculan los gastos de mano de obra del operario: el salario nominal, mensual según MTSS, para
arroz y tambos, A, franja 1, es: $ 16.000. Se considera una carga horaria de 44 hs. semanales. Un
mes tiene en promedio 4 semanas. Además por Ley se debe pagar el aguinaldo, que es una doceava
parte del salario anual.
i
Del salario del tambero, la porción que se dedicará a las tareas de utilizar estercolera y limpieza del
sedimentador se detalla a continuación:
𝑀𝑎𝑛𝑜 𝑜𝑏𝑟𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑟 𝑒𝑠𝑡𝑒𝑟𝑐𝑜𝑙𝑒𝑟𝑎 + 𝑙𝑖𝑚𝑝𝑖𝑎𝑟 𝑠𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟 1 𝑣𝑒𝑧 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑠
= 16.000$
𝑚𝑒𝑠 .13 𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠
1 𝑎ñ𝑜(1 𝑎ñ𝑜
12 𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠) . (
1 𝑚𝑒𝑠
4 𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎𝑠) . (
1 𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎
44 ℎ𝑠) . 179
ℎ𝑠 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜
𝑎ñ𝑜
El cálculo de leyes sociales se efectúa mediante la aplicación de BPS online: Cálculo Online de
Aportes Patronales. El aporte patronal mensual para un salario de $ 16000 es $ 2020, en el sector
Industria y Comercio. En este caso se calcula el aporte para la porción de horas destinada a las tareas
mencionadas.
𝐴𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒𝑠 𝑝𝑎𝑡𝑟𝑜𝑛𝑎𝑙𝑒𝑠 𝐵𝑃𝑆
= 2020$
𝑚𝑒𝑠 .13 𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠
1 𝑎ñ𝑜(1 𝑎ñ𝑜
12 𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠) . (
1 𝑚𝑒𝑠
4 𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎𝑠) . (
1 𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎
44 ℎ𝑠) . 179
ℎ𝑠 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜
𝑎ñ𝑜
Se calculan los gastos operativos y de mantenimiento anuales y mensuales. (Ver Tabla 44).
Tabla 43 - Costos operativos estimativos del tractor. Criterio 1.
Cant. $ unit. Costo
Gastos operativos y de mantenimiento Tractor Ford 4610: Adquirido Combustible 6 L/h 55,6 $/L 59714 $/año Cambio de aceite 0,0325 L/h 169,5 $/L 986 $/año Cambio de filtro de aceite+aire+hidráulico+combustible 0,005 kit/h 21,5 $/h 19 $/año Total 60720 $/año Total 2024 U$D/año
j
Gastos anuales Materiales Ropa de trabajo impermeable (x1) 800 $/año 67 $/mes Botas de lluvia (x1) 490 $/año 41 $/mes Subtotal 1290 $/año 108 $/mes Mano de obra Hs operario (p/manejar tractor) (179 hs/año) 17629 $/año 1469 $/mes Subtotal 17629 $/año 1469 $/mes Gastos generales: administración y mantenimiento Combustible 59714 $/año 4976 $/mes Mantenimiento del tractor 1005 $/año 84 $/mes Subtotal 60720 $/año 5060 $/mes Impuestos Aportes patronales BPS (Jubilatorio/FONASA/F.R.L.) 2226 $/año 185 $/mes Subtotal 2226 $/año 185 $/mes Total 81864 $/año 6822 $/mes Total 2729 U$D/año 227 U$D/mes
Tabla 44 - Gastos operativos y de mantenimiento anuales y mensuales. Criterio 1.
k
4.6. INVERSIÓN INICIAL, GASTOS OPERATIVOS Y DE MANTENIMIENTO, CRITERIO 2
INVERSIÓN INICIAL
El presupuesto para el sistema completo es de U$D 10.000, en el proveedor Gianni S.A.
El sistema consiste en: 3 bombas + Tubería hidrante PEAD + Tubería ramal PEAD con juntas rápidas
cada 10 m + Cañón fijo con carrito + Balsa para bomba sumergible + PLC con casilla protectora +
Venturi 2’’.
GASTOS OPERATIVOS Y MANTENIMIENTO
Para los gastos de mano de obra, se toma como referencia el salario mínimo del operario tambero,
que va a trabajar en el traslado del equipo. El salario nominal, mensual según MTSS, para arroz y
tambos, A, franja 1, es: $ 16.000. Se considera una carga horaria de 44 hs. semanales. Un mes tiene
en promedio 4 semanas. Además por Ley se debe pagar el aguinaldo, que es una doceava parte del
salario anual.
Del salario del tambero, la porción que se dedicará a las tareas de conexión del cañón y limpieza del
sedimentador se detalla a continuación:
𝑀𝑎𝑛𝑜 𝑜𝑏𝑟𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑒𝑐𝑡𝑎𝑟 𝑐𝑎ñó𝑛 + 𝑙𝑖𝑚𝑝𝑖𝑎𝑟 𝑠𝑒𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑑𝑜𝑟 1 𝑣𝑒𝑧 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑒𝑠
= 16.000$
𝑚𝑒𝑠 .13 𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠
1 𝑎ñ𝑜(1 𝑎ñ𝑜
12 𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠) . (
1 𝑚𝑒𝑠
4 𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎𝑠) . (
1 𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎
44 ℎ𝑠) . 95,1
ℎ𝑠 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜
𝑎ñ𝑜
El cálculo de leyes sociales se efectúa mediante la aplicación de BPS online: Cálculo Online de
Aportes Patronales.
El aporte patronal mensual para un salario de $ 16000 es $ 2020. En este caso se calcula el aporte
para la porción de horas destinada a las tareas mencionadas.
𝐴𝑝𝑜𝑟𝑡𝑒𝑠 𝑝𝑎𝑡𝑟𝑜𝑛𝑎𝑙𝑒𝑠 𝐵𝑃𝑆
= 2020$
𝑚𝑒𝑠 .13 𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠
1 𝑎ñ𝑜(1 𝑎ñ𝑜
12 𝑚𝑒𝑠𝑒𝑠) . (
1 𝑚𝑒𝑠
4 𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎𝑠) . (
1 𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎
44 ℎ𝑠) . 95,1
ℎ𝑠 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜
𝑎ñ𝑜
Los gastos en energía eléctrica, línea trifásica, categoría grandes consumidores GC1, triple horario,
(UTE, 2017) son:
Tabla 45 - Inversión inicial, criterio 2.
Inversión inicial Equipos y herramientas Precio unit. Precio unit. Estación de bombeo + red de tuberías 10000 U$D 300000 $ Total 10000 U$D 300000 $
l
Tabla 47 - Desglose gasto energético para jornada de retroalimentación.
Para una jornada de retroalimentación
Cargo variable 57,284 $/d
Cargo fijo GC1 378,333 $/d
Cargo total 435,617 $/d
Para una jornada de aspersión
Cargo variable 86,913 $/d
Cargo fijo GC1 378,333 $/d
Cargo total 465,247 $/d
La potencia de cada bomba es:
El cargo fijo para grandes consumidores, tipo: GC1 es: 11.350 $/mes, lo que equivale a 378,3 $/día.
Entonces, el gasto de electricidad por jornada dependerá, si la jornada es de retroalimentación,
solamente la bomba sumergible Zenit deberá encenderse, pero si la jornada es de aspersión, todas
las 3 bombas deberán encenderse.
Las horas de trabajo del operario, anuales, se calculan mediante la siguiente tabla:
Los gastos anuales (en pesos uruguayos $ y dólares americanos U$D) de operación y
mantenimiento son:
Tabla 46 - Desglose consumo de energía eléctrica, criterio 2.
Tabla 48 - Desglose gasto energético para jornada de aspersión.
Precio [$/kW h] Hs. tabajo [h] Cargo variable B1 [$] Cargo variable B1+B2+B3 [$]
1,641 valle 3 14,28 21,66
2,966 llano 5 43,01 65,25
8,922 punta 0 0 0
Bomba Potencia [kW]
Zenit 2,9
Pedrollo 0,75
Días de trabajo carrito, promedio por año 47,4 d/año
Hs trabajo del tractor por día 1,5 h/d
Hs p/ vaciado de sedimentador 2 h/d
Hs p/vaciado de sedimentador por año 24 h/año
Hs de trabajo del tractor 95,1 h/año
Tabla 49 - Horas de trabajo del operario.
m
Tabla 50 - Gastos anuales y mensuales, criterio 2.
4.7. RESUMEN COMPARATIVO DE COSTOS INVERSIÓN, GASTOS OPERATIVOS Y DE
MANTENIMIENTO
Tabla 51 - Resumen comparativo de costos, en pesos uruguayos. criterios 1 y 2.
Criterio 1 Criterio 2
Costos inversión inicial 0 10.000 U$D
Gastos operativos y matenim.
-Materiales 108 0 $/mes
-Mano de obra 1469 780 $/mes
-Gastos admin. 5060 13617 $/mes
-Leyes Sociales 185 99 $/mes
Subtotal 6822 14496 $/mes
n
CAPÍTULO 5: DISCUSIÓN, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
o
En el presente proyecto, se ha abordado la gestión de los efluentes líquidos del tambo EEFAS, desde
la perspectiva sustentable con el medio ambiente. Se apuntó a la reutilización de los nutrientes
mayoritarios presentes en el efluente: nitrógeno y fósforo, para aplicarlos como fertilizante orgánico
en el suelo y así conservar gran parte del valor nutricional de éstos, dentro del mismo predio. El
enfoque se centró en el control del drenaje y escurrimiento superficial, para lograr minimizar la
erosión y degradación del suelo, y la contaminación del agua a mediano plazo.
Se buscaron alternativas viables y ejecutables con los recursos humanos, físicos y económicos
disponibles.
A lo largo de esta sección, se discuten las fallas detectadas en el sistema actual de manejo de los
efluentes, las posibles alternativas planteadas para solucionarlas, la modelación numérica de las
propuestas efectuadas y los resultados obtenidos, además se plantean conclusiones y
recomendaciones.
En primer lugar, se detectó un factor clave que eleva el riesgo de contaminación de las aguas
superficiales y del suelo: el vertido directo del efluente a un canal formado por drenaje natural. Se
sabe por bibliografía consultada que esta práctica puede generar erosión del suelo, ya que se
generan zanjas, en las que el escurrimiento de la lluvia canaliza y adquiere mayor velocidad,
arrastrando partículas fácilmente. Además, esta práctica puede provocar contaminación de las
aguas superficiales, a las que le llega una gran concentración de nutrientes disueltos en el agua, los
cuales propician el crecimiento desmedido de algas y cianobacterias.
Se detectó que este problema viene dado porque la capacidad de almacenamiento de la cámara de
sólidos actual, el cual es insuficiente, ya que, como se calculó, solo podría soportar 6 días de
acumulación de efluente, y el resto de los días desbordaría, no siendo controlados los efluentes que
se vierten. En contraposición, se ha calculado, que en el peor de los casos ha habido períodos de
hasta 186 días (en un análisis de 18 años históricos) en los que se necesitaría acumular efluente
consecutivamente, sin poder regar, debido a que la humedad del suelo no lo permite.
Se propuso entonces, gestionar el efluente líquido almacenándolo en una laguna y efectuando
aplicaciones al terreno de manera controlada.
La laguna de almacenaje propuesta, es capaz de retener el efluente durante todos aquellos días en
los que no se pueda aplicar, porque el suelo se encuentra con una humedad superior al 80 % del
agua disponible. Se ha seleccionado este criterio, para lograr reducir al mínimo el riesgo de erosión
del suelo por drenaje y escurrimiento superficial, tanto por arrastre de partículas como de
nutrientes. Se obtuvo que el volumen de almacenamiento requerido es de 735 m3. Este valor surgió
de hallar que el período más largo de tiempo sin poder regar es 186 días, luego de efectuar un
balance de humedad en el suelo diario, basado en una serie histórica de datos de precipitación y
evapotranspiración de 18 años.
Se propuso, que la humedad no sea medida directamente con ningún sensor, ya que es poco
práctico (por los escasos recursos humanos y el tiempo del que disponen para las tareas), y es poco
representativo del suelo (cuyas propiedades suelen ser muy heterogéneas). En lugar de esto, se
propuso estimar la humedad del suelo indirectamente en base a un análisis estadístico de datos
previos. Para ello, se correlacionaron datos de humedad del suelo, provenientes del balance diario
de 18 años de período histórico, contra los días acumulados previos sin llover. A pesar de que la
p
variabilidad de los datos de precipitación puede ser muy grande, se considera que este método de
estimación de la humedad del suelo es más aplicable a este caso. Se obtuvo como resultado varios
puntos de una curva de humedad relacionada con la seca acumulada, por ejemplo: en promedio, en
18 años, cuando no llovió en 2 días previos, la humedad del suelo se encontró entorno al 69% de
capacidad de campo (mm). Esta relación se supuso que es extrapolable y se utilizó para cálculos
posteriores para saber cuándo efectuar las aplicaciones.
Para cumplir bien su función, la laguna de almacenaje propuesta requiere imprescindiblemente
tener una buena impermeabilización, para que los efluentes no se filtren al suelo y se vea
contaminada el agua subterránea. En ese sentido, se analizaron dos opciones de
impermeabilización, una por arcilla compactada, que es la más tradicional pero menos efectiva. Su
costo se estimó en U$D 1556 dólares americanos. A su vez, se propuso otra alternativa que consiste
en la colocación de una membrana impermeable de PVC. Para colocarla se requieren 1.729 m2 y la
misma tiene un costo estimado de U$D 17.290 dólares americanos.
Para acompañar la laguna de almacenaje, se propusieron dos alternativas de aplicación al terreno,
cuyo punto en común es la reutilización de los nutrientes mayoritarios presentes en el efluente:
Nitrógeno y Fósforo. Se pretendió así lograr la sustentabilidad en el manejo de los nutrientes del
predio, donde exista una recirculación en la que los animales consuman los nutrientes de las plantas,
los excreten, y gran parte de éstos retorne a la tierra, de manera controlada.
La primera alternativa de aplicación consiste en efectuar aspersiones del efluente al terreno
utilizando herramientas que ya se poseen, como la estercolera de 6 m3 de capacidad con su difusor.
La estercolera se estima que puede viajar a un promedio de 10 km/h, cubriendo una franja de 3 m
de ancho. Se halló que para lograr cero desbordes de la laguna planteada en 18 años de balance
diario, cada operador debe efectuar 2 viajes por día, lo que se estima que le tomaría 1 h de trabajo
y como son dos turnos diarios, se alcanza un total de 4 viajes por día. De esta manera se logra cubrir
un área regada de 6 ha/día, con una dosis de riego de 0,2 mm/h. Se logra así cumplir que la dosis de
riego sea inferior a la velocidad de infiltración del suelo, estimada en 10 mm/h. Así se vacían 24 m3
de efluente de la laguna por cada día que se puede aplicar. Dado que con este método la totalidad
del volumen de la laguna es utilizable, se lograron cero desbordes en 18 años de balance en laguna,
si se efectúan aplicaciones cada vez que no llueve hace (DSACM =) 2 días. Una de las limitantes de
este método, es la capacidad de los recursos humanos, ya que se cuenta sólo con dos turnos de
operarios, los cuales deben cumplir también con otras tareas. Sin embargo, posee la ventaja de la
nula inversión inicial, aunque sí se debe destacar que luego poseerá gastos fijos de operación y
mantenimiento, como es el caso de las horas de personal y las horas de tractor.
La segunda alternativa planteada es semi-automatizada con aspersiones por cañón fijo. Incorpora
tecnología de Controladores Lógicos Programables (PLC), en los que se propone efectuar
aspersiones controladas cada vez que la humedad del suelo lo permita. El controlador se encontraría
programado con dos esquemas lógicos, y lo único que debe hacer el operador es chequear si en
ciertos días previos ha habido lluvia, o no. Si en ciertos días previos ha habido lluvia, no puede aplicar
y presiona el botón <recircular> el efluente en la laguna; si en ciertos días previos no ha habido
lluvia, puede aplicar y presiona el botón: <regar>.
Tras el cálculo hidráulico, se llegó al diseño de un sistema de impulsión con 3 bombas colocadas en
serie, que proporcionan una carga total de H=62,9 mca trabajando a un caudal de 2,36 L/s. Cabe
q
aclarar, que éste no es el punto de funcionamiento óptimo del sistema, es decir, no es el que
proporcionará la mayor eficiencia; sin embargo, cumple el requisito de que el caudal aplicado no
supere la tasa de infiltración del suelo, para evitar encharcamiento y erosión del mismo. Se ha
tomado entonces, el máximo caudal posible, para lograr una tasa de infiltración de 10 mm/h.
La primera bomba seleccionada trabaja a H1 = 29,1 mca; la segunda bomba a H = 16,9 mca y la
tercera bomba H3=16,9 mca. La potencia requerida al eje de cada bomba es para la bomba 1:
P1=1,04 KW; para la bomba 2: P2=0,60 KW; y para la bomba 3: P3=0,60 KW.
A continuación, se diseñó una tubería troncal de PEAD (polietileno de alta densidad o plastiducto)
de 650 m de longitud, diámetro = 75 mm y una tubería ramal de 100 m de longitud, diámetro = 50
mm, con acoples rápidos cada 10 m, que corresponden a las posiciones en que se puede acoplar el
cañón fijo. El cañón requiere una presión de 15 mca, y tiene un alcance de 16,5m. La primera bomba
seleccionada es sumergible y tiene capacidad de triturar sólidos, y las otras dos son centrífugas. En
un turno normal, el controlador se encuentra preparado para accionar la bomba sumergible, triturar
los sólidos y hacer pasar el agua por un Ventouri en el que se airea la mezcla, homogeneizando el
efluente en la laguna y disminuyendo la estratificación. Dado que el volumen útil de la laguna es
menor que en el criterio 1, porque existe una cierta profundidad por debajo de la cual el nivel del
agua no puede descender, ya que las bombas aspirarían lodo; se lograron cero desbordes,
únicamente efectuando aspersiones utilizando DSACM = 1 día. En los días en los que se puede
efectuar aplicaciones, el operario presiona un botón y el controlador cierra una válvula de modo
que el flujo pase a través de las tres bombas en serie, para ser impulsado hacia la aspersión. Se llega
a la conclusión, de que, en jornadas de aplicación, el sistema debe estar encendido 8 horas diarias.
Este sistema es más costoso en cuanto a inversión inicial (aprox. U$D 10.000 dólares americanos),
pero tiene la ventaja de necesitar mucho menos mano de obra diaria, la cual es escasa en EEFAS.
Como se mencionó anteriormente, para un adecuado manejo de los nutrientes, se desea lograr una
recirculación dentro del predio. Por lo tanto, se proponen, efectuar rotaciones de cultivos forrajeros
de consumo animal en los que se consuman los nutrientes: N y P. Se seleccionaron los cultivos:
avena, alfalfa, trébol blanco, Raigrás, y el ya existente Campo Natural. Sus consumos
correspondientes empíricos se extrajeron de USDA, 2017. Se plantea destinar una parcela para
cultivos de invierno, una para verano y una de apoyo (cuando no se puede aplicar en ninguna de las
anteriores). Es imprescindible para esta práctica, contemplar el riesgo de contaminación del cultivo
con patógenos, por lo que se siguen las recomendaciones de la literatura, y se plantean siembras
únicamente luego de los 30 días de haber estado el suelo descubierto a la luz solar, para dar
oportunidad a los rayos UV a ejercer su efecto biocida sobre los posibles microorganismos.
Para analizar esta situación, a partir de los datos de efluente aplicado hallado en los balances de
agua en la laguna hipotética, se efectuaron balances de Nitrógeno (N) y de Fósforo (P) de paso
mensual, buscando consumir teóricamente la totalidad de dichos nutrientes aplicados, de modo
que nunca hubiera excedentes. La concentración del efluente que ingresaría a la laguna fue
analizada en laboratorio, y calculada a partir de una muestra compuesta de corrientes provenientes
de la sala de ordeñe y de la playa y pre-playa. El resultado fue: [N] = 180,9𝑚𝑔
𝐿; [P] = 54,8
𝑚𝑔
𝐿.
Se halló que, para la aplicación con estercolera, la parcela de invierno (Parcela 1) debería tener 37
ha, la parcela de verano (Parcela 2) debería tener 28 ha, y la parcela de apoyo (Parcela 3) debería
r
tener 24 ha, para que ambos nutrientes se consumieran completamente. Luego también se analizó
la aplicación de efluente semi-automatizada con cañón fijo, y se concluyó que se requieren 53 ha de
parcela 1, 34 ha en la parcela 2, y 30 ha en la parcela 3, para lograr consumir la totalidad de ambos
nutrientes en la serie histórica completa de 18 años.
Como era de esperar, el segundo criterio requiere mayor área disponible para aplicaciones, debido
a que el volumen útil de la laguna es menor.
Se pudo observar que si se tuviera una concentración mayor a la planteada (para esta configuración
de diseño de la red de aspersión, para esa ubicación de la laguna, y para estas parcelas de riego
disponibles) el área de aplicación no sería suficiente para consumir todos los nutrientes sin haber
excedentes; ya que, de extenderse más la longitud del trazado, hacia el oeste comienza el
alambrado lindero con el vecino. Si se permite la disponibilidad de más parcelas para efectuar
aplicaciones, el establecimiento en total, sí cuenta con área suficiente para afrontar dicho hipotético
aumento de concentración.
También se observó, que la tasa de aplicación resultante de efectuar aspersiones con cero
excedentes de nutrientes, es muy inferior a la máxima tasa permitida, lo que sugiere que, de
utilizarse dicha tasa máxima permitida se podrían presentar excedentes de nutrientes.
Se comprobó como era esperado, que las superficies cultivadas requeridas para consumir todo el
nitrógeno, son siempre menores a las áreas requeridas para consumir todo el fósforo, dado que las
plantas tienen necesidades mayores del macro-nutriente nitrógeno, que de fósforo.
Sobre la minimización del riesgo de infiltración hacia las napas subsuperficiales, se planteó la
intubación del tramo de red que conecta la cámara de la sala con la laguna. Se diseñó una tubería
de saneamiento de D=200 mm, pendiente natural según lo trazado, y se verificó que cumple la
normativa de saneamiento de la IMM.
Mediante el análisis del sistema de saneamiento actual de las casas y demás instalaciones de la
EEFAS, una previsión de la población de aporte máxima, y una dotación estimada, se estudió la
posibilidad de conectar a futuro una red de saneamiento para todas las casas de EEFAS hacia la
laguna prevista. Se pudo observar que la capacidad de la laguna prevista no es suficiente, y que
desbordaría su volumen, por lo que es recomendable pensar en otro tipo de tratamiento para ese
efluente. Además, las características patógenas del mismo son muy diferentes, lo que amerita un
tratamiento especial.
No se recomienda la conexión del laboratorio de anatomía, ni tampoco del laboratorio de histología
a la laguna de almacenaje proyectada; ya que su efluente presenta características tóxicas, que
requieren un tratamiento específico para su eliminación o disposición final, y no puede ser aplicado
al terreno sin antes ser inactivado. Dicho efluente podría presentar restos de formol, xilol, ácidos y
otros tóxicos, provenientes de las actividades que allí se realizan.
Como recomendaciones a futuro, se podría ejecutar una prueba piloto en la estación EEFAS en la
que se experimentaran en campo los resultados teóricos obtenidos. También se podría estudiar más
a fondo el verdadero consumo de las plantas de nutrientes provenientes de fuentes orgánicas, como
ser el efluente líquido de tambo. Por otro lado se podrían monitorear las propiedades fisicoquímicas
del suelo, tras las aplicaciones de efluente de tambo, a través del tiempo.
s
Luego del análisis realizado en este trabajo, se considera que la alternativa de aplicación del efluente
al terreno más adecuada, es la estercolera; debido a que se adecua al tamaño del establecimiento,
a las posibilidades económicas actuales del establecimiento, no requiere inversión, no es necesaria
capacitación previa para el uso del equipamiento, pues ya están familiarizados con el mismo.
t
Bibliografía Acosta, L., Lucas, C., 2016. Caracterización de la cuenca del Arroyo San Antonio, Salto: s.n.
Ministerio de Agricultura., 2005. Manual de Hidrometría. CONVENIO MARCO DE COOPERACI
CONVENIO INTERINSTITUCIONAL INRENA - UCPSI, p. 28. [En Línea]
Available at: https://sistemanid.com/Manualdehidrometria...
Azevedo Netto, J.M., Fernández y Fernández, M., de Araujo, R., Eiji Ito, A. 1998. Manual de
Hidráulica. Edgard Blücher Ltda. Ed. San Pablo. 334p
Agroveterinaria, 2017. Costo de la geomembrana impermeable [Entrevista] (19 11 2017).
Allen, R., Pereira, L., Raes, D. & Smith, M., 1998. FAO-56. Evapotranspiración del cultivo. ESTUDIO
FAO RIEGO Y DRENAJE 56, p. 7.
ANCAP, 2018. ANCAP. [En línea]
Available at: ancap.com.uy
[Último acceso: 11 01 2018].
APHA, 2012. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 22nd ed.
Washington, USA.: Public Health Asociation.
Blanco, C. N., 2017. Horizontes del suelo en EEFAS.. (Trabajo inédito).
CONAPROLE, IMFIA, DINAMA, 2008. Guía de gestión integral de aguas en establecimientos
lecheros. ed. Montevideo, Uruguay: CONAPROLE, IMFIA, DINAMA.
cuevadelcivil, s.f. MÉTODO DEL MOLINETE HIDROMÉTRICO. [En línea]
Available at: http://www.cuevadelcivil.com/2011/02/metodo-del-molinete-
hidrometrico.html?m=0
Dairy NZ, 2012. Farm Dairy Effluent (FDE) Systems Planning the right system for your farm. pp. 1-
32. . [En línea]
Available at: http://effluentaccreditation.co.nz/wp-content/uploads/2014/10/Farm-Dairy-
Effluent-Systems-Planning-the-right-system-for-your-farm2.pdf
DairyNZ, 2015. Effluent Technical Note Dairy Effluent Treatment Systems. [En línea]
Available at: https://www.dairynz.co.nz/media/2150124/dairy-effluent-treatment-systems-
technote.pdf
[Último acceso: 07 Diciembre 2017].
Dubosc, G., 2017. Ingeniero Agrimensor [Entrevista] (10 12 2017).
Fernández, M., 2018. Vendedor, GIANNI S.A. [Entrevista] (16 01 2018).
Franco Salas, A.; Pérez Urrestarazu, L.., 2008. ocwus.us.es. [En línea]
Available at: http://ocwus.us.es/ingenieria-agroforestal/hidraulica-y-
riegos/temario/Tema%207.%20Bombas/tutorial_07.htm.
[Último acceso: 21 01 2018].
u
Gandarilla, E., 1988. Empleo del estiercol vacuno para mejorar un suelo improductivo de la
provincia de Camaguey, Cuba., Budapest: Instituto de Investigaciones para las Ciencias del Suelo y
la Agroquímica de la Academia de Ciencias de Hungría..
GEDAR, 2017. www.gedar.com. [En línea]
[Último acceso: 10 12 2017].
Hill, M., 2017. Ing. Agr. Msc. Directora General de Recursos Naturales [Entrevista] (21 Febrero
2017).
Houlbrooke, D., 2015. Efluentes de tambo: una mirada a Uruguay desde la experiencia de Nueva
Zelanda [Entrevista] (20 abril 2015). Available at:
http://www.inale.org/innovaportal/v/4008/4/innova.front/video-efluentes-de-tambo-una-
mirada-a-uruguay-desde-la-experiencia-de-nueva-zelanda.html
Houlbrooke, D., 2015. Manejo de efluentes de la lechería en Uruguay: resumen de los hallazgos y
recomendaciones para futuras mejoras., Montevideo, Uruguay: AGResearch. Available at:
http://www.inale.org/innovaportal/file/4187/1/manejo-de-efluentes-de-la-lecheria-en-
uruguay.pdf
Imhoff,S.; CARRIZO, M.E. ; MARTEL, R. ; LOTTO, V.; ZEN, O 2014. Efluentes líquidos de tambo:
efectos de su aplicación sobre las propiedades físicas de un argiudol. Ciencia de suelo, 32(2): 177-
187.
Inc., S., s.f. FlowTracker® Handheld ADV® Technical Manual Firmware Version 3.3 Software Version
2.20 , s.l.: s.n.
Lucero, L., 2016. Las distintas categorías de fertilizantes nitrogenados disponibles para el sector
cañero., Mexico: Luciano Lucero.
Maccaferri, 2012. Especificaciones técnicas MACLINE PCV 1 mm. Feb12 ed. México: Maccaferri.
Martin, E. C., 2010. Métodos para médir la humedad del suelo para la programación del riego
¿Cuándo?. Arizona Cooperative Extension, Issue AZ1220S, p. 8.
Metcalf&Eddy, 2003. Wastewater Engineering. 5th ed. England: McGraw-Hill.
Ministerio de Ganadería, Agricultura y Pesca, MGAP, 2017. CEBRA. [En línea]
Available at: http://www.cebra.com.uy/renare/
[Último acceso: 10 10 2018].
Ministerio de Ganadería, Agricultura y Pesca, MGAP, 2018. Descripción de Grupos de Suelos
CONEAT. En: Montevideo, Uruguay.: MGAP.
Ministerio de Ganadería Agricultura y Pesca, MGAP, 2018. CEBRA. [En línea]
Available at: http://www.cebra.com.uy/renare/mapa/cartas-de-suelos/
Moltini, C., 2017. Director de EEFAS [Entrevista] (20 11 2017).
NGA, 2013. NGA Electrobombas centrífugas con rodete abierto. Madrid, España: Pedrollo (R).
v
North Carolina Public Health, 2010. Hoja Informativa Sobre el Agua de Pozos #3 Las Bacterias
Coliformes, North Carolina, USA: División de Salud Pública de Carolina del Norte. Available at:
https://epi.publichealth.nc.gov/oee/docs/Las_Bacterias_Coliformes_WellWaterFactSt.pdf
Obras Sanitarias del Estado, OSE, 2006. Norma Interna de Calidad de Agua Potable. Montevideo,
Uruguay: Administración de OSE.
Poder Ejecutivo, 1979. Decreto 253/79. IMPO (Diario Oficial), pp. 1-14.
Saravia,. C., 2017. Boletín Agrometeorológico Mensual de la EEFAS (Inédito), Salto, Uruguay.
Sawchik, J.2012. Necesidades de riego en cultivos y pasturas. IN: Riego en cultivos y pasturas. 2do
Seminario Internacional, ed. Salto,Uruguay: Grupo de desarrollo del riego, Fac. de Agronomía,
INIA, PROCISUR, FONTAGRO. pp 57-68
Sosa, N; Orcellet, J.M.; Gambaudo, S.; Minetti, I..2013. Uso de efluente de tambo en la producción
de maíz para silo. INTA EEA Rafaela, p. 2. [En línea]
Available at::https://www.forratec.com.ar/manuales/pdfs/120-20160826203204-pdfEs.pdf
Sultenfuss, J.H.; Doyle, W, J. 1999. Functions of phosphorus in Plants. Better Crops with plants
food. Phosphorus for agriculture LXXXIII(1): 6.
UNIT, 2008. 833:2008. En: UNIT, ed. Agua Potable - Requisitos. Montevideo, Uruguay.: UNIT
(Instituto Uruguayo de Normas Técnicas), pp. 1-19.
USDA, 2017. Crop Nutrient Tool. [En línea]
Available at:
https://plants.usda.gov/npk/DisplayCrops?sflag=common&source=html&croptype=Forage&searc
hstring=&submit_crop_type=View+Crop+List
[Último acceso: 03 Enero 2018].
UTE, 2017. Pliego Tarifario, Montevideo, Uruguay: UTE, Subgerencia Análisis Tarifario.
Velázquez, 2012. Comparación del cañón viajero contra el cañón estacionario en riego por
aspersión. Tesis, p. 30.
Yepes, V.; Martí, J.V., 2017. Punto de funcionamiento de una bomba hidráulica. En: Máquinas,
cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de Valencia. Ref.
814. Valencia, 210 pp
w
ANEXOS
ANEXO 1: MATERIAL SUPLEMENTARIO: REFERENCIA DE UNIDADES UTILIZADAS:
Abreviación Unidad
mm Milímetros
m Metros
m2 Metros cuadrados
m3 Metros cúbicos
ha Hectárea/hectáreas
L Litros
s Segundos
mca metro de columna de agua
kW kilo Watt
kg Kilogramo
mg Miligramo
µg Microgramo
Año Año/años
d Día/días
h/hs Hora/horas
$ Pesos uruguayos
U$D Dólares Americanos
x
ANEXO 2:
SUGERENCIAS PARA OPEAR LOS SISTEMAS PROPUESTOS
Lista de tareas a chequear antes del ordeñe
Verificar que se encuentre limpia la reja de entrada al sistema.
Verificar que el cañón se encuentre en la posición correcta para el siguiente turno de riego.
Humedecer previamente la pre-playa.
Reducir el ruido en la sala de ordeñe y ser considerado con los animales, así eliminarán
menos heces.
Hacer uso responsable del agua, cerrar mangueras que no se estén utilizando.
Luego del ordeñe barrer con el escobillón antes del lavado de la pre-playa y playa.
¿Es necesario encender la bomba o el agitador? Contar los días que hace, que no llueve.
Si hace más de 2 días que no llueve (dependiendo del criterio seleccionado) entonces se
puede regar. Presionar el botón de <regar> en el controlador del PLC.
Si hace menos de 2 días que no llueve (dependiendo del criterio) entonces no se puede regar.
Presionar el botón: <recircular>.
Consultar todos los días el Plan de aplicaciones, para saber qué parcela corresponde regar.
y
Antes de efectuar las aplicaciones:
Recorrer la parcela observando y escuchando. No se debe efectuar aplicaciones en los siguientes
casos:
Hay agua encharcada: NO se debe
regar.
Se puede ver o escuchar agua o barro al
pisar: NO se debe regar.
Al amasar el suelo se pueden formar
rollitos”, se encuentra pegadizo, o al
apretarlo libera agua.
z
Es importante tener en cuenta para el pastoreo:
Aplicar el efluente en suelo con barbecho, hasta 30 días antes de la nueva siembra.
Si supera los 30 días antes de la nueva siembra, y aplica efluente de todos modos, corre el riesgo
de contaminar con patógenos fecales toda la cosecha, lo que podría contaminar sus animales
posteriormente.
No debe aplicar en la parcela sembrada.
Pastorear únicamente la parcela sembrada.
No debe pastorear la parcela con aplicaciones, de lo contrario corre el riesgo de contaminar los
animales con patógenos fecales que podrían también contaminar la leche posteriormente.
Evite la circulación de ganado sobre suelo húmedo, para no favorecer la erosión de su suelo, ni
disminuir la productividad.
aa
PROBLEMAS FRECUENTES:
Fuente: DairyNZ © 2015.
¿Puedo ver un problema? ¿Qué puedo hacer?
Pequeños charcos o estancamientos que no
desaparecen en poco tiempo.
Dígale a su superior, pueden existir
problemas
de drenaje en la parcela.
Grandes charcos, estancamientos o lodos se
mantienen por varias horas sobre la pastura.
Pare el riego y dígale a su superior.
Problemas importantes de drenaje o
en frecuencia de riego.
Mala conexión entre mangueras, se puede ver
espuma o barro en el lugar.
Pare el riego, reconecte, evaluar si es
necesario
realizar reemplazos.
Pérdidas en la tubería, el efluente queda
encharcado en la parcela
Pare el riego, arregle temporalmente
la pérdida,
considere sustitución.
¿Puedo ver un problema? ¿Qué puedo hacer?
Se pierde agua por drenajes, zanjas o hacia cursos
de agua.
Pare el riego, y comuníquele al
superior.
Mueva el dispositivo hacia otro lugar.
bb
Laguna de almacenamiento
La siguiente sección muestra los posibles problemas que pueden surgir con el estanque de
almacenamiento de efluentes. Hágase consciente de estos y de las acciones requeridas de cada
problema.
Mantenga el nivel de efluente en el estanque de almacenamiento tan bajo como sea posible:
• Para tener espacio de almacenamiento si tiene algún percance en el sistema de tratamiento,
posibles lluvias o si está demasiado ocupado para regar.
• Regar siempre que las condiciones sean correctas, no espere hasta que el estanque esté lleno.
• Compruebe que haya suficiente espacio de almacenamiento antes de cada ordeñe.
Muéstrele a su superior estas zonas
Dígale a su superior
Pasto o una costra sólida en la superficie
indica demasiados sólidos.
Dígale y muéstrele a su superior
donde se encuentra, verifique que no
existan problemas de seguridad.
Grietas o fallas en las paredes de la laguna.
No produzca más efluente, pare
el ordeñe, comuníquele a su superior.
El nivel del efluente en la laguna se
encuentra en el máximo
¿Puedo ver un problema? ¿Qué puedo hacer?
Áreas húmedas o más verdes cercanas a la laguna
pueden indicar filtraciones.
cc
Verifique la condición de los
hidrantes
1. Hidrantes
Reemplace las boquillas una vez
al año
3. Boquillas
Mantenimiento – Semestral
En la impulsión
En el cañón
En tuberías, mangueras y boquillas
Aceite, limpie y chequee
sellos e impulsores
1. Bomba
Haga circular agua limpia por
tuberías y dispositivos de riego.
3. Limpieza
Verifique que la presión en la
bomba se la ideal
2. Presión
Verifique que la presión en la
parcela sea la ideal
2. Presión
Revise estado de las uniones de
las tuberías y mangueras
2. UnionesRecolecte la basura cerca o en el
desarenador y/o estercolera
1. Basura
dd
1. Retire la cobertura de sólidos de la superficie con
máquina retroexcavadora. Tener cuidado porque al
hacerlo puede existir emanación de gases.
2. Revuelva la laguna para mezclar los sólidos antes del
vaciado.
3. Nunca vacíe la laguna por completo.
4. Tener cuidado de no dañar el fondo o paredes de la
laguna en el vaciado, o el mismo revestimiento.
5. El lodo de la laguna contiene más nutrientes que el
efluente aplicado, tenga un plan de manejo del lodo.
6. Repare cualquier daño causado a la laguna antes de
comenzar a utilizarla nuevamente.
1. Limpieza de la laguna
Mantenimiento – Anual
En laguna de almacenamiento
ee
ANEXO 3: CARPETA DE PLANOS
1- Planta general de instalaciones y curvas de nivel cada 1 m.
2- Planta de ordeñe, instalaciones existentes.
Ficha 1 – Flujo de caudal en la planta de ordeñe.
Ficha 2 – Flujo de nitrógeno en la planta de ordeñe.
Ficha 3 – Flujo de fósforo en la planta de ordeñe.
3- Tramo conducción por gravedad existente.
4- Tramo conducción por gravedad diseñado.
5- Sedimentador primario, cámaras de inspección.
6.1- Laguna de almacenaje diseñada, cortes W-E.
6.2- Laguna de almacenaje diseñada, cortes N-S.
7.1- Laguna de almacenaje diseñada, descarga a laguna.
7.2- Laguna de almacenaje diseñada, vertedero de máximas.
7.3- Laguna de almacenaje diseñada, obra de toma.
7.4- Laguna de almacenaje diseñada, estación de bombeo.
Ver archivo adjunto.
