¿Cuánta agua necesita realmente un cultivo? ET0, Kc y el dimensionamiento del bombeo solar en reversa

La respuesta corta: el cultivo pide en milímetros por día, el catálogo de bombas responde en metros cúbicos por hora, y el único puente honesto entre ambos es una fórmula de dos líneas — ETc = ET0 x Kc. El clima da la demanda de referencia ET0; el cultivo la multiplica por su coeficiente Kc; y el sistema de riego desperdicia después una fracción conocida de todo lo que la bomba eleva. Dimensionar una bomba solar por costumbre o por el hardware del vecino casi siempre produce lo mismo: un sistema sobredimensionado para casi toda la campaña y insuficiente para la única semana que decide el rendimiento — el pico de plena campaña. Esta guía recorre la conversación al revés, del cultivo hacia el número de modelo, con cada cifra con fuente y cada bomba verificada contra el catálogo en línea.

El desajuste de unidades es todo el problema. La agronomía habla en milímetros — una unidad limpia e independiente del área: 1 mm sobre 1 hectárea son exactamente 10 metros cúbicos. La ingeniería de bombas habla en metros cúbicos por hora a una altura manométrica total dada. Ninguna hoja de datos de una bomba menciona milímetros, y ninguna tabla de cultivos menciona metros de altura, así que las dos mitades del proyecto se compran por separado y esperan encontrarse en el campo. Se encuentran demasiado a menudo en el error: el productor que instaló para el julio medio y se topó con un agosto extremo; el bloque de surcos que exigió en silencio un cincuenta por ciento más de agua que el diseño de goteo al que sustituyó.

ET0: lo que el cielo exige

La evapotranspiración de referencia ET0 es el consumo de agua de una superficie de hierba corta estándar bajo el clima local — calculada por el método Penman-Monteith de la FAO-56 a partir de temperatura, humedad, viento y sol. Es la sed del cielo, antes de sembrar nada. Valores diarios típicos por clima:

Los valores locales provienen de los servicios de agrometeorología y de los distritos de riego, que los publican a diario en la mayoría de zonas regadías; donde no hay estación cerca, las estimaciones satelitales mensuales (NASA POWER entre otras) cubren cualquier coordenada del planeta. El número de dimensionamiento es el del mes pico, no el promedio anual — la misma disciplina del peor mes que nuestra guía de África aplica al sol se aplica con el doble de razón al agua del cultivo, porque la sed del cielo y el suministro del sol oscilan juntos a lo largo de la campaña.

Kc: el multiplicador del cultivo, y por qué importa su forma

Cada cultivo escala la ET0 con un coeficiente Kc que sigue sus etapas de crecimiento — inicial, desarrollo, plena campaña y maduración. Los valores estándar FAO de coeficiente único para condiciones de buen manejo:

Las campañas completas abarcan rangos amplios — trigo 120–150 días, maíz 125–180, tomate 135–180, cebolla 150–210, algodón 180–195 — y la etapa de plena campaña cae en las semanas más calurosas de un cultivo de siembra primaveral, que es exactamente la trampa: el pico de Kc multiplica el pico de ET0. Un tomate de plena campaña en un valle árido cálido: 7,0 x 1,15 = 8,05 mm/día — y ese único producto es el verdadero número de diseño de la bomba.

La forma importa tanto como el pico. La cuenta de agua de esa misma hectárea de tomate (siembra en primavera, clima árido, 135 días):

La campaña bebe en total unos 7.900 metros cúbicos por hectárea — pero la bomba se dimensionó para la semana de 8,05 mm/día. Las etapas inicial y final corren a menos de la mitad del ritmo pico, y ahí está la oportunidad callada escondida en la cuenta: una sola bomba puede servir dos bloques cuyos picos de plena campaña no coinciden (un trigo de primavera y un bloque de hortalizas de verano, por ejemplo), con un tamaño que no es la suma de ambos picos.

De milímetros a un punto de trabajo: la conversión en cinco pasos

1. Demanda del cultivo. ETc = ET0 (mes pico) x Kc (plena campaña). Tomate en el valle cálido: 7,0 x 1,15 = 8,05 mm/día.
2. Volumen neto. 1 mm sobre 1 hectárea = 10 m³. Una hectárea: 8,05 x 10 = 80,5 m³/día netos.
3. Volumen bruto. Dividir por la eficiencia de aplicación del sistema (siguiente sección). Goteo al 90 por ciento: 80,5 / 0,90 = 89,4 m³/día que la bomba debe elevar de verdad.
4. Caudal de la bomba. Dividir por las horas efectivas de bombeo — nuestra convención de diseño es una jornada solar de 5,5 horas: 89,4 / 5,5 = 16,3 m³/h por hectárea.
5. Modelo y generador. Poner ese caudal contra la altura manométrica total sobre una curva real de bomba; dimensionar el generador a 1,3 veces la potencia de la bomba o más (la aritmética de esa regla vive en nuestra guía de vatios).

Cada paso es pequeño; la disciplina está en la cadena. Saltarse el paso 3 y habrás comprado una bomba para el agua que el sistema desperdiciará; saltarse el paso 4 y habrás supuesto una bomba que trabaja 24 horas, cosa que ninguna bomba solar hace.

Eficiencia de aplicación: tres facturas de agua para un mismo cultivo

Las eficiencias de aplicación indicativas de la FAO son estables a lo largo de sus manuales de riego: alrededor del 60 por ciento para el riego superficial (surcos y melgas), 75 para el aspersión y 90 para el goteo, en sistemas razonablemente bien diseñados y manejados. La misma hectárea de tomate tiene, pues, tres facturas:

El surco paga un cincuenta por ciento más que el goteo por el mismo cultivo — y esa diferencia no se paga en el contador de agua, sino en el de la bomba, en el del generador y en el del pozo. Convertir un bloque de riego superficial a goteo es, entre otras cosas, una decisión de reducción de bomba; la lógica completa del diseño está en nuestra guía de goteo. (Los rangos de la FAO son honestos: un esquema de surcos mal manejado rinde peor que el 60 por ciento, y uno bien manejado lo supera — por eso la cuenta usa los valores estándar y la prueba de recepción mide los reales.)

Cada cuánto y cuánto: la profundidad radicular fija el intervalo

Entre riegos, el cultivo vive del agua almacenada en su zona radicular. Dos números de la FAO-56 fijan el calendario: la profundidad radicular máxima y la fracción de agotamiento p (la parte de agua disponible que el cultivo puede gastar antes de empezar a sufrir):

La aritmética del intervalo, para la hectárea de tomate en un franco (unos 150 mm de agua útil por metro de suelo): con raíz efectiva de 0,8 m, el agua total disponible ronda los 120 mm; el cultivo puede gastar el 40 por ciento sin estrés, o sea unos 48 mm de agua fácilmente extraíble; a 8,05 mm/día, el intervalo seguro máximo es de seis días — y un diseño competente riega cada cuatro días, aplicando unos 32 mm (320 m³ por hectárea) con margen. El maíz en ese mismo suelo, con casi el doble de raíz y una p de 0,55, carga con unos 100 mm fácilmente extraíbles y puede esperar una semana o más.

Esta tabla explica por qué los cultivos de raíz somera — la cebolla sobre todo — son duros con los sistemas pequeños: piden dosis pequeñas y frecuentes, y eso convierte el depósito, la distribuidora y la lógica del flotador en piezas tan importantes como la propia bomba. El amortiguamiento está en nuestra guía de depósitos; la consecuencia para el dimensionamiento reaparece en los diseños de abajo.

La escalera de modelos, leída en hectáreas de tomate de goteo

La misma escalera que recorre todas las guías de este sitio, leída aquí con lentes de calendario de riego — tomate de goteo a altura moderada, unos 16 m³/h por hectárea en el pico de plena campaña:

Léase la columna con la sección de eficiencia en mente: el mismo modelo sirve más hectáreas de goteo que de surco, más hectáreas de maíz de raíz profunda que de cebolla somera — y aún más cuando dos cultivos lo comparten con picos escalonados.

Dos diseños completos

Un cuarto de hectárea de tomate desde un sondeo somero. Valle árido cálido, 2.500 m² de tomate en goteo, nivel dinámico 24 m, depósito elevado 5 m, fricción 3 m, presión de goteo 9 m: altura total 41 m. Demanda en el pico: 8,05 mm/día x 2.500 m² = 20,1 m³/día netos; el goteo al 90 por ciento lo lleva a 22,4 m³/día brutos; en una jornada de 5,5 horas son 4,1 m³/h a 41 m. La 4DSC9.5-90-110-1500 (1.500 W, 110 V) entrega unos 6,4 m³/h a esa altura — deliberadamente más que el punto de trabajo, porque el excedente es el calendario: la bomba termina el bloque a primera hora de la tarde y llena con el resto un depósito de equilibrado de 20 m³, y en los días nublados baja por su curva y aun así cubre el bloque. El generador son cuatro módulos de 550 W (2.200 W frente al suelo de 1.950 W). El evento de cuatro días pide 80 m³ — unas tres horas y media de bombeo de un día pleno — así que en el mes pico el sistema trabaja casi sin pausa y en las semanas intermedias descansa un día de por medio. La variante económica es la 3DSC6-60-48-750 de 750 W con más depósito y una tarde más lenta; la aritmética de arriba te dice exactamente qué cuesta ese cambio en riesgo de estrés hídrico.

Dos hectáreas en el mismo valle. El mismo cielo, el mismo cultivo, ocho veces la superficie: 161 m³/día netos, 179 m³/día brutos, 32,5 m³/h a 40 m de altura (nivel dinámico 22 m, elevación 5 m, fricción 4 m, goteo 9 m). La potencia hidráulica en el punto de trabajo ronda los 3.500 W, que con una eficiencia realista del sistema completo es una entrada de 7 kW — la 6DSC65-85-380/520-7500-A/D (7.500 W, 65 m³/h nominales a 85 m máximo) lleva el punto con holgura en la parte fuerte de su curva. Veinte módulos de 550 W suman 11.000 W frente al suelo de 9.750 W, y aguantan la velocidad plena en tardes de bruma. El agua pasa a un embalse de 400 m³ (algo más de dos días pico de colchón) y a la distribuidora directamente durante las horas de sol; el evento de cuatro días son 640 m³. Y aquí el sufijo A/D se gana su sueldo: en las dos o tres semanas verdaderamente pico, las horas de tarde de red o generador llenan el embalse sin tocar el generador solar — redundancia por hora en vez de por campaña. Para seguir escalando hasta ocho o diez hectáreas de baja altura está la clase 8DSC150, el nivel cooperativo de la escalera.

Cinco maneras de falsear la cuenta

1. Dimensionar con el promedio de campaña en vez del pico de plena campaña. El promedio esconde justo la semana en que el cultivo muere. Los promedios son para la cuenta anual del agua; los picos, para la bomba.
2. Saltarse la eficiencia. La demanda neta es del cultivo; la bruta, de la bomba. Confundirlas en surco deja el sistema un cuarenta por ciento pequeño.
3. Tomar el Kc de la etapa equivocada. El coeficiente inicial (0,3 a 0,7) aplicado toda la campaña subestima el pico a la mitad. El cultivo del vecino en marzo no es el tuyo en julio.
4. Ignorar el intervalo. Una bomba dimensionada sin la regla de la raíz ahoga el bloque tras un secadero largo y lo deja pasar hambre antes del siguiente — la muerte clásica de la cebolla, y el motivo por el que el depósito forma parte de la decisión de bomba.
5. Olvidar que el cielo oscila. La ET0 del peor mes puede ir muy por encima del promedio anual en climas áridos — la misma disciplina del peor mes que nuestras guías de África y de inclinación aplican al sol debe aplicarse a la sed, y aterriza en la misma bomba.

La lista de compra, en orden

1. Consigue la ET0 del mes pico para tu ubicación en el servicio meteorológico, el distrito de riego o un conjunto de datos satelital. Un número.
2. Consigue el Kc de plena campaña del cultivo en la tabla FAO de arriba. Multiplica: esa es la demanda de diseño en milímetros por día.
3. Elige el sistema de aplicación — goteo, aspersión o superficial — y divide por su eficiencia. Ese es el volumen bruto diario.
4. Divide por la jornada solar (diseña con 5,5 horas efectivas) para obtener el caudal de trabajo en m³/h.
5. Suma la aritmética del intervalo: profundidad radicular, fracción de agotamiento, tamaño del depósito. Fija cuántos días abarca un riego y cómo se amortigua el agua.
6. Pon el caudal de trabajo contra la altura manométrica total sobre una curva real de bomba — la escalera de modelos de arriba está ordenada para que la lista corta sea obvia.
7. Dimensiona el generador a 1,3 veces la potencia de la bomba o más, y verifica la ventana de tensión del controlador contra la serie (esa aritmética está en nuestra guía de diseño de generadores).
8. Escribe el calendario: el intervalo, el volumen por evento, los turnos y el plan para la semana pico — porque el calendario es justamente lo que la bomba se compró para sostener.