Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias

Simulation of Response to Impact on Guava (Psidiumguajava L), using the Finite Element Method

ABSTRACT The simulation of the behavior of guava fruits (Psidiumguajava L) Red Dwarf variety EEA 1-23 subjected to impact loads, using the Finite Element Method (FEM), arises from the need to evaluate the possibility of using this method of simulation as non-destructive technology for the prediction of mechanical damage.Guava fruits of the variety under study were harvested in two stages of maturity (green-made and ripened) and subjected to experimentation with the purpose of studying the effect of the efforts on the tissue when they are subjected to impact damage. At the same time, the impact process was simulated through the FEM, comparing the results with those obtained experimentally.The results showed high potentialities of the FEM for the simulation of damages in impacted guava on concrete and on wood with an accuracy of 85% to 98% for fruits in green-ripened state and from 72% to 81% for ripe fruits.The simulation runs with finite element tools showed that, for mature fruits subjected to a fall height of 0.5 and 1 m, respectively, on the surfaces under study, the effort in the area of impact of the fruit exceeded tothe elastic limit of its tissues, which resulted in the order of 40 kPa.

RESUMEN La simulación del comportamiento del fruto de la guayaba (PsidiumGuajava L) variedad Enana Roja EEA 1-23 ante la acción de cargas de impacto, mediante el Método de los Elementos Finitos (MEF), surge a partir de la necesidad de evaluar la posibilidad de utilizar este método de simulación en calidad de tecnología no destructiva para la predicción de daños mecánicos. Frutos de guayaba de la variedad objeto de estudio fueron cosechados en dos estados de madurez (verde-hecho y maduro) y sometidos a experimentación con la finalidad de estudiar el efecto de los esfuerzos en el tejido cuando son sometidos a daños por impacto.Paralelamente se simuló el proceso de impacto mediante el MEF, comparándose los resultados con los obtenidos experimentalmente. Entre los resultados se evidenciaron elevadas potencialidades del MEF para la simulación de daños en guayaba impactada sobre concreto y sobre madera con una precisión de 85% a 98 % para las frutas en estado de maduración verde-hecho y de 72% a 81 % para las frutas maduras. Las corridas de simulación con herramientas de elementos finitos mostraron que, para los frutos maduros sometidos a una altura de caída de 0,5 y 1 m, respectivamente,sobrelas superficies objeto de estudio, el esfuerzo en el área de impacto de la fruta resultó superior al límite elástico del tejido del fruto, que resultó en el orden de los 40 kPa.

Proposal of Color Index Ranges According to Ripeness Stages in Fruits

ABSTRACT Maturity is the most important and complex stage in the development of the fruit, where they acquire sensory characteristics that define it as edible. The objective of this research is to determine the color indices associated with the different stages of maturation of the pumpkin fruit (Carica papaya L, variety MaradolRoja), guava (Psidiumguajava L, variety EnanaRoja EEA1-23) and tomato (Solanumlycopersicum, variety Vyta). To carry out the study, 32 pumpkins and 40 guava fruits were used. Fruits pumpkin and guava, were harvested in the Agricultural Company Ho Chi Minh, in the municipality of Jaruco, and tomato in the farm "The Papas" belonging to the National Institute of Agricultural Sciences (INCA), located in the municipality from San José de lasLajas, Mayabeque. The chemical, physical-mechanical and organoleptic properties were monitored in the different stages of maturation. In addition, the fruits were photographed and the images were analyzed to obtain the color indexes in the different stages of maturation. Finally, for the pump fruit and the tomato, four ripening stages and five for the guava are defined, in addition to the ranges of the color index associated with each one of them.

RESUMEN La maduración es la etapa más importante y compleja en el desarrollo de las frutas, donde las mismas adquieren características sensoriales que la definen como comestible. La presente investigación tiene como objetivo determinar losíndices de color asociados a los diferentes estados de maduración de la fruta bomba (Carica papaya L, variedadMaradol Roja), la guayaba (Psidiumguajava L, variedad Enana Roja EEA1-23) y el tomate (Solanumlycopersicum, variedadVyta). Para la realización del estudio se utilizaron defruta bomba y tomate 32 frutos y40 de guayaba. Los frutos de fruta bomba y de guayaba, fueron cosechadas en la Compañía Agrícola Ho Chi Minh, en el municipio de Jaruco, y el tomateen la finca "Las Papas" perteneciente al Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), ubicado en el municipio de San José de las Lajas, Mayabeque. Se monitorearon las propiedades químicas, físico-mecánicas y organolépticas en los diferentes estados de maduración. Además, se fotografiaron las frutas y se analizaron las imágenes para obtener los índices de color en los diferentes estados de maduración. Finalmente, para la fruta bomba y el tomate se definen cuatro estados de maduración y cinco para la guayaba, además de los rangos del índice de color asociados a cada uno de ellos.

Evaluation of Methods to Calculate Dynamic Load Coefficients

ABSTRACT Dynamic forces and impact loads usually act on agricultural machines, causing breakages or failures. That is due to the nature of the impact loads, which are of short duration and decrease the capacity of the material of absorbing the deformation energy. The calculation methods that allow obtaining dynamic load coefficients require complex operations. In the present investigation, three methodologies for obtaining dynamic load coefficients were evaluated and compared: analytical method (MA), numerical simulation by the finite element method (MEF) and experimental method (Mexp). The coefficients of dynamic loads obtained from the MEF reached a relative difference that oscillated between 3.479 and 5.112%, based on the experimental results. For the analytical method, comparedto the experimental results, a relative difference between 21.820 and 27.201% was reached, which is higher than that obtained by the numerical simulation method.

RESUMEN En las máquinas agrícolas, por lo general actúan fuerzas dinámicas, en particular cargas de impacto, lo que provoca roturas o fallas frecuentes. Esto se debe al carácter impulsivo de estos tipos de cargas, las cuales presentan corta duración en el tiempo, disminuyendo la capacidad de las estructuras y piezas para absorber la energía de deformación. Los métodos de cálculo que permiten obtener los coeficientes de cargas dinámicas, requieren operaciones complejas. En la presente investigación se evalúan y comparan tres metodologías para la obtención de coeficientes de cargas dinámicas: el método analítico tradicional, la simulación numérica basada en el análisis por elementos finitos y el método experimental. Tomando los resultados obtenidos experimentalmente como base comparativa, se obtuvo que los coeficientes de cargas dinámicas obtenidos por el método analítico alcanzaron diferencias relativas al método experimental del orden de 21.82 y 27.20 %, mientras que los resultados obtenidos empleando el método de los elementos finitos alcanzaron una diferencia relativa mucho menor, la cual osciló entre 3.48 y 5.11%, demostrando este método una alta aproximación a la determinación experimental.

Model of Soil -TillageTool Interaction Using Finite Element Method

ABSTRACT Most of the soil-tillage tool interaction studies realized, both, experimental and numeric, have shown the influence of soil conditions (physical, mechanical and dynamic properties and type of soil), operation parameters of the tool (cutting deep, cutting speed, acceleration) and geometry in the magnitude of cutting forces. Those studies were carried out with little tool sliding to avoid distortion, which can cause convergence problems during the simulation. In this study, a three-dynamic (3D) lineal simulation model of soil narrow tool interaction was developed by the Finite Element Method (FEM) to analyze the tillage tool movement across a silt clay soil block (Ferrallitic). The extended Drucker˗Prager elastoplastic constitutive relation model was used to model, which was accomplished using the Solid Works design software, 2014 version and its complement Simulation. For a better connection between soil and tillage tool surfaces, and to achieve good soil elements movement on the tool surface, contact elements and Coulomb theorem were used. The model predicted the soil movement, soil fault surfaces, stresses distribution, both, in soil and tillage tool, as well as the draft forces. The results of the simulation model were compared with models and experimental data of the other authors, and good estimates and trends were obtained.

RESUMEN La mayor parte de los estudios de la interacción suelo˗herramienta de labranza realizados, tanto experimentales como numéricos, han mostrado la influencia de las condiciones del suelo (propiedades físicas, mecánicas y dinámicas, tipo de suelo), parámetros de operación de la herramienta (profundidad de corte, velocidad de corte, aceleración) y geometría de la misma en la magnitud de las fuerzas de corte. Los mismos se han llevado a cabo con pequeños deslizamientos de la herramienta para evitar la distorsión, lo cual puede provocar problemas de convergencia durante la simulación. En este estudio, un modelo de simulación tridimensional (3D) lineal dinámico de la interacción suelo˗herramienta de labranza estrecha ha sido desarrollado mediante el método de elementos finitos (MEF) para analizar el movimiento de la herramienta de cultivo a través de un bloque de suelo tipo arcilloso limoso (ferralítico).Se utilizó el modelo elastoplástico de relación constitutiva(Drucker˗Prager)para la modelación, la cual fue realizada utilizando el software de diseño Solid Works, versión 2014y su complemento Simulation. Para una mejor conexión entre las superficies, tanto del suelo como de la herramienta de cultivo, fueron utilizados elementos de contacto y el teorema de Coulomb para lograr buen movimiento de los elementos del suelo sobre la superficie de trabajo de la herramienta. El modelo predijo el movimiento del suelo, las superficies de falla del mismo, distribución de tensiones tanto en el suelo como en la herramienta de cultivo, así como las fuerzas de corte. Se compararon los resultados del modelo de simulación con otros modelos y datos experimentales de otros autores, obteniéndose buenas predicciones y similares tendencias.

Improvement of the Design and Evaluation of the Conventional Grain Planter "GUAJIRO AM 2010-1-5T"

ABSTRACT The development of agricultural production requires the use of machinery to increase productivity and quality of work, a problem that is becoming more pressing in short-cycle crops (corn and beans), creating two possible scenarios, the acquisition of machinery or the improvement of the existing ones. On this last scenario, in recent years, the Ministry of Agriculture of Cuba (MINAG) has been projecting. For this reason the present work has as objective to redesign the grain seeder "Guajiro AM 2010-1-5T"for its improvement. To fulfill this objective, the machine was redesigned fundamentally for grain transmission and distribution systems, for which the resistance analysis by the finite element method (MEF) and its operation were made, through the help of the specialized softwaresMechanical Desktop 2008 and SolidWorks 2010. Later, a prototype was built which was tested in static and working conditions during the planting of corn and beans. Finally, the cost sheet was prepared and the economic feasibility of its development was determined. The main results showed that the design variant developed is capable of meeting the requirements of resistance, performance and safety necessary for these machines, in addition to meeting the quality requirements during the planting of beans and corn. The economic analysis showed the feasibility of its improvement, with an economic effectiveness of $14,340.25 (Cuban peso).

RESUMEN El desarrollo de las producciones agropecuarias, requiere el empleo de maquinaria que permitan incrementar la productividad y la calidad de la labor, problemática que se hace más acuciante en cultivos de ciclo corto (maíz y frijol), creando dos escenarios posibles, la adquisición de maquinaria o el perfeccionamiento de las ya existentes, sobre este último escenario en los últimos años se ha venido proyectando el Ministerio de La Agricultura de Cuba (MINAG). Por tal motivo el presente trabajo tiene como objetivo el rediseño para el perfeccionamiento de la sembradora de granos “Guajiro AM 2010-1-5T”. Para cumplir dicho objetivo inicialmente la máquina fue rediseñada fundamentalmente para los sistemas de transmisión y distribución de granos, para lo cual se hicieron los análisis de resistencia por el método de elementos finitos (MEF) y su funcionamiento, mediante la ayuda de los softwares especializado, Mechanical Desktop 2008 y SolidWorks 2010. Posteriormente se construyó un prototipo el cual fue probado en condiciones estáticas y de trabajo durante la siembra de maíz y frijol. Finalmente se elaboró la ficha de costos y determinó la factibilidad económica de su desarrollo. Los principales resultados mostraron que la variante de diseño desarrollada es capaz de cumplir con los requisitos de resistencia, funcionamiento y seguridad exigidos para estas máquinas, además de cumplir con las exigencias de calidad durante la siembra de frijol y maíz. El análisis económico evidenció la factibilidad de su perfeccionamiento, con una efectividad económica de $14 340.25 MN (CUP=peso cubano)

Irrigation Regime for Crops in Manabí, Ecuador: Proposal for Five Permanent Crops

ABSTRACT The present work is a complement of the climatic and edaphological study developed in productive zones of the province of Manabí in Ecuador. The objective of the study was to determine the irrigation regime of five permanent crops in Manabí. The study focused on three agricultural areas of the Province (Chone, San Ramón and Mapasingue). Several scenarios were analyzed, including four edaphoclimatic zones combined with three irrigation management options. The results allow defining basic elements for the design and operation of irrigation systems and serve as a reference for studies oriented towards other crops and agricultural areas of Manabí.

RESUMEN El presente trabajo es un complemento del estudio climatológico y edafológico desarrollado en zonas productivas de la provincia de Manabí en Ecuador. El objetivo del estudio es determinar el régimen de riego de cinco cultivos permanentes en Manabí. El estudio estuvo enfocado en tres zonas agrícolas de la Provincia (Chone, San Ramón y Mapasingue). Se analizaron varios escenarios que incluyen cuatro zonas edafoclimáticas combinadas con tres opciones de manejo de riego. Los resultados permiten definir elementos básicos para el diseño y la operación de los sistemas de riego y sirven de referencia para estudios orientados hacia otros cultivos y zonas agrícolas de Manabí.

Characterization of the Wind Speed to Design an Aspersion Irrigation System with Eolic Pumping

ABSTRACT The research was developed in "La Cuchilla" farm, located in the community of Sabicú, “Primero de Enero” Municipality, Ciego de Ávila Province, with the objective of characterizing the wind speed to design a sprinkler irrigation system with pumping wind. The results showed that the value of average monthly speed in the series obtained at “Camilo Cienfuegos” Meteorological Station was greater than 5.50 m s-1 in all months of the year, except in September and October, which was between 3.00 and 3.50 m s-1. The highest wind frequency corresponded to the range of 0-6 m s-1, which represents 72.39%. The wind speed at "La Cuchilla" farm reached an arithmetic mean value of 9.53 m s-1, and a weighted average value of 11.25 m s-1, according to the wind frequency in the months of January, February and March. The wind pumping provided flows between 0.06 and 0.77 L s-1, which allowed storing a total daily volume of 17,640 L in the months of January, February and March.

RESUMEN La investigación se desarrolló en la finca "La Cuchilla", localizada en la comunidad de Sabicú en el municipio Primero de Enero, provincia Ciego de Ávila con el objetivo de caracterizar la velocidad del viento para el diseño de un sistema de riego por aspersión con bombeo eólico. Los resultados demostraron que el valor de la velocidad media mensual en la serie obtenida en la estación meteorológica Camilo Cienfuegos fue superior a 5,50 m s-1 en todos los meses del año, excepto en septiembre y octubre que estuvo entre 3,00 y 3,50 m s-1. La mayor frecuencia del viento correspondió al rango de 0-6 m s-1 que representa el 72,39%. La velocidad del viento en la finca "La Cuchilla" alcanzó un valor medio aritmético de 9,53 m s-1, y un valor medio ponderado de 11,25 m s-1, según la frecuencia del viento en los meses de enero, febrero y marzo. El bombeo eólico aportó caudales entre 0,06 y 0,77 L s-1, lo que permitió almacenar un volumen diario total de 17640 L en los meses de enero, febrero y marzo.

Fructification Pruning in Guava Crop (Psidium guajava L.) and its Influence on Yield

ABSTRACT Pruning is a very important practice to get good yields from guava tree. The present paper had as objective to examine researches accomplished on the pruning of guava tree and its influence in the yield of this fruit tree. A review was made from the available information on the topic in Cuba and abroad. Previous research evidence increments of guava production with the pruning. However, there is not a clear increasing tendency in the intensity of this practice, because the obtained results were different in terms of the cultivar investigated, plantation density, season and climate. Several authors proposed monthly pruning all the year, as well as, pruning at least three times a year. Regarding the pruning intensity, several authors agree that pruning the end of the branch can be beneficial in terms of fruit production and quality, since severe pruning reduces fruit production. However, other authors recommend the use of severe pruning for obtain higher yield.

RESUMEN La poda es una práctica cultural primordial para obtener buenos rendimientos del guayabo. El presente trabajo tuvo como objetivo analizar investigaciones realizadas sobre la poda del guayabo y su influencia en el rendimiento de este frutal. Se revisó la información disponible sobre el tema, tanto en Cuba como en el exterior. Los trabajos investigados muestran un incremento de la producción de guayaba con la poda, sin embargo, no hay una tendencia clara en cuanto a la intensidad de esta práctica a generalizar debido a que los resultados obtenidos fueron diferentes en función del cultivar investigado, estación, clima y densidad de plantación. La poda mensual todo el año, así como, la realización de la poda al menos tres veces al año fueron propuestas por varios autores. En cuanto a la intensidad de poda, varios autores coinciden en expresar que el despunte de las ramas puede ser beneficioso en cuanto a la producción y calidad de las frutas, dado que podas severas reducen la producción de frutos; sin embargo, otros autores recomiendan el uso de poda severa

LabraS Automated System for Planning Soil Tillage in Sugarcane

ABSTRACT Soil tillage requires an adequate planning to meet the requirements of plantation and cultural attention of sugarcane with opportunity, quality and environmental sustainability. The objective of this work is to present the characteristics of the automated system LabraS, designed for the planning of soil tillage in sugarcane. The technological processes of tillage considered were deforestation, leveling, soil preparation, planting, fertilization and post-harvest cultivation. The minimum management unit considered for the recommendations was the sugarcane block. The software was designed on a Windows platform, with easy installation and operation; it has a structure with five menus (Tools, Encoders, Reports, Recommendations and Processes) and three types of users (producer, INICA and administrator). The main reports include the distribution of soil limiting factors for tillage, technological charts by process, analysis of exploitation of machinery, planning of work, demand for inputs and requirements of herbicides for conditioning and preservation of areas in the preparation of soil and plantation, respectively. The validation of the software was carried out in the UEB Melanio Hernández, in a total area of 6430.76 ha, with satisfactory results in the tests of the algorithms, the procedures and expressions of calculations. The implementation of the automated system for the planning of soil tillage in AZCUBA was recommended.

RESUMEN La labranza de suelo requiere de una adecuada planificación para cumplir los requerimientos en la plantación y las atenciones culturales de la caña de azúcar con oportunidad, calidad y sostenibilidad ambiental. Este trabajo tiene como objetivo presentar las características del sistema automatizado LabraS, diseñado para la planificación de la labranza de suelo en caña de azúcar. Los procesos tecnológicos de labranza considerados fueron la deforestación, la nivelación, la preparación de suelo, la plantación y la fertilización y cultivo post-cosecha. La unidad mínima de manejo considerada para las recomendaciones fue el bloque cañero. El software se diseñó sobre plataforma Windows, con fácil instalación y operación; tiene una estructura con cinco menús (Útiles, Codificadores, Informes, Recomendaciones y Procesos) y tres tipos de usuarios (productor, INICA y administrador). Los principales informes incluyen la distribución de los factores limitantes del suelo para la labranza, cartas tecnológicas por proceso, análisis de explotación de la maquinaria, planificación de labores, demanda de insumos y requerimientos de herbicidas para acondicionamiento y preservación de las áreas en la preparación de suelo y la plantación, respectivamente. La validación del software se realizó en la UEB Melanio Hernández, en un área total de 6430,76 ha, con resultados satisfactorios en las pruebas de los algoritmos, los procedimientos y expresiones de cálculos. Se recomendó la implementación del sistema automatizado para la planificación de la labranza de suelo en AZCUBA.

An Approach to the Simulation of Wear by Numerical Methods

ABSTRACT Agricultural machinery has an enemy that threatens its durability and conservation: wear. The wear generates considerable losses of materials, resources and time, with the consequent reduction of the production, leads to the loss of a large quantity of means for its repair, as well as in the elaboration or acquisition of new elements. In this work, an approach towear simulation by numerical methods is made, specifically, the Finite Element Method (FEM) and the Discrete Elements Method (DEM), approaching, in a general way, the benefits of both methods in the analysis of the physical phenomenon, as well as their combination to obtain a closer approximation to the study of contact between bodies.

RESUMEN La maquinaria agrícola tiene un enemigo que atenta contra su durabilidad y conservación: el desgaste.El desgaste genera considerables pérdidas de materiales, recursos y tiempo, con la consiguiente disminución de la producción, conlleva a la pérdida de gran cantidad de medios para su reparación, así como en la elaboración o adquisición de nuevos elementos.En este trabajo se realiza un acercamiento a la simulación del desgaste por métodos numéricos, específicamente el Método de los Elementos Finitos (MEF) y el Método de los Elementos Discretos (MED), abordando de manera general las bondades de ambos métodos en el análisis del fenómeno físico, así como su combinación para obtener una mayor aproximación al estudio del contacto entre los cuerpos.