ARTÍCULO ORIGINAL

 

Ajuste de los parámetros del molinete durante la cosecha mecanizada del arroz en Cuba

 

Reel Parameters Adjustment during Mechanical Harvest of Rice in Cuban Conditions

 

 

Dayana Torres Sotolongo, Arturo Martínez Rodriguez

Universidad Agraria de La Habana (UNAH), Facultad de Ciencias Técnicas, Centro de Mecanización Agropecuaria (CEMA), San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

 

 

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RESUMEN

De acuerdo a la experiencia internacional, las pérdidas de granos debido a una deficiente regulación del molinete, presentan un peso importante (aproximadamente entre 33 y 73%) dentro de las pérdidas totales achacables a las máquinas cosechadoras de arroz, pudiendo alcanzar hasta un 23% del total del producto cosechado. La práctica nacional de regulación del molinete durante la cosecha mecanizada del arroz, no incluye la aplicación de principios científicos que están establecidos internacionalmente en la teoría de máquinas agrícolas, por lo que se hace necesario efectuar estudios donde se apliquen estos conceptos, de manera de perfeccionar el proceso de cosecha, minimizando las pérdidas achacables a una mala regulación de este órgano de trabajo. Como resultado de la aplicación y programación computarizada de estos modelos conceptuales, y tomando como datos de entrada los parámetros constructivos, de operación y de regulación del molinete de la combinada Claas-Crop Tiger 30, empleados en condiciones de producción (Empresa Agroindustrial de Granos de la localidad de Amarillas, provincia de Matanzas) y las propiedades del cultivo cosechado (Oriza sativa, variedad “Reforma”) se determinó que no se satisface la mayor parte de los requisitos exigidos para un buen funcionamiento del molinete, proponiéndose la corrección de los principales parámetros de operación y regulación, con vistas a minimizar las pérdidas achacables a la acción de este órgano de trabajo.

Palabras clave: cosecha mecanizada, pérdidas, regulación, Oriza sativa.

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ABSTRACT

According to international experience, grain losses due to poor regulation of the reel have a significant weight (approximately between 33 and 73%) within the total losses attributable to the rice harvesters, being able to reach up to 23% of the total harvested product. The national practice of regulating the windlass during the mechanized harvesting of rice does not include the application of scientific principles that are established internationally in the theory of agricultural machinery. Consequently, it is necessary to carry out studies where these concepts are applied, to perfect the harvesting process, minimizing the losses attributable to poor regulation of this body of work. These conceptual models were applied and computerized programmed. As input data they were taken: the construction, exploitation and regulation parameters of the windlass of the combined Claas-Crop Tiger 30, used in production conditions (Agro industrial Grain Company of Amarillas locality, Matanzas province) and the properties of the harvested crop (Oriza sativa, variety “Reforma”). As a result, it was determined that, most of the requirements for good windmill exploitation are not met. Correction of exploitation and regulation parameters is proposed to minimize the losses attributable to the action of this body of work.

Keywords: Mechanized harvesting, losses, regulation, Oriza sativa.

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INTRODUCCIÓN

El arroz es el alimento básico de más de la mitad de la población mundial. La FAO prevé que para 2030 la demanda del grano será un 38% mayor que el volumen producido a finales del siglo XX (Grogg, 2005).

En Cuba, el arroz forma parte de la dieta básica de la población con un consumo per cápita anual de 72 kg, colocándose entre los primeros lugares de América Latina, sin embargo, la producción nacional sólo satisface un poco más del 50% de la demanda, por lo que el país se ve obligado a destinar cuantiosas sumas a la importación de este renglón (González, 2011; Polón-Pérez et al., 2012).

La producción de arroz en Cuba presenta un alto grado de mecanización. La maquinaria que participa en la cosecha de arroz, pertenece a una determinada Empresa Agroindustrial de Granos (EAIG) y se agrupa en complejos mecanizados, que a su vez conforman los eslabones productivos de la cosecha, aspecto que permite lograr una mejor atención a los problemas organizativos, técnicos y tecnológicos que surjan durante el proceso productivo. La estructura y composición del eslabón productivo de cosecha es uno de los aspectos fundamentales que predeterminan la eficiencia del proceso tecnológico de la cosecha del arroz (Morejón, 2015).

Además de los aspectos organizativos del proceso, se hace necesario, con vistas a minimizar las pérdidas, garantizar una operación efectiva de las máquinas, lo cual presenta como punto de partida una regulación adecuada de sus órganos de trabajo.

El tratamiento teórico de la acción del molinete en las cosechadoras de granos y su interrelación con los otros órganos de trabajo de la plataforma de corte (el órgano de corte y el órgano de agrupamiento de las espigas) ha sido tratado por diferentes autores (Turbin, 1969; Klionin, 1970), y establecida en los currículos de estudio de los ingenieros mecanizadores en un sinnúmero de países, incluyendo Cuba tales como Martínez y Para-García (1976), y Silveira (1982). Sin embargo, en el país, por diversas causas, no se aplican estos conceptos teóricos durante la regulación del molinete, perdiéndose oportunidades de incidir, con la aplicación de estos conceptos científico-técnicos, en la reducción de las pérdidas.

Por lo general, las regulaciones se efectúan siguiendo recomendaciones de los fabricantes de las máquinas, a lo que se añaden criterios prácticos, pero raramente, para no ser absolutos, se aplican criterios científicos al respecto. Las recomendaciones dadas por los fabricantes pueden ser relativamente efectivas, aunque nunca precisas, ya que no consideran, lo cual es lógico, las características particulares de cada una de las variedades objeto de cosecha ni las condiciones específicas en las que se realiza la cosecha, todo lo cual conspira contra el objetivo de minimizar las pérdidas.

En Cuba se han efectuado investigaciones dirigidas al incremento de la efectividad de la cosecha mecanizada del arroz (Miranda-Caballero et al., 2006; Matos et al., 2010; Morejón, 2015), sin embargo, las mismas han estado dirigidas a la optimización de aspectos organizativos del proceso, no incluyendo el ajuste de los parámetros de regulación de los órganos de trabajo dirigido a la disminución de las pérdidas. Asimismo, no han sido reportados estudios que brinden datos sobre las pérdidas ocasionadas durante la cosecha mecanizada del grano, así como del peso relativo de los diferentes órganos de trabajo de las máquinas en la producción de dichas pérdidas.

Según de la Calle (2006), durante la cosecha mecanizada del arroz o de cualquier otro cereal con máquinas cosechadoras, una inapropiada regulación de los diferentes órganos de trabajo de la máquina puede acarrear diferentes tipos de pérdidas en forma de granos sueltos del cereal. Dichas pérdidas, según este autor, pueden ser ocasionadas:

• Durante el corte, por una mala regulación del molinete;
• En los sacudidores, por poca velocidad de los mismos o porque están sucios;
• En los elementos de trilla, por una alimentación excesiva cuando la máquina avanza demasiado rápido o porque la altura del corte sea demasiado baja;
• En los elementos de limpia, por una excesiva velocidad del ventilador, cuya corriente de aire arrastra granos además de la paja.

Las pérdidas no siempre son producto de la labor de la cosechadora, también pueden ser naturales, también llamadas de precosecha.

Investigaciones realizadas en otros países por Pozzolo et al. (1998), e Hidalgo et al. (2001), reportan la necesidad de disminuir los niveles de pérdidas achacables a una inapropiada regulación de las máquinas. Pozzolo et al. (1998), reporta que las pérdidas en la cosecha de arroz en Argentina son importantes, encontrándose en promedio valores que superan los 180 kg/ha con variaciones de más del 50% entre equipos. En la actualidad, según este autor, se estima que las pérdidas totales no deberían superar los 140 kg/ha, independientemente del rendimiento del cultivo.

Asimismo plantea que la única herramienta con que cuenta tanto el productor como el contratista, para garantizar la puesta a punto de la cosechadora, es evaluar las pérdidas de cosecha y que el conocer el valor de las pérdidas permitirá no solo tener la certeza de estar dentro de los límites que caracterizan un buen trabajo, sino también, en caso de superarlos, detectar las fuentes de dichas pérdidas para su corrección. Además según Ochoa y Verdecia (2002), siempre se debe tener en cuenta que el valor de pérdidas reales es lo único que permite ajustar los sistemas de sensores de pérdidas con los que vienen equipadas muchas de las cosechadoras actuales.

Aristizabal et al. (1999), en Colombia, reporta que de un total de pérdidas ascendente al 11,9% en la cosecha mecanizada del arroz, el 4% corresponde a la sección de corte recepción, el 6,7% a la unidad de trilla y el 1,2% a la unidad de limpieza.

Según Ferreira et al. (2001), las pérdidas en la agricultura comienzan en el momento que se seleccionan y utilizan los equipos agrícolas y cuando se preparan y operan incorrectamente, nunca serán eficientes.

Es conocido que las condiciones del cultivo cambian durante el período de cosecha, debido a lo cual los ajustes a las combinadas cosechadoras deben ser cambiados con frecuencia si se pretende alcanzar un buen rendimiento, en el que se incluyen las pérdidas de producto cosechado.

Según Ferreira et al. (2001), estos ajustes no son efectuados usualmente por los productores y operadores de combinadas, lo que incrementa las pérdidas de cosecha hasta altos niveles, representando hasta el 10% como promedio en Brasil.

Según la norma brasileña NBR 9740: 1987, las pérdidas de cosecha no deben sobrepasar el 3%.

Alonso et al. (1999), durante la cosecha de arroz de regadío en una extensión de 1 000 ha en la región de São Gabriel, Estado Rio Grande do Sul, Brasil, observaron unas pérdidas promedio de alrededor del 12,5%, oscilando entre 4,5 y 23%. El objetivo de este trabajo consistía en reducir al mínimo las pérdidas de cosecha a través del monitoreo y ajuste frecuente de las combinadas de acuerdo a los cambios en las condiciones del cultivo.

Andrews et al. (1993), determinaron pérdidas durante la cosecha de arroz bajo irrigación en Estados Unidos de América, que oscilaron entre 120 kg/ha y 1 380 kg/ha, concluyendo que el principal factor que contribuyó a estas pérdidas fue el régimen de alimentación, seguido por la relación grano/paja.

Pozzolo y Ferrari (2007), reportaron que un grupo de máquinas cosechadoras evaluadas en el Uruguay durante la cosecha de arroz, presentó un promedio de pérdidas de 226 kg/ha, con un máximo de 745 kg/ha y un mínimo de 106 kg/ha. Los principales problemas encontrados, en forma decreciente fueron: excesiva velocidad del molinete, mal ajuste de cilindro-cóncavo, incorrecta altura de corte y excesiva velocidad de avance. Posterior a las respectivas regulaciones, las mismas cosechadoras evidenciaron un promedio de pérdida de 90,2 kg/ha, con un máximo de 110 kg/ha y un mínimo de 72 kg/ha. El rendimiento promedio del cultivo fue de 7 600 kg/ha.

Platero (1992), durante la evaluación de 12 máquinas cosechadoras de arroz con rendimientos entre 5.4 y 7.4 kg/ha, en las condiciones de Uruguay, obtuvo pérdidas promedio entre 5,2 y 14,7% en dos zafras consecutivas. Este autor achaca estas pérdidas a la suma de diferentes causas, tales como la regulación de las cosechadoras, la selección de la velocidad de avance y a no prestar la debida atención a la supervisión de las máquinas.

Da Silva et al. (1983), durante la experimentación en 15 000 ha de arroz en las regiones de Jatai y Mineiros (Brasil), plantean que las pérdidas promedio de 10 cosechadoras en la zafra 1981/82 fueron 238 kg/ha o un 13%, con una variación del 6,1 al 22,2%. Las pérdidas principales ocurrieron en la plataforma con 73,2%.

Como ha podido apreciarse, según la experiencia internacional, las pérdidas de granos debido a una deficiente regulación del molinete, presentan un peso importante (aproximadamente entre 33 y 73%) dentro de las pérdidas totales achacables a las máquinas cosechadoras, que pueden alcanzar hasta un 23% del total del producto cosechado.

Por otro lado, la práctica nacional de regulación del molinete durante la cosecha mecanizada del arroz, no incluye la aplicación de principios científicos que están establecidos internacionalmente en la teoría de máquinas agrícolas, por lo que se hace necesario efectuar estudios donde se apliquen estos conceptos, de manera de perfeccionar el proceso de cosecha, minimizando las pérdidas achacables a una mala regulación de este órgano de trabajo, lo cual constituye el objetivo del presente trabajo.

Fundamentación teórica del cálculo de los parámetros geométricos y cinemáticos del molinete

El molinete, como órgano constitutivo de la plataforma de corte-alimentación (Figura 1), conduce los tallos hacia el aparato de corte, los mantiene o sostiene en el momento del corte y dirigelos tallos cortados hacia el sistema de alimentación (generalmente por tornillo sinfín) que agrupa la masa cortada para ser elevada a los mecanismos de trilla (Klionin, 1970; Martínez y Para-García, 1976; Silveira, 1982).

Durante la interacción del molinete con la masa de tallos y con los otros órganos de trabajo que componen la plataforma de corte-alimentación de las cosechadoras de cereales (órgano de corte y sistema de transportación de la masa cortada), intervienen un conjunto de parámetros geométricos y cinemáticos, así como de propiedades físico-mecánicas de los tallos, espigas y granos, que deben ser considerados durante su regulación. Entre esos parámetros, revisten una especial importancia los siguientes:

• Radio de las aspas del Molinete, (Rm);
• Número de aspas del molinete, (Z);
• Rendimiento del campo,(Q, t (granos)/ha);
• Composición grano-paja, (β %);
• Velocidad de avance de la máquina, (Vm);
• Ancho de trabajo del frente de corte de la máquina, (B);
• Capacidad de procesamiento de la máquina, (qr, kg/s de masa total);
• Velocidad angular del molinete, (ω);
• Avance del molinete (Sm);
• Salida del molinete, (c);
• Velocidad permisible de golpeo, (Vper);
• Intensidad del golpeo, (Ng, golpes/m);
• Longitud de los tallos, (Ht);
• Altura de instalación de la barra de corte, (Hins);
• Posición del centro de gravedad del tallo cortado, (Lcg);
• Altura de colocación del eje del molinete, (Ho1);
• Densidad de población, (tallos/m²);
• Indicador del régimen cinemático, (λ );
• Eficiencia del molinete, (η).

El trabajo eficiente del molinete, en su interacción con los tallos, el órgano de corte y el sistema de alimentación, depende de un grupo de requisitos que es necesario cumplir rigurosamente para garantizar la reducción de las pérdidas achacables a este órgano de trabajo.

Un primer grupo de requisitos está relacionado con la trayectoria de los puntos extremos de las aspas del molinete.

Primer requisito: Selección adecuada del régimen de trabajo del molinete

Las aspas del molinete describen una trayectoria cicloidal que constituye la base para el cumplimiento eficiente de su función como parte de la plataforma de corte-alimentación. La forma de esta trayectoria y su funcionalidad dependen del indicador del régimen cinemático (λ):

donde;

V_t = ω.R_m, es la velocidad tangencial del extremo de las aspas del molinete, m/s;

w, es la velocidad angular del molinete, rad/s;

R_m, es el radio del extremo de las aspas del molinete, m;

V_m, es la velocidad de avance de la máquina, m/s.

Los puntos extremos de las aspas del molinete describen una trayectoria cicloidal, producto de la combinación del movimiento de traslación de la máquina con el movimiento rotacional del molinete. Esta trayectoria se expresa en función del tiempo (t) a través de las ecuaciones paramétricas:

donde:

x(t) e y(t) son las coordenadas de la trayectoria del molinete según los ejes horizontal-longitudinal y vertical respectivamente.

En la Figura 2 se muestran las tres formas características que asume la trayectoria cicloidal de las aspas del molinete en dependencia del valor del indicador del régimen cinemático λ, pudiéndose apreciar que sólo cuando λ > 1 el molinete describe una trayectoria “cerrada”, cumpliendo la función de acercar los tallos al órgano de corte, sostenerlos durante el corte y dirigirlos hacia el sinfín.

Segundo requisito: Selección adecuada de la dirección de la velocidad absoluta del extremo de las aspas del molinete cuando efectúa el primer contacto con las espigas

En la Figura 3 se muestra el diagrama vectorial de velocidades del punto extremo de las aspas del molinete (a) en el instante que incide en la masa vegetal.

Este segundo requisito está dirigido a lograr el mínimo arrastre de las espigas durante la penetración del molinete en la masa vegetal, con vistas a minimizar las pérdidas por este concepto. Es evidente que la condición óptima de penetración se logra si la dirección de la velocidad absoluta (V_abs) en el punto a es vertical y hacia abajo, por lo que cualquier desviación de esta dirección, conducirá a un mayor arrastre de las espigas, incrementando la probabilidad de ocasionar un desprendimiento innecesario de granos que no serán recogidos y pasarán a engrosar las pérdidas durante el proceso de cosecha.En el logro de esta condición juegan un papel decisivo el indicador del régimen cinemático (λ) y la altura de colocación del eje del molinete (H₀₁).

Cuando la dirección de la velocidad absoluta está dirigida verticalmente y hacia abajo, el ángulo j_a estará determinado por:

Entonces, la altura de colocación del eje del molinete (H₀₁) que garantizará esta condición estará dada por:

Tercer requisito: Selección adecuada de la magnitud de la velocidad y frecuencia de golpeo de las espigas por el extremo de las aspas del molinete

La probabilidad de ocasionar el desgrane de las espigas durante la acción del molinete se incrementa si la magnitud de la velocidad absoluta del extremo de las aspas en el punto a (V_abs) sobrepasa determinado valor permisible (V_per) que depende de la variedad cosechada y de la humedad de los granos al momento de la cosecha.

Esta condición está dada por la expresión:

El desgrane de las espigas también depende de la frecuencia de golpeo por cada metro de avance de la máquina (N_g, golpes/m), el cual es el inverso del paso del molinete (S_z, m) que, a su vez, depende del avance de la máquina (Sm, cm) por cada vuelta del molinete:

Entonces la frecuencia de golpeo quedará en función del indicador del régimen cinemático (λ), del radio (R_m) y del número de aspas (Z) del molinete:

Cuarto requisito: Los tallos cortados no deben ser lanzados fuera de la plataforma de corte, producto de la acción indebida del molinete

Para el cumplimiento de este requisito debe garantizarse que el punto más bajo de la trayectoria de los extremos de las aspas del molinete no debe pasar por debajo del centro de gravedad de los tallos cortados, lo cual puede lograrse comprobando que la altura de colocación del molinete (H₀₁) sea mayor que la altura mínima (H₀₂) que garantiza esta condición.

De la Figura 3 se puede determinar que:

Si la altura de colocación del eje del molinete no sobrepasa este valor mínimo, entonces los tallos cortados pudieran ser lanzados fuera del flujo tecnológico de la plataforma de corte, incrementándose las pérdidas por este concepto.

Quinto requisito: La totalidad de los tallos deben ser apoyados por el molinete durante la acción del órgano de corte

El cumplimiento de este requisito se evalúa a través de un coeficiente h que expresa la eficiencia de la acción conjunta del molinete con el órgano de corte según Turbin (1969), y Klionin (1970), cuya selección apropiada garantiza que todos los tallos sean cortados mientras son apoyados por el molinete, evitando que parte de los tallos, durante el proceso de corte, sigan un curso arbitrario y caigan fuera de la plataforma, ocasionándose el incremento de las pérdidas de espigas completas.

En la Figura 4 se muestra un esquema de la acción conjunta del molinete con el órgano de corte, en la que se aprecia el ancho teórico (b) de la franja de tallos que son cortados bajo la acción conjunta del molinete con las cuchillas de corte.

El coeficiente h se define como:

donde:

b_r= b∙e, es la franja real o efectiva de tallos que son cortados bajo la acción conjunta del molinete con las cuchillas de corte;

siendo e: un coeficiente que tiene en cuenta el apoyo mutuo entre los tallos en función de su densidad de población (r, tallos/m²).

De acuerdo a la literatura especializada Turbin (1969), y Klionin (1970), e toma valores entre 1,0 y 1,7 de acuerdo a la densidad de población de los tallos, donde los valores mayores corresponden a mayor densidad de población.

El ancho de la franja de tallos (b, cm) que son cortados bajo la acción de apoyo del molinete, se determina a partir de la Figura 4 como:

Siendo g (rad) el ángulo del aspa del molinete en el momento en que comienza el corte con acción de apoyo del molinete (Figura 4):

donde:

c: salida o adelanto del eje del molinete con respecto al órgano de corte.

De esta manera, de las expresiones 7, 10, 11 y 12, se aprecia que la eficiencia de la acción conjunta del molinete con el órgano de corte depende de las dimensiones del molinete (Rm y Z), así como de otros parámetros regulables, tales como: la salida del molinete (c) y el indicador del régimen cinemático (λ), que a su vez es función de la velocidad de avance de la máquina y de la velocidad de rotación del molinete.

El valor óptimo del coeficiente η es 1, ya que cuando η < 1 la totalidad de los tallos no es sostenida por el molinete durante el corte, mientras que para η > 1 se incrementa innecesariamente la frecuencia de golpeo.

Como ha podido apreciarse, el cumplimiento de los diferentes requisitos que garantizan un trabajo eficiente del molinete con el mínimo de pérdidas, depende de la selección adecuada de un sinnúmero de parámetros, lo cual hace difícil una selección acertada de éstos, si no se efectúa sobre bases científicas. Para facilitar el cálculo y selección adecuada de estos parámetros, las diferentes expresiones que rigen el funcionamiento del molinete han sido programadas en soporte Mathcad por Martínez (2008), utilizándose este software en el desarrollo del presente trabajo, así como otras facilidades que han sido implementadas en hojas de cálculo Excel.

En la Figura 5 se muestra la dependencia de η y el indicador del régimen cinemático, para una salida c=15 cm, un radio del molinete R_m=47 cm y un número de aspas Z=5, correspondientes a la combinada Claas Crop Tiger-30 objeto de estudio.

De la Figura se aprecia que, para determinadas condiciones, existe un solo valor del indicador del régimen cinemático λ que satisfaga la condición η = 1.

Igualmente, para un valor dado de la velocidad tangencial de las aspas del molinete, reviste una gran importancia la selección de la velocidad de avance de la máquina y de la salida c del molinete, lo cual puede apreciarse en la Figura 6, donde se observa que la velocidad de avance de la máquina (Vm) que garantiza una eficiencia η = 1 debe seleccionarse teniendo en cuenta la salida c del molinete.

Una salida del molinete lo menor posible facilita la evacuación de los tallos y espigas de la barra de corte y su entrega al sinfín alimentador, sin embargo, de la Figura 6 se aprecia que para mantener η = 1 con una salida pequeña, sería necesario reducir la velocidad de avance de la máquina, lo cual incide en una disminución de la productividad (qr), que es directamente proporcional a dicha velocidad:

donde:

B: ancho de trabajo del frente de corte de la máquina, cm;

Q: rendimiento del campo, t (granos)/ha;

b: composición grano-paja.

Sin embargo, la reducción de la velocidad de avance de la máquina puede ser conveniente desde el punto de vista de incrementar la franja de tallos cortados con la acción de apoyo del molinete (Figura 7).

La salida del molinete también influye sobre la frecuencia de golpeo de las espigas (golpes/metro de avance de la máquina) y en menor medida sobre la velocidad absoluta de golpeo, lo que puede apreciarse en el gráfico de la Figura 8. Del gráfico se deduce que, en este caso, una salida de 35 cm garantiza la máxima velocidad de avance y el mínimo número de golpes por metro, sin embargo es necesario considerar que esa distancia puede resultar excesiva desde el punto de vista de la evacuación de las espigas de la barra de corte.

El cumplimiento de los diferentes requisitos presenta una interrelación estrecha, por ejemplo, para determinados parámetros geométricos y cinemáticos del molinete y determinada altura de los tallos, existe un solo valor de la altura de instalación del eje del molinete que satisfaga simultáneamente los requisitos segundo y quinto (Figura 9).

Como puede apreciarse de los análisis anteriores, durante la selección de los parámetros de regulación del molinete es preciso considerar la influencia de múltiples interacciones, así como que la variación de los valores de los diferentes parámetros puede resultar positivo en determinados aspectos y perjudiciales en otros, por lo que se hace necesario efectuar cálculos precisos basados en las relaciones geométricas y cinemáticas expuestas.

 

MÉTODOS

Las investigaciones experimentales fueron realizadas durante la cosecha mecanizada de arroz de la variedad “Reforma” en condiciones de producción durante el periodo de cosecha mayo-junio de 2015 en un lote de 2,65 ha con un rendimiento de 6,94 t/ha. El área cosechada está ubicada en el poblado de Batey Nuevo, el cual pertenece a la Empresa Agroindustrial de Granos situada en la localidad de Amarillas, municipio Calimete, provincia Matanzas. La cosecha se realizó empleando una cosechadora Claas Crop Tiger-30 (Figura 10) con un ancho de trabajo de 2,10 m.

Para establecer las condiciones de realización del experimento se determinó previamente un conjunto de parámetros constructivos, de operación y de regulación del molinete empleados en condiciones de producción, así como las principales propiedades del cultivo cosechado, las cuales se resumen en la Tabla 1.

 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En la Figura 12 se muestra la trayectoria de los puntos extremos de las aspas del molinete obtenida por Martínez (2008), durante la corrida del programa MOLINET, elaborado sobre la base de las expresiones expuestas en la fundamentación teórica.

Como resultado de los cálculos efectuados tomando como datos de entrada al programa los parámetros constructivos, de operación y de regulación del molinete empleados en condiciones de producción y de las propiedades del cultivo cosechado, expuestos en la Tabla 2, se obtuvieron los siguientes resultados:

Una representación gráfica a escala de la trayectoria del molinete y su interacción con los tallos y el órgano de corte, obtenida bajo las condiciones de producción, se muestra en la Figura 13.

En la Figura 13 se ha representado el diagrama vectorial de velocidades del punto extremo de las aspas del molinete (a) en el instante que incide en la masa vegetal.

Puede apreciarse que se cumple el primer requisito ya que el indicador del régimen cinemático λ > 1, sin embargo no se cumple el segundo requisito, debido a que la dirección de la velocidad absoluta, en el punto de incidencia del molinete con la masa vegetal, no coincide con la vertical.

Asimismo se aprecia de la Tabla 2 que el coeficiente de eficiencia del molinete, en su interacción con el órgano de corte y los tallos, alcanza valores excesivamente altos (η = 2,012 > 1), incumpliéndose el quinto requisito. En este caso, la franja equivalente de tallos que son cortados bajo el apoyo del molinete (br = 47,9 cm) resulta prácticamente el doble del paso del molinete (Sz = 23,81 cm), ocasionándose una alta frecuencia de golpeo innecesaria (Ng = 4,2 golpes/m), lo que conspira además contra el cumplimiento del tercer requisito, a pesar de que no es superada la velocidad permisible de golpeo, ya que la velocidad absoluta en el punto a (1,38 m/s, Tabla 2) no sobrepasa la velocidad permisible encontrada (1,50 m/s, Tabla 1).

Para el análisis del cumplimiento del cuarto requisito se compara la altura instalada del molinete (H01 = 95 cm, Tabla 1) con la altura mínima permisible (H02 = 100,31 ± 5,01 cm, Tabla 2) para que el extremo de las aspas del molinete no pasen por debajo del centro de gravedad de los tallos cortados. De la comparación se obtiene que H01<H02 (Figura 14), por lo que, de manera general, no se garantiza que los tallos sean dirigidos convenientemente hacia el transportador sinfín, corriéndose riesgos de incremento de las pérdidas por este concepto.

En cuanto a la salida del molinete, la selección efectuada en condiciones de producción (c = 25 cm) puede considerarse correcta, lo cual se puede apreciar en la Figura 8.

Como puede apreciarse de estos resultados, la mayor parte de los requisitos exigidos para un buen funcionamiento del molinete, no se cumplen bajo las regulaciones empleadas en condiciones de producción, por lo que es conveniente efectuar la corrección de los principales parámetros con vistas a garantizar una reducción de las pérdidas achacables a la acción del molinete.

Propuesta de parámetros de operación de la máquina y de regulación del molinete que posibiliten disminuir las pérdidas achacables a la acción del molinete

La corrida del programa “MOLINET”, empleando como variables de entrada los parámetros constructivos y las propiedades de la variedad cosechada, posibilitó ajustar los parámetros geométricos y cinemáticos del molinete, de tal manera de satisfacer los diferentes requisitos que garantizan una operación racional de este órgano de trabajo. Los parámetros de salida se resumen en la Tabla 3, donde se presentan los resultados obtenidos en cinco variantes evaluadas en el programa y su comparación con los resultados originales (columna 5) emanados de las regulaciones aplicadas en condiciones de producción. Nótese que en el conjunto de parámetros de entrada solo ha sido variada la salida c del molinete (fila 6).

De la Tabla 3 se aprecia que en todas las variantes analizadas (excepto la variante original) se obtiene un coeficiente de eficiencia de la acción conjunta del molinete con el órgano de corte η ≈ 1(fila 25), al lograrse valores similares de la franja de tallos br (fila 24) y el paso del molinete Sz (fila 21), reduciéndose la frecuencia de golpeo de las espigas Ng (fila 27) en aproximadamente un golpe por metro de avance de la máquina, sin elevarse excesivamente la velocidad absoluta de golpeo (entre 1,52 y 1,58 m/s, fila 26), por lo que en todas las variantes evaluadas se cumplen los requisitos quinto y tercero expuestos en la fundamentación teórica del cálculo de los parámetros del molinete.

Resulta importante destacar, asimismo, que todas las variantes evaluadas satisfacen a su vez el requisito segundo, garantizando que la velocidad absoluta en el punto de inicio del contacto del molinete con las espigas esté dirigida hacia abajo y en la dirección vertical. En la Figura 15 se ofrece una muestra gráfica del cumplimiento de este requisito para la variante con salida del molinete c = 15 cm.

Asimismo se garantiza el cumplimiento del primer requisito, al obtenerse, en todas las variantes evaluadas, valores del indicador del régimen cinemático λ > 1, describiendo el molinete una trayectoria “cerrada”, cumpliendo la función de acercar los tallos al órgano de corte, sostenerlos durante el corte y dirigirlos hacia el sinfín.

Para el análisis del cumplimiento del cuarto requisito se compara la altura instalada del molinete en las diferentes variantes propuestas (H01 = 112-116 cm, Tabla 3, fila 30) con la altura mínima permisible (H02 = 100,31 ± 5,01 cm, Tabla 3, fila 29), obteniéndose que incluso en la variante de menor altura de instalación (H01 = 112 cm) se obtiene que el extremo de las aspas del molinete pasa por encima del centro de gravedad de los tallos cortados (Figura 16)

 

CONCLUSIONES

• Como resultado de los cálculos efectuados tomando como datos de entrada al programa “MOLINET” los parámetros constructivos, de operación y de regulación del molinete empleados en condiciones de producción y las propiedades del cultivo cosechado, se determinó que no se satisface la mayor parte de los requisitos exigidos para un buen funcionamiento del molinete, por lo que es conveniente efectuar la corrección de los principales parámetros con vistas a garantizar una reducción de las pérdidas achacables a la acción de este órgano de trabajo;
• Se elaboraron cuatro propuestas de variantes de regulación correcta del molinete de la cosechadora objeto de estudio (con diferentes salidas respecto a la barra de corte), las cuales satisfacen el cumplimiento de los cinco requisitos que garantizan un funcionamiento correcto de este órgano de trabajo, así como un mínimo de pérdidas. Esas variantes contemplan la disminución del indicador del régimen cinemático (entre 2,15 y 1,80), lo cual se logra aumentando la velocidad de avance de la cosechadora entre 2,30 y 2,75 m/s, así como elevando la altura de colocación del eje del molinete entre 112 y 116 cm.

 

NOTA

La mención de marcas comerciales de equipos, instrumentos o materiales específicos obedece a propósitos de identificación, no existiendo ningún compromiso promocional con relación a los mismos, ni por los autores ni por el editor.

 

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Recibido: 25/01/2017

Aceptado: 11/09/2017

 

 

Dayana Torres-Sotolongo, estudiante de maestría en la Universidad Agraria de La Habana (UNAH), Facultad de Ciencias Técnicas, Centro de Mecanización Agropecuaria (CEMA), San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba. Correo electrónico: [e-mail]