Elaboración de una herramienta de formulación de fertilizantes líquidos foliares comerciales con 100% real de quelatamiento

Abstract

Los fertilizantes son sustancias empleadas para suplir a la planta con los nutrientes que no se encuentran disponibles en el suelo, y así llevar a cabo sus funciones. La absorción de micro elementos (Ca2+, Mg2+, Cu2+, Fe2+, Mn2+ y Zn2+) se favorece al utilizar agentes quelatantes que facilitan atravesar la cutícula de las plantas. La formulación de fertilizantes considera factores como: criterios de nutrición vegetal, interacciones entre nutrientes, temperatura de aplicación en el campo, entre otros. El proceso de producción de los mismos se basa en mezclar masas de materias primas en un tanque de mezclado, el cual contiene cierto volumen de agua. El proceso de producción es relativamente sencillo, pero la formulación de fertilizantes quelatados es un tema de difícil comprensión, por lo que usualmente se utilizan cantidades empíricas de quelatantes. Una formulación incorrecta implica excesos o falta del quelatante lo cual conlleva efectos sobre la economía de la empresa, plantaciones y el ambiente. Asimismo, a nivel internacional existen regulaciones que contemplan el etiquetado e información que se debe incluir. Sin embargo, en Costa Rica el sistema de etiquetado no exige que se indique el porcentaje quelatado, únicamente la concentración de nutrientes. Debido a esto, se decidió elaborar una herramienta que permita formular fertilizantes con la idea de garantizar 100 % de quelatamiento. Dicha herramienta tiene el propósito de ayudar tanto a los formuladores como al Ministerio de Agricultura y Ganadería como parte de sus labores de control, así como ayudar al usuario a evaluar la calidad de los productos. Para elaborar dicha herramienta se revisó la información consignada en las etiquetas de los fertilizantes foliares comercializados en el país, y se determinaron los ámbitos de concentración de los cationes Ca2+, Mg2+, Cu2+, Fe2+, Mn2+ y Zn2+. Para esto se realizó un inventario con diferentes fertilizantes foliares de venta en el país. Asimismo, se tomaron en cuenta parámetros como solubilidad de materias primas y equivalencia estequiométrica. Posteriormente, se utilizaron materias primas como fuente de los cationes (Ca2+, Mg2+, Cu2+, Fe2+, Mn2+ y Zn2+) y quelatantes (EDTA, ácido cítrico y glutamato) para determinar la solubilidad del complejo formado. Se determinó la pureza de estas materias primas mediante absorción atómica, titulación complejométrica y gravimetría. A la vez, se determinó la solubilidad en agua de las diferentes materias primas a 0 °C y 25 °C. Para determinar la solubilidad de los quelatos, se consideró la formación del sulfato de sodio decahidratado, como posible subproducto de la mezcla, y se calcularon las masas equivalentes de quelatantes y sales requeridas para inducir la precipitación del quelato formado o del sulfato de sodio. Esto se evaluó a 0 °C y 25 °C. Con base en los resultados obtenidos se elaboró una base de datos, la cual alimenta la herramienta informática. La aplicación se desarrolló en Visual Basic .NET. La herramienta indica las cantidades, en kilogramos (kg), de materias primas que se requieren para la formulación del fertilizante. Además, de acuerdo con los valores de solubilidad, indica si la formulación es adecuada o si se presentaría precipitación. Aún cuando fue posible desarrollar la aplicación, se determina que no es posible lograr un 100 % de quelatamiento bajo este esquema. Existe una limitante definida por la solubilidad de las diferentes materias primas en la mezcla. Al mismo tiempo, no se considera la influencia del pH en el porcentaje de quelatamiento o la relación que debe existir entre pH, porcentaje de quelatamiento y estabilidad en un cultivo.

Fertilizers are substances used to supply the plant with nutrients that are not available in the soil, and thus carry out its functions. The absorption of micro elements (Ca2+, Mg2+, Cu2+, Fe2+, Mn2+ and Zn2+) is favored by using chelating agents that make it easier to pass through the cuticle of the plants. The formulation of fertilizers considers factors such as: plant nutrition criteria, interactions between nutrients, application temperature in the field, among others. Their production process is based on mixing masses of raw materials in a mixing tank, which contains a certain volume of water. The production process is relatively simple, but the formulation of chelated fertilizers is a difficult subject to understand, so empirical amounts of chelators are usually used. An incorrect formulation implies excesses or lack of the chelating agent, which entails effects on the economy of the company, plantations and the environment. Likewise, at the international level there are regulations that contemplate the labeling and information that must be included. However, in Costa Rica the labeling system does not require the chelated percentage to be indicated, only the nutrient concentration. Due to this, it was decided to develop a tool that allows formulating fertilizers with the idea of ​​guaranteeing 100% chelation. Said tool has the purpose of helping both formulators and the Ministry of Agriculture and Livestock as part of their control tasks, as well as helping the user to evaluate the quality of the products. To develop this tool, the information contained in the labels of foliar fertilizers marketed in the country was reviewed, and the concentration ranges of the cations Ca2+, Mg2+, Cu2+, Fe2+, Mn2+, and Zn2+ were determined. For this, an inventory was made with different foliar fertilizers for sale in the country. Likewise, parameters such as solubility of raw materials and stoichiometric equivalence were taken into account. Subsequently, raw materials were used as a source of cations (Ca2+, Mg2+, Cu2+, Fe2+, Mn2+ and Zn2+) and chelating agents (EDTA, citric acid and glutamate) to determine the solubility of the complex formed. The purity of these raw materials was determined by atomic absorption, complexometric titration and gravimetry. At the same time, the solubility in water of the different raw materials at 0 °C and 25 °C was determined. To determine the solubility of the chelates, the formation of decahydrated sodium sulfate was considered as a possible by-product of the mixture, and the equivalent masses of chelators and salts required to induce the precipitation of the formed chelate or sodium sulfate were calculated. This was evaluated at 0 °C and 25 °C. Based on the results obtained, a database was prepared, which feeds the computer tool. The application was developed in Visual Basic .NET. The tool indicates the quantities, in kilograms (kg), of raw materials that are required for the fertilizer formulation. In addition, according to the solubility values, it indicates if the formulation is adequate or if precipitation would occur. Even though it was possible to develop the application, it is determined that it is not possible to achieve 100% chelation under this scheme. There is a limitation defined by the solubility of the different raw materials in the mixture. At the same time, the influence of pH on the chelation percentage or the relationship that should exist between pH, chelation percentage and stability in a culture is not considered.