Preparación de soluciones fertilizantes sobre la

Preparación de soluciones fertilizantes sobre la base de fertilizantes
sólidos en condiciones de campo
M. Lupin (1) , H. Magen (2) and Z. Gambash (1)
(1) IMI, Central Institute for Research and Development Ltd., ICL. (2) ICL Fertilizers
.
Publicado en Revista Internacional de Agua y Riego, Vol 19, No3, 1999
Resumen
El objetivo de este trabajo fue examinar la preparación de soluciones fertilizantes mixtas sobre la base de
fertilizantes sólidos económicos disponibles en el mercado. Dichas soluciones fueron preparadas simulando las
condiciones de campo, con facilidades limitadas y mezclado mínimo, tal como lo haría el agricultor en su propia
parcela.
Los fertilizantes examinados para la preparación de soluciones líquidas claras fueron: urea y sulfato de amonio
como fuentes de nitrógeno, ácido fosfórico como fuente de fósforo y FERTI-K (cloruro de potasio para fertirriego,
fabricado por Dead Sea Works Ltd.) como fuente de potasio.
Soluciones fertilizantes líquidas cristalinas NK, PK y NPK, con un contenido total de nutrientes N, P2O5 y
K2O de por lo menos 9-10%, fueron preparadas con un mezclado mínimo, utilizando agua a una temperatura inicial de
10°C, urea, ácido fosfórico y KCl. No pudieron obtenerse soluciones fertilizantes con alto contenido de nutrientes
utilizando sulfato de amonio y KCl, debido a la formación de sulfato de potasio.
Cuando fue utilizado ácido fosfórico, éste fue añadido primero al agua para aprovechar su calor de solución
positivo.
Soluciones cristalinas NK con las siguientes composiciones: 0-0-8, 4.9-0-4.9, 3.1-0-6.3, 2.7-0-8.1, 6.1-0-3.1 y
7.8-0-2.6 fueron preparadas con urea y cloruro de potasio con un mezclado mínimo; el pH de estas soluciones luego de
diluirlas fue entre 5 y 7.
Soluciones cristalinas NPK con las siguientes composiciones: 0-6.3-6.3, 0-3.7-7.4, 0-3.2-9.6, 0-7.4-3.7, 3.6-3.63.6, 2.7-2.7-8.1, 2.7-5.4-2.7, 2.5-5.1-10.1, 7.4-2.5-2.5 and 5.1-1.7-5.1 fueron preparadas con urea, ácido fosfórico y
cloruro de potasio con un mezclado mínimo; el pH de estas soluciones luego de diluirlas fue entre 3 y 4.
El pH del agua utilizada para preparar las soluciones tuvo muy poco efecto sobre el pH final de las soluciones.
1
Introducción
La fertirrigación consiste en la aplicación de fertilizantes sólidos o líquidos a través de sistemas de riego a
presión, creando así una solución nutritiva de riego. Los fertilizantes sólidos pueden ser simples (por ejemplo: urea,
KCl) o compuestos (mezcla de fertilizantes multi-nutrientes, como por ejemplo la serie de fertilizantes compuestos
‘Haisol’). Los fertilizantes líquidos contienen uno o varios nutrientes, pero debido a la solubilidad, la concentración
total de nutrientes es mucho menor.
En Israel, los fertilizantes son aplicados por diferentes métodos (1,2), incluyendo la técnica de preparación de
soluciones madre. En esta técnica, los agricultores mezclan fertilizantes sólidos como sulfato de amonio, urea, cloruro
de potasio, nitrato de potasio y ácido fosfórico líquido para preparar soluciones madre “a medida”. La solución madre es
inyectada dentro del sistema de riego, a una tasa de 2-10 litros por 1 M3 de agua, dependiendo de las concentraciones
deseadas de N, P y K.
Los fertilizantes nitrogenados son altamente solubles (3) y contienen un bajo porcentaje de residuos insolubles.
El ácido fosfórico blanco (líquido) es también adecuado para su aplicación directa, tomando medidas de seguridad
apropiadas. El uso de cloruro de potasio en fertirrigación es muy común en muchos cultivos: cítricos, banana, algodón,
maíz, frutales de hojas caducas, tomate a campo abierto, y muchos otros. En general, KCl es usado en todos los cultivos,
excepto en invernaderos y en palto. Una detallada revisión sobre KCl en fertirriego describe sus ventajas y limitaciones
(4).
Las guías para fertirriegación son suministradas como dosis de N, P2O5 y K2O y requerimientos hídricos a una
base diaria y por unidad de superficie. Estos datos son luego utilizados para los diferentes fertilizantes y métodos de
aplicación (5). No existen recomendaciones específicas para preparar soluciones fertilizantes a base de fertilizantes
sólidos en condiciones de campo. La falta de información sobre las proporciones a mezclar puede resultar en la
formación de precipitados debido a que se alcanzan concentraciones demasiado altas.
El costo de los fertilizantes para fertirriego varía mucho. Las fórmulas más caras son las que contienen varios
nutrientes, y las más baratas son las que contienen un solo nutriente, como urea y cloruro de potasio. No hay ninguna
evidencia científica para preferir fertilizantes sólidos o líquidos, por lo tanto los únicos factores que el agricultor debe
tomar en cuenta son la calidad, el costo, la facilidad de aplicación y la disponibilidad de fertilizantes.
El objetivo de este trabajo es la preparación de soluciones madre multi-nutrientes con fertilizantes solubles
simples, en condiciones de campo con mezclado mínimo.
Materiales y Métodos
Un sistema para la disolución de fertilizantes a temperatura fija y con mezclado mínimo fue utilizado para
determinar las concentraciones máximas de nutrientes que se pueden lograr en la solución final bajo estas condiciones.
El efecto del orden de adición de los fertilizantes fue examinado. Tambien se midió el tiempo necesario para alcanzar
una disolución total, y los cambios de temperatura durante la disolución de los fertilizantes. Las composiciones de las
diferentes soluciones K, NK, PK y fueron formuladas de acuerdo con las formulaciones más corrientes en uso.
Las soluciones fueron preparadas en un tanque de 150 ml revestido con un sistema de circulación de líquido
enfriante a una temperatura de 10°C. El volumen inicial de agua corriente fue de 100 ml. Cada fertilizante fue agregado
rapidamente y la solución fue mezclada por medio de un imán durante un minuto luego de la adición del fertilizante.
Cuando la temperatura de la solución disminuyó por debajo de la temperatura inicial debido a la adición del fertilizante
2
(como sucedió con el sulfato de amonio, urea y cloruro de potasio), la adición siguiente fue realizada solamente luego
de que la temperatura volvió a su valor inicial. Cuando la temperatura de la solución superó la temperatura inicial
debido a la adición del fertilizante (como sucedió con el ácido fosfórico), la adición siguiente fue realizada
inmediatamente a continuación luego del minuto de agitado. La turbidez y la densidad específica de las soluciones
fueron medidas en las soluciones finales, mientras que el pH y la conductividad eléctrica fueron medidas luego de
diluirlas 1:1000 con agua no ionizada.
La turbidez fue medida con un Turbidómetro Hach 2100P (6,7), el cual fue calibrado con un standard Hach
Formazin de 4000 NTU (Unidades de turbidez nefelométricas). Una turbidez de 15 NTU expresa un contenido de
aproximadamente 300 mg/litros de material insoluble en agua. El agua corriente utilizada para la preparación de las
soluciones tuvo las siguientes características: turbidez = 2.5 NTU, pH = 8.24, dureza total (Ca + Mg) = 80 ppm,
alcalinidad total (como HCO3) = 56 ppm y conductividad eléctrica = 0.9 dS/m. El pH y la conductividad del agua
corriente luego de su dilución a 1:1000 con agua no ionizada fue 7.98 and 0.0087 dS/m respectivamente. El pH del agua
no ionizada fue 6.1.
Los fertilizantes utilizados fueron: sulfato de amonio de Fertilizers & Chemicals, 21-0-0-24S (N, P2O5, K2O, S);
urea de Fertilizers & Chemicals, 46-0-0; FERTI-K, KCl para fertirrigación de Dead Sea Works, 0-0-61; y ácido
fosfórico blanco de Rotem Fertilizers, 0-69-0.
Resultados
Los resultados se presentan en laTabla 1, describiendo cuatro sets de soluciones con diferentes composiciones de
K, NK, PK y NPK. La concentración mínima para cada nutriente fue de 2.5% (N, P2O5, K2O). Las concentraciones
están dadas en unidades de peso/volumen, teniendo en consideración el incremento en el volumen sobre la disolución de
los fertilizantes.
Soluciones K
La concentración máxima de cloruro de potasio que pudo ser obtenida bajo las condiciones experimentales fue
de 0-0-8 (14% KCl), tomando aproximadamente 4 minutos para su disolución completa. La temperatura descendió
desde un valor inicial de 10°C hasta 4°C. Luego de la dilución de la solución final a 1:1000, el pH fue de 6.7 y la
conductividad de 0.22 dS/m (la conductividad del agua corriente luego de la misma dilución fue de 0.0087 dS/m).
Soluciones NK
Las soluciones examinadas tuvieron las siguientes fórmulas: 1-0-1, 1-0-2, 1-0-3, 2-0-1 y 3-0-1 (N-P2O5-K2O) y
los resultados se presentan en la Tabla 1. Se empleó sulfato de amonio o urea como fuente de nitrógeno. El orden de
adición y el agregado de cloruro de potasio fueron examinados. Las soluciones NK basadas en sulfato de amonio y
cloruro de potasio tuvieron bajas concentraciones debido a la formación de sulfato de potasio, el cual tiene una
solubilidad menor que los materiales utilizados. El orden de adición es importante: por ej. la solución 2.7-0-2.7 sobre la
base de sulfato de amonio pudo ser obtenida solamente cuando el cloruro de potasio fue agregado primero (no figura en
la Tabla 1). Una solución con concentración 4.9-0-4.9 fue obtenida solamente usando urea como fuente nitrogenada.
Soluciones con relaciones de 1-0-2, 1-0-3, 2-0-1 y 3-0-1 también pudieron ser obtenidas cuando el nitrógeno fue
aportado como urea, siendo preferible agregar la urea primero. Las concentraciones máximas obtenidas para esas
soluciones fueron 4.9-0-4.9, 3.1-0-6.3, 2.7-0-8.1, 6.1-0-3.1 y 7.8-0-2.6 respectivamente. Luego de diluir dichas
3
soluciones a 1:1000, los valores de pH variaron entre 5 y 7, y la conductividad entre 0.07 y 0.24 dS/m. El tiempo que
llevó hasta la disolución total fue entre 9 a 28 minutos, según la composición de la solución.
Soluciones PK
Las soluciones examinadas tuvieron relaciones N-P2O5-K2O de 0-1-1, 0-1-2, 0-1-3 y 0-2-1, y fueron
preparadas con ácido fosfórico de grado técnico y cloruro de potasio. Los resultados se presentan en la Tabla 1. Siendo
la disolución del ácido fosfórico una reacción exotérmica, su disolución provocó un aumento de la temperatura de la
solución de 2-3°C. Por lo tanto, la adición previa del ácido acortó el tiempo para la disolución del cloruro de potasio
agregado a continuación. En algunos casos, cuando el cloruro de potasio fue agregado primero y no se disolvió
completamente, su disolución se completó luego de la adición del ácido fosfórico. Las concentraciones máximas
obtenidas en las soluciones PK fueron: 0-6.3-6.3, 0-3.7-7.4, 0-3.2-9.6 y 0-7.4-3.7. Los valores de pH de dichas
soluciones luego de su dilución a 1:1000 fueron entre 2.7-3.4, mientras que las conductividades alcanzaron valores entre
0.35-0.45 dS/m. El tiempo necesario para alcanzar la disolución completa varió entre 2 a 16 minutos, según la
composición de las soluciones.
Soluciones NPK
Las soluciones examinadas tuvieron relaciones N-P2O5-K2O de 1-1-1, 1-1-3, 1-2-1, 1-2-4, 3-1-1 y 3-1-3. Fueron
preparadas con ácido fosfórico blanco de grado técnico, urea y cloruro de potasio. Los resultados se presentan en la
Tabla 1. La disolución exotérmica del ácido fosfórico aumentó de la temperatura de la solución de 2-3°C, reduciendo así
el tiempo de la disolución de los fertilizantes agregados a continuación. El orden de adición de la urea y del cloruro de
potasio varió según los casos. Las concentraciones máximas obtenidas en las soluciones NPK fueron: 3.6-3.6-3.6, 2.72.7-8.1, 2.7-5.4-2.7, 2.5-5.1-10.1, 7.4-2.5-2.5 y 5.1-1.7.5-5.1. Los valores de pH de dichas soluciones luego de su
dilución a 1:1000 variaron entre 3.1-4.3, mientras que las conductividades fueron entre 0.2-0.4 dS/m. El tiempo
necesario para alcanzar la disolución completa varió entre 4 y 20 minutos, según la composición de las soluciones.
Las concentraciones máximas obtenidas para las diferentes composiciones presentadas anteriormente están
resumidas en la siguiente tabla:
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Tabla 1. Concentraciones máximas y características de las soluciones fertilizantes preparadas a 10°C.
Relación
N-P2O5-K2O
K
0-0-1
NK
1-0-1
1-0-2
1-0-3
2-0-1
3-0-1
PK
0-1-1
0-1-2
0-1-3
0-2-1
NPK
1-1-1
1-1-3
1-2-1
1-2-4
3-1-1
3-1-3
Composición
(peso/volumen)
Materiales
(según el orden de adición)
Turbidez
(NTU)
Gravedad
específica
pH
(1:1000)
Conductividad
(1:1000, dS/m)
Ferti-K
12.2
1.06
6.7
0.22
Urea/Ferti-K
Urea/Ferti-K
Urea/Ferti-K
Urea/Ferti-K
Urea/Ferti-K
16.0
7.5
8.8
7.5
15.3
1.07
1.07
1.09
1.05
1.08
6.2
5.4
5.1
4.8
5.1
0.16
0.19
0.24
0.09
0.07
0-6.3-6.3
0-3.7-7.4
0-3.2-9.6
0-7.4-3.7
H3PO4/Ferti-K
H3PO4/Ferti-K
H3PO4/Ferti-K
H3PO4/Ferti-K
3.2
8.4
7.1
3.0
1.09
1.11
1.12
1.09
2.7
3.3
3.4
2.7
0.45
0.35
0.36
0.41
3.6-3.6-3.6
2.7-2.7-8.1
2.7-5.4-2.7
2.5-5.1-10.1
7.4-2.5-2.5
5.1-1.7-5.1
H3PO4/Urea/Ferti-K
H3PO4/Urea/Ferti-K
H3PO4/Urea/Ferti-K
H3PO4/Urea/Ferti-K
H3PO4/Urea/Ferti-K
H3PO4/Urea/Ferti-K
5.4
5.0
4.0
4.3
6.8
8.3
1.08
1.11
1.08
1.14
1.07
1.08
3.3
3.6
3.1
4.3
4.3
3.7
0.30
0.36
0.38
0.49
0.20
0.22
0-0-7.9
4.9-0-4.9
3.1-0-6.3
2.7-0-8.1
6.1-0-3.1
7.8-0-2.6
Efecto del pH del agua
El efecto del pH del agua fue examinado en las soluciones de cada fertilizante por separado. El valor del pH del
agua corriente utilizada para la preparación de las soluciones fue 8.2, y el pH de las soluciones finales se encuentra en la
Tabla 1. Para examinar el efecto de agua más ácida, el agua corriente fue acidificada a pH 6 agregando HCl. Se
prepararon con dicha agua soluciones de cloruro de potasio, sulfato de amonio, urea y ácido fosfórico, y se midió el pH
de dichas soluciones luego de diluirlas a 1:1000. Los valores de pH resultaron similares a las diferentes soluciones K,
NK, PK y NPK, teniendo las soluciones de cloruro de potasio, sulfato de amonio y urea un pH de 6-6.5. La solución de
ácido fosfórico tuvo un pH de of 3.5.
Pruebas a gran escala
Con el objetivo de confirmar los resultados anteriores, se llevaron a cabo dos pruebas a gran escala en nuestro
laboratorio en Beer-Sheva. Dos soluciones, NK 3-0-9 y NPK 4-4-4 fueron preparadas de la siguiente manera: un tanque
fue llenado con 100 litros de agua corriente a una temperatura de 15°C, y los fertilizantes fueron agregados rápidamente,
mezclando mínimamente con un palo largo. En la solución NK, primero se agregó la urea, se mezcló por un minuto y a
continuación se agregó el cloruro de potasio. La disolución completa se alcanzó a los pocos minutos, a pesar de que la
temperatura disminuyó en 10°C. En la solución NPK, primero se agregó el ácido fosfórico, luego la urea y por último el
cloruro de potasio, mezclando mínimamente con el palo luego de cada adición. La temperatura de la solución aumentó
inicialmente, y luego de la adición de la urea y del cloruro de potasio, la temperatura bajó unos 4°C.
5
Discusión
Los resultados presentados en este trabajo muestran que se puede preparar una gran variedad de soluciones
cristalinas de K, NK, PK y NPK sobre la base de urea o sulfato de amonio, ácido fosfórico y cloruro de potasio,
alcanzando una concentración total de nutrientes (expresada en unidades de N, P2O5 y K2O) de por lo menos 8-10%. El
uso de sulfato de amonio en soluciones con KCl resulta en soluciones de baja concentración debido a la formación de
sulfato de potasio menos soluble. Soluciones NK o NPK de alta concentración pueden ser logradas solamente utilizando
urea como fuente de nitrógeno.
El calor de solución del sulfato de amonio, urea y cloruro de potasio es negativo (reacción endotérmica), por lo
tanto su disolución provoca un enfriamiento considerable. Por otro lado, el calor de solución del ácido fosfórico es
positivo (reacción exotérmica), resultando así en un aumento de la temperatura. Esta conducta exotérmica del ácido
fosfórico puede ser aprovechada añadiéndolo primero, previamente al agregado de urea o cloruro de potasio.
La concentración total de las soluciones fertilizantes no depende del orden de adición, pero la cinética de la
disolución es afectada debido a llos diferentes calores de la solución, especialmente en el caso de mezclado mínimo.
El pH (1:1000) de las soluciones K y NK están en el rango de 5-6, mientras que las soluciones sobre la base de
ácido fosforico tienen un pH de 3-4. El pH de las soluciones fertilizantes es afectado ligeramente por el valor del pH del
agua, manteniéndose los valores de pH mencionados anteriormente para aguas con pH 6 o 8.
Por ejemplo, la aplicación de 2 litros de una solución madre 1-1-1 (3.6-3.6-3.6) a 1M3 de agua de riego, dará
una concentración de 72 ppm de N, P2O5 y K2O.
Conclusiones
• Soluciones fertilizantes NK y NPK con altas concentraciones sobre la base deKCl, pueden ser preparadas unicamente
con urea como fuente de nitrógeno.
• Soluciones con una concentración total de nutrientes de 9-10% y hasta 17%, pueden ser preparadas mezclando urea,
ácido fosfórico y FERTI-K a 10°C.
• El pH del agua tiene un efecto pequeño sobre el pH final de las soluciones.
• El tiempo de disolución para las soluciones descritas en este trabajo con mezclado mínimo, tal como sucede en
condiciones a campo, es breve.
Referencias
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