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Sistema automatizado para la determinación de los costos energéticos y de explotación de máquinas autopropulsadas
Automated System for Determination of Energy and Operating Costs of Self-Propelled Machines
M.Sc. Héctor R. de las Cuevas-Milán, Dr.C. Idaris Gómez-Ravelo, Dr.C. Mario I. Herrera-Prat, Dr.C. Pedro Paneque-Rondón
Universidad Agraria de La Habana, Facultad de Ciencias Técnicas, Centro de Mecanización Agropecuaria, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.
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RESUMEN
El sistema automatizado “CEEautoprop”, determina los costos energéticos y de explotación de las máquinas agrícolas autopropulsadas, modelando analíticamente el trabajo de la máquina en el campo, determinando los gastos horarios (MJ/h) y por unidad de área trabajada (MJ/ha), contemplando la energía secuestrada en materiales de construcción, fabricación, transporte; combustibles; lubricantes; reparación / mantenimientos y mano de obra. Además evalúa los costos de explotación horarios (peso/h) y por unidad de área trabajada (peso/ha), contemplando el desembolso por concepto de salarios, amortización, reparaciones y mantenimientos y combustible del sistema. Este sistema automatizado ha sido utilizado para la determinación de los costos energéticos y de explotación de diferentes máquinas cosechadoras de caña en Cuba y la República Bolivariana de Venezuela, con elevada fiabilidad en los resultados obtenidos.
Palabras clave: costo horario (MJ/h), costo por unidad de área trabajada (MJ/ha), energía secuestrada.
ABSTRACT
Automated system “CEEautoprop”, determines energy and operating costs of self-propelled agricultural machines, analytically modeling the work of the machine in the field, determining the hourly costs (MJ/h) and per area unit worked (MJ/ha), considering energy sequestered in materials of construction, manufacture, transport; fuels; lubricants; repair / maintenance and labor. In addition, it evaluates the hourly operating costs (weight / h) and per area unit worked (weight / ha), contemplating the disbursement for wages, amortization, repairs and maintenance and fuel of the system. This automated system has been used to determine energy and operating costs of different cane harvesters in Cuba and the Bolivarian Republic of Venezuela, with high reliability in the results obtained.
Keywords: Hourly energy cost (MJ/h), Energy cost for unit of worked area (MJ/ha), sequestered energy.
INTRODUCCIÓN
]]> Actualmente en Cuba, se trabaja en el perfeccionamiento de la Empresa Azucarera, fortaleciendo sus relaciones con las unidades agrícolas, con el fin de establecer bases sólidas que garanticen la disponibilidad de caña para la industria. En esa dirección, se prevé la creación de asociaciones económicas entre el central azucarero y las unidades productoras de caña, que viabilicen un crecimiento y desarrollo armónico entre la industria y el campo, en todos sus aspectos, técnicos, económicos y sociales.La disminución de los costos de producción resulta de importancia crucial dada la situación de las fluctuaciones prevalecientes en el mercado azucarero que no muestra síntomas de mejoramiento a corto plazo, en gran medida por razones vinculadas a la bien conocida situación económica internacional. En estas circunstancias y por lo que podemos prever para el futuro, es de gran importancia trabajar por la excelencia en la calidad con los mínimos costos económicos y energéticos de las labores agrícolas mecanizadas.
En Cuba se han introducido modernas cosechadoras que representan un gran avance en la tecnología e implementan profundas transformaciones en el sistema de cosecha mecanizada, el transporte y recepción de la caña en la industria, que llevan implícitos altos consumos energéticos, en su mayoría a partir de combustibles fósiles, además de los elevados precios de las mismas en el mercado internacional, por lo que resulta de gran importancia el estudio de los costos energéticos y de explotación de estos medios técnicos, con vistas a elevar la eficiencia del proceso tecnológico de cosecha, minimizando los costos anteriormente mencionados, además en sentido general no existe información suficiente sobre el comportamiento de esta tecnología en la etapa de explotación. (Suárez et al, 2006; Daquinta et al, 2014).
Teniendo en cuenta lo antes expuesto, en el presente trabajo se desarrolla un sistema automatizado, que permita determinar los costos energéticos y de explotación de las máquinas agrícolas autopropulsadas, lo cual permite el estudio del proceso tecnológico donde participan máquinas grandes consumidoras de energía y de capital, permitiendo la toma de decisiones a partir de los resultados obtenidos del sistema de cómputo.
MÉTODOS
Fundamentos teóricos
Costos energéticos en máquinas autopropulsadas
Se modificó la metodología para establecer los costos energéticos de ejecución de la operación, presentada por Hetz y Barrios (1997a y 1997b) y apoyada por los antecedentes presentados por ASAE (1993), Fluck (1992) y Stout (1990). Esta metodología determina los costos energéticos totales de la operación con máquinas autopropulsadas (MJ/h), adicionando la energía secuestrada en los materiales de construcción incluyendo la fabricación y transporte, combustible, lubricantes/filtros, reparaciones / mantenimientos, y la mano de obra necesaria para operar los equipos.
Los costos energéticos totales de la operación agrícola mecanizada con máquinas autopropulsadas se calculan según la ecuación (1): ]]> (1)
donde:
ESTma - costos energéticos totales de la máquina autopropulsada, MJ/h;
ESma - energía secuestrada en los materiales, fabricación, y transporte, MJ/h;
EScma - energía secuestrada en combustible, MJ/h;
ESlma - energía secuestrada en lubricantes/filtros, MJ/h.
La energía secuestrada en los materiales, fabricación, y transporte (ESma) se calculó usando la ecuación (2):
(2)
donde:
Gma - masa de la máquina autopropulsada, kg;
]]> EUma - energía por unidad de masa de la máquina autopropulsada, MJ/kg;VUma - vida útil de la máquina autopropulsada, h.
Los valores para Gma en la ecuación (2) son obtenidos de mediciones experimentales y de catálogos de los fabricantes, los valores de EUma se obtuvieron de Fluck (1981, 1985, y 1992), Stout (1990) así como, de Hetz y Barrios (1997a) y Hetz (1998), los valores de VU se obtuvieron de Paneque (2000a y 2000b) y Paneque et al. (1998).
La energía correspondiente al combustible utilizado (EScma) se calculó con el estándar propuesto por ASAE (1993), apoyados por Hetz y Barrios (1997b) y Paneque et al. (1998), según la ecuación (3):
(3)
donde:
ghma - consumo horario de combustible, L/h;
Eema - energía específica del combustible, MJ/L.
La energía correspondiente a lubricantes/filtros (ESlma) y reparaciones/mantenimiento (ESmrma) se calculó según lo propuesto por Fluck (1985) y calculados por Hetz y Barrios (1997a) como 5% de la energía del combustible y 129% la energía correspondiente a materiales/fabricación, respectivamente. El gasto energético de la mano de obra (ESmoma) se estableció según lo propuesto por Fluck (1981).
Estos costos energéticos expresados en MJ/h fueron transformados a MJ/ha utilizando la productividad de máquina autopropulsada, mediante la ecuación (4): ]]>
(4)
donde:
ESha - costos energéticos totales de la operación agrícola mecanizada por unidad de área trabajada, MJ/ha;
Wma - productividad de la máquina autopropulsada, t/h.
Costos de explotación de las máquinas autopropulsadas
Para la determinación de los costos de explotación, en la ejecución de las operaciones agrícolas mecanizadas con máquinas autopropulsadas se desarrolló una metodología de cálculo a partir de la norma cubana NC 34 – 38 (2003). Esta metodología determina los costos de explotación en peso/h, adicionando los costos por concepto de salarios, amortización, reparación, mantenimientos y en combustible, así como los costos por unidad de área trabajada (peso/ha).
Los costos de explotación en la ejecución de las laboreas agrícolas mecanizadas con máquinas autopropulsadas, se representan por la expresión siguiente:
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donde:
Cexma - costos de explotación de la labor agrícola mecanizada con máquinas autopropulsadas, peso/ha;
]]> Cdma - costos directos de explotación de la operación agrícola mecanizada, peso/h. Los costos directos de explotación de la operación agrícola mecanizada con máquinas autopropulsadas se componen de:
(6)
donde:
Csma - costos por concepto de salario, peso/h;
Cama - costos por concepto de amortización, peso/h;
Crmma - costos por concepto de reparaciones - mantenimientos, peso/h;
Ccma - costos por concepto de consumo de combustible, peso/h.
Los costos por concepto de salario se determinan por la ecuación (7):
(7)
St - salario horario del operador de la máquina autopropulsada, peso/h;
Soax - salario horario de los obreros auxiliares que trabajan en la máquina, peso/h;
Noax - número de obreros auxiliares que trabajan en la máquina.
Los costos por concepto de amortización se determinan por la ecuación (8):
(8)
donde:
Pma - precio de la máquina autopropulsada, peso;
Ama - coeficiente de la máquina autopropulsada;
Tma - carga anual de la máquina autopropulsada, h.
Los costos por concepto de reparaciones y mantenimientos se expresan por: ]]>
(9)
donde:
Rma - coeficiente de reparación y mantenimiento de la máquina autopropulsada.
El cálculo de los costos por concepto de consumo de combustible de la máquina autopropulsada, se calcula por la expresión siguiente:
(10)
donde:
Bco - precio del combustible consumido por la máquina autopropulsada, peso/L.
Sistema automatizado para la determinación de los costos energéticos y de explotación
La investigación teóricas desarrollada, permitieron desarrollar el sistema automatizado “CEEautopro” sobre plataforma de trabajo en EXCEL para WINDOWS, el cual realiza una modelación analítica del proceso de trabajo de la máquina autopropulsada, determinando los costos energéticos y de explotación para diferentes condiciones de explotación.
]]> Al entrar al sistema se accede directamente al Panel de Control, el cual está dividido en dos partes: Entrada de datos y Resultados (Figura 1)La entrada de datos contiene lo siguiente:
Información primaria: Acceder a una hoja de cálculo, que permite la entrada de datos sobre las características técnicas, indicadores de explotación, energéticos y económicos de la máquina autopropulsada analizada. Esta hoja presenta un botón de comando para el regreso al Panel de Control. (Figura 2).
Los resultados contienen los siguientes botones:
Costos energéticos: Accede a las operaciones de cálculo que contemplan la determinación de la energía secuestrada en materiales, fabricación y transporte; combustible; lubricantes; reparaciones/mantenimientos y mano de obra de la máquina autopropulsada analizada. Además aparece representado gráficamente el comportamiento de cada partida de costo energético en MJ/h.
Esta hoja presenta un botón de comando para el regreso al Panel de Control. (Figura 3)
Indicadores económicos: Se determinan los indicadores económicos del sistema, contemplando los costos de salario, amortización, reparación y mantenimientos, combustible, costos directos y costos de explotación. Se representa en una gráfica de barra la variación que experimenta los indicadores de costos económicos de la máquina analizada en cuestión. Esta hoja presenta un botón de comando para el regreso al Panel de Control. (Figura 4)
Acerca de: Muestra los nombres y apellidos de los autores, versión, logotipo y dirección del centro de trabajo, etc. Esta hoja presenta un botón de comando para el regreso al Panel de Control.
A modo de ejemplo se muestra a continuación los resultados obtenidos del sistema automatizado “CEEautoprop”, para el caso de la cosechadora de caña CASE 7000, durante su trabajo en el Complejo Agroindustrial “Dr. Antonio Nicolás Briceño”, en el Estado Trujillo, República Bolivariana de Venezuela.
El desglose de los costos energéticos de la cosechadora CASE en condiciones de explotación se observa en la Figura 5, donde, la energía secuestrada en combustible representó la mayor consumidora con 80,40% (1622,28 MJ/h), sucedido por los mantenimientos y reparaciones con 175,76 MJ/h, en materiales, fabricación y transporte con 136,25MJ/h, lubricantes (81,11 MJ/h) y en mano de obra 2,28 MJ/h.
]]> Como se muestra en la Figura 6 para la cosechadora de caña CASE el mayor peso de los costos directos de explotación, recae sobre los costos por concepto de reparación y mantenimiento con amortización con 295,70 BsF/h, le continúan los costos por concepto de amortización con 213,42 BsF/h; sucedidos por los costos por concepto de salario y de combustible y lubricantes con 39,16 y 1,63 BsF/h respectivamente. Este comportamiento de los bajos valores de los costos de combustible se debe a bajo precio del mismo en el mercado de Venezuela.
CONCLUSIONES
-El sistema automatizado “CEEautoprop” determina los costos energéticos y de explotación de las máquinas autopropulsadas, para diferentes condiciones de explotación, garantizando rapidez y fiabilidad de los resultados obtenidos.
-El software CEEautoprop es de fácil manipulación, accediendo a cada parte del mismo mediante el vínculo del usuario con el Panel de Control.
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: 28/02/2016
Aceptado: 13/03/2017
Héctor de las Cuevas Milán, Inv. Aux., Universidad Agraria de La Habana, Facultad de Ciencias Técnicas, Centro de Mecanización Agropecuaria, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba. E-mail:hector@unah.edu.cu
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