Creation of a picking and shredding machine to feed species for feedi=
ng
livestock in the province of Chimborazo, Calpi =
parish
Eugenia
Mercedes Naranjo Vargas[1],
Carlos José Santillán Mariño[2],
Daniela Belén García Madroñero[3]
Recibido: 10-02-2019 / Revisado: 12-0=
2-2019
/Aceptado: 04-03-2019/ Publicado: 04-04-2019
The objec=
tive
of the project was to know the reality that the agricultural producers live=
in
the sector of the parish of Calpi belonging to =
the
province of Chimborazo and also seeks to improve=
in
some way some procedures that are required to prepare and optimize food for
livestock. It was observed that the feed for livestock must be constant in
addition to containing a high nutritional value in terms of fiber, vitamins,
minerals and proteins. Therefore, it is advisable to supply the rations in
several balanced portions so that the animal has enough time to make a corr=
ect
digestion, and an optimal development depending if it is for meat, producti=
on
of young or for milk.
Based on everything said above, in order to
improve the methods that were made in a manual way, it is possible to design
and implement a crushing machine for forage products. This machine aims to
reduce costs in the feeding of livestock and fundamentally to prepare in a
personal, fast and balanced way the food that the cattle require. Producers
will have a better way to crush and chop forage species, as well as differe=
nt
types of tubers. Thanks to this, it is possible to save storage spaces for
livestock feed, with the peculiarity of being able to take better control of
the nutrients needed in the daily feeding of each animal according to the
species and size of the livestock.
Keywords:
crushing
machine, forage species, chopped, cattle.
Resumen.
El objetivo del proye=
cto
fue conocer la realidad que viven los productores agrícolas en el sector de=
la
parroquia de Calpi perteneciente a la provincia=
de
Chimborazo y también se busca mejorar de alguna forma algunos procedimientos
que se requieren para preparar y optimizar el alimento para el ganado. Se p=
udo
observar que el alimento para el ganado debe ser constante además de conten=
er
un alto valor nutricional en cuanto a fibra, vitaminas, minerales y proteín=
as. Por
tanto, es recomendable suministrar las raciones en varias porciones
equilibradas para que el animal tenga el tiempo suficiente para realizar una
correcta digestión, y un óptimo desarrollo dependiendo si es para carne,
producción de crías o para leche.
En
base a todo lo dicho anteriormente, con la finalidad de mejorar los métodos=
que
se hacían de una forma manual, se logra diseñar e implementar una máquina
trituradora para productos forrajeros. Ésta máqu=
ina
pretende disminuir costos en la alimentación del ganado y fundamentalmente
preparar de manera personal, rápida y equilibrada los alimentos que requier=
e el
ganado. Los productores tendrán una mejor forma de triturar y picar especies
forrajeras, así como diferentes tipos de tubérculos. Gracias a esto se puede
economizar los espacios de almacenamiento del alimento para el ganado, con =
la
particularidad de poder llevar un control más adecuado de los nutrientes
necesarios en la alimentación diaria de cada animal de
acuerdo a la especie y tamaño del ganado.
Palabras claves: máquina
trituradora, especies forrajeras, picado, ganado.
Intro=
ducción.
Actualmente en el paí=
s,
gracias a la riqueza de terreno y a la flora que posee, muchas de las
organizaciones tanto gubernamentales como del sector privado están enfocada=
s en
gran medida a impulsar el sector agrícola, aportando de esta forma con el
desarrollo económico del Ecuador.
Con el pasar de los a=
ños,
y debido a la demanda de productos agrícolas, la tecnología, conjuntamente
con la modernización de herramientas han permitido a la comunidad
campesina, innovar e implementar nuevos métodos de sembrado y cosecha de sus
terrenos. Todo esto con el fin de facilitar la vida diaria del productor, y
también producir más y en menor tiempo. Es por ello que=
se propone el desarrollo de una máquina trituradora para productos forrajer=
os.
El diseño, desarrollo=
e
implementación de dicha máquina está dirigido para la parroquia Calpi ubicada en la Provincia de Chimborazo. Con ella=
, los
productores tendrán un mayor control sobre los alimentos que consume el gan=
ado,
con esto se aprovechará por completo todo el alimento evitando el desperdic=
io
excesivo que se tiene cuando el ganado se le alimenta con productos forraje=
ros
enteros. Al implementar dicha maquinaría también se podría reducir el tiempo
que se dedica a la alimentación del ganado, la mano de obra, optimizar el
alimento para el ganado, así como otros aspectos importantes que interviene=
en
la vida diaria del campesino.
Picadora de Forrajes
La picadora de forrajes es una máquina que se usa
convertir en pequeñas partículas diferentes tipos de plantas que usualmente=
se
destinan a la alimentación del ganado, en este caso en su gran parte existen
varias especies forrajeras. Las diferentes especies de flora por lo general=
se
suministran enteras a la máquina. Todo el producto procesado es lanzado por=
un
tubo de descarga
Figura 1: Máquinas Trituradora.
Fuente: Los
autores.
Funcionamiento
El funcionamiento teó=
rico
de la máquina trituradora se basa en el accionamiento de un motor eléctrico=
o a
su vez puede ser de combustión interna, puede funcionar a base de gasolina o
diésel, lo más común que se puede encontrar en el país. Toda máquina picado=
ra
se compone de una estructura metálica, en el centro tiene un eje que es mov=
ido
por el motor, este eje se compone de cuchillas que van cortando todas =
las
plantas que se ingresen a la máquina. También en algunos casos, tiene un
ventilador interno que las lanza las partículas picadas al exterior a travé=
s de
un tubo de descarga.
Componentes
Bastidor:
Estructura metálica que sirve de soporte para todos los elementos que confo=
rman
la máquina, entre ellos el motor, polea, rotor, las carcasas protectoras, la
bandeja de alimentación y el tubo de descarga.
Figura
2:
Diseño Bastidor.
Fuente:
Los
autores.
Bandeja de alimentación:
Generalmente son formadas por planchas de acero, se sitúa en la entrada de =
la
máquina y se dirige hacia el rotor, se coloca a una altura determinando par=
a la
comodidad del obrero. Todo el material se inserta sobre la bandeja de alime=
ntación
y posteriormente se empuja poco a poco mientras se va picando el alimento p=
or
las cuchillas.
Figura
3:
Diseño bandeja de alimentación.
Fuente:
Fuente
energética: Por lo general para dar movimiento a =
toda
máquina se usa un motor con el fin de trasmitir la rotación a una polea, qu=
e a
su vez mueve a la polea del rotor a través de correas, con esto se consigue=
dar
movimiento a las cuchillas para picar el alimento, para lo cual se seleccio=
nó
un motor de combustión a gasolina de segunda mano.
Figura
4:
Diseño motor
Fuente:
Biblioteca
solidworks
Carcazas
protectoras: Son piezas constituidas por láminas de
metal que protegen al operador debido al peligro que existe por los compone=
ntes
en movimiento, ya sean poleas, correas, rotor, etc.
Figura 5:
Diseño carcaza
Fuente:
Los
autores
Cuchillas: El
eje de la máquina, es decir el rotor posee de dos a cuatro cuchillas que al
girar van cortando en pequeñas partículas el material que se inserte en la
máquina.
Figura 6:
Diseño cuchilla
Fuente:
Los
autores
Tubo de descarga:
Pieza que tiene la forma de un tubo, el cual se caracteriza porque es de
sección cuadrada. Desde esta componente permite desplazar las plantas picad=
as
hacia el exterior. Dependiendo de la altura, permite la entrega directa a un
medio de transporte o la descarga formando pilas de almacenamiento
Figura
7:
Diseño tubería de descarga
Fuente:
Los
autores
Figura
8:
Diseño Máquina Trituradora Forrajera
Fuente:
Los
autores
Características
del Alimento
Todo el alimento que =
se
debe dar al ganado, para un buen procedimiento de cría, debe ser equilibrad=
o en
cuanto a vitaminas, minerales y proteínas se trata, tomando en cuenta los
requerimientos de cada animal ya sea edad, sexo o esté destinado a la
producción. Por lo general las vacas consumen diariamente cerca del 10% de
pasto fresco con relación a su peso vivo. Por ejemplo, si una vaca pesa 500=
kg,
entonces en consecuencia debería comer lo siguiente:
500
kg de peso vaca x 10% =3D 50 k=
g de
pasto fresco/día
Las
haciendas ganaderas pueden dedicarse al negocio de carne, leche o sus
derivados, es por ello que involucra distintas e=
tapas
desde que el ternero nace hasta que está listo para la comercialización del
producto final, así que el tema de alimentación y nutrición del ganado es
esencial, además es muy importante para obtener buenos ingresos monetarios.
(Fonseca, 2016)
La
ración diaria que se destina para la alimentación debe proveer de una adecu=
ada
cantidad de nutrientes para el crecimiento, mantenimiento corporal y preñez.
Los alimentos deben contener carbohidratos, proteína, minerales, vitaminas,
agua y la cantidad necesario de alimento apropiado y balanceado.
Sabiendo
todo esto, a continuación, se detalla el proceso que tiene que hacer el
ganadero para alimentar a sus animales con la ayuda de la máquina triturado=
ra
propuesta en el presente proyecto.
Figura 9: Etapas para la alimentación del ganado
Fuente: https://www.gea.com.es
Todo
el alimento destinado al ganado bovino debe ser fresco, también se debe var=
iar de acuerdo a valores nutricionales de flora y entregar=
de
acuerdo a la edad del animal. Todo el alimento que se obtiene de las cosechas, debe estar previamente clasificado y balance=
ado en
contenedores especiales con condiciones de luz y temperatura adecuadas.
El
ganadero debe extraer la cantidad necesaria que se le dará al ganado en el =
día
desde los contenedores. Una vez elegida la cantidad debe colocar el alimento
forrajero en la bandeja de entrada de la máquina. Una vez hecho esto, el
producto caerá progresivamente por la tubería que conduce hacia la cámara
trituradora donde se encuentra las cuchillas. En cuanto a las cuchillas su
tamaño grosor y otras características dependerán directamente del tipo de
alimento final que tendrá o que requiera el productor para su ganado.
Después
de esto, en la sección de picado, las cuchillas inician su movimiento y van=
girando dependiendo a las revoluciones dadas por un el=
emento
de potencia como es el motor. Se consigue de esta forma que el alimento vaya
siendo triturado progresivamente, este alimento ya triturado cae sobre una
tubería final donde mediante un ventilador adicional el producto es lanzado=
al
exterior desde la bandeja final hacia un contenedor esperando el alimento
picado.
Para
finalizar este proceso se procede a guardar los alimentos o a su vez, se los
utiliza inmediatamente para la alimentación del ganado bovino. La máquina
adicionalmente tiene un acceso o compuerta hacia el contenedor de las cuchi=
llas
donde se alojarán los desperdicios, los cuales serán desalojados por dicho
acceso. Adicional, se lo puede utilizar para el mantenimiento de la máquina
tanto en la parte mecánica de movimiento, así como en la sección de picado =
que
constituyen las cuchillas y otros elementos cortantes.
Metodología.
En el proceso de análisis tanto de diseño, como de
construcción se aplica metodología empírico descriptivo aplicativo al
desarrollo de la presente máquina además de detallar un proceso de desarrol=
lo
en el que se detalla a continuación.
Figura 9: Diagrama de flujo de la creación de la máquina
trituradora
Fuente: Los
autores
Resultados.
Parámetros
de Diseño
La tolva de alimentac=
ión
es el cuerpo que permite la entrada del producto hacia la cámara de
trituración, entonces el ganadero debe calcular la cantidad de ganado que
tiene, en este caso se debe alimentar a un promedio de 30 cabezas de ganado=
de
distintas edades por día.
La capacidad de
producción de alimento por día debe ser en un promedio de 1.5 toneladas. El
recinto donde tienen al ganado tiene la posibilidad de aumentar más animale=
s,
así que para el diseño de la máquina se ha considerado el doble de la capac=
idad
de producción diaria actual.
El tiempo que va a
trabajar la máquina es de 8 horas diarias, entonces la capacidad de producc=
ión
deberá ser calculada de la siguiente manera:
|
|
=
|
(1) |
Donde:
Q
=3D
capacidad real por hora.
Qd =3D capacidad rea=
l de
trabajo.
H
=3D
número de horas de trabajo por día.
Y aplicando la Ecuación 1 con datos numéricos se
tiene:
Como existe la posibilidad de duplicar la producci=
ón
entonces se tiene:
=
Por consiguiente, para
soportar todo ese volumen de producto para la trituración, las medidas de la
tolva que se va a usar son:
Área Base inferior=3D 0.0216 m2
· =
Ancho =3D 0.18 m
· =
Alto =3D 0.12 m
Área Base superior: 0.048 m2
· =
Ancho =3D 0.4 m
· =
Alto =3D 0.12 m
Altura entre
bases: 700 mm
Entonces para calcula=
r el
volumen que va a soportar la tolva diseñada se aplica la siguiente fórmula:=
|
|
=
|
(2) |
Sistema
de transmisión mecánica
Para el proceso de
movimiento de las cuchillas de corte forman parte fundamental del diseño del
sistema mecánico, se lo realizó mediante el principio de transmisión mecáni=
ca,
es decir un conjunto de dos poleas ubicadas de tal manera una cierta distan=
cia
y un ángulo de inclinación, acopladas por medio de una correa por efecto del
rozamiento, se transmita potencia desde un punto a otro, esta fuerza se
transmite por el giro del motor sobre la polea ubicado en un extremo,
ejerciendo un movimiento sobre la correa y finalmente transmitiendo la pote=
ncia
generada sobre la polea del otro extremo.
Componentes
del sistema de transmisión
· =
Polea motriz: también
llamada polea conductora, esta polea está sujeta al eje del motor, el mismo=
que
permite el movimiento a la correa adquiriendo de esta manera un movimiento
propio.
· =
Polea conducida: esta polea es la que se encuentra anclada un eje al que se desea gene=
rar
el movimiento, en este caso al rotor de las cuchillas
· =
Correa de transmisión: son cintas cerradas de cuero flexible y otros materiales
resistentes que se emplea para transmitir el movimiento de rotación entre l=
os
dos ejes.
Calculo de la longitud de la correa de
transmisión
Para saber que la
longitud de la correa que se ajustará entre las dos poleas se aplica la
fórmula:
|
|
=
|
(3) |
Donde:
L=3D
Longitud
de la correa en mm.
D
=3D Diámetro
de la polea mayor.
d
=3D Diámetro
de la polea menor.
C
=3D Distancia
entre centros.
Entonces, con los datos conocidos se procede a obt=
ener
el dato numérico de la longitud de la correa. Se toma en cuenta el uso de un
par de poleas de diferente diámetro.
Datos:
D
=3D 60
mm, d =3D 35 mm, C =3D 480 mm
Aplicando la ecuación 5 se obtiene:
Cálculo
de torque de un motor
Para el cálculo del torque que proporc=
iona
usamos la siguiente formula.
|
|
|
(4) |
T =3D 1,12 (Kg-m)
Figura 11: Cálculo de torque de un motor
Fuente: Los autores
Esfuerzo
de Torsión
|
|
|
(5) |
Para ejes macizos
Esfuerzo
de Flexión
|
|
|
(6) |
<=
/span> Para ejes macizos
Esfuerzo
de Axiales
|
|
=
|
(7) |
Para
ejes macizos
Al hacer las pruebas pertinentes con la máquina, se
detectaron posibles fallas y por ende se presentan posibles soluciones para=
un
mejor uso de la máquina construida.
Problemas
1. &n=
bsp; Baja producción
2. &n=
bsp; La máquina no puede moler produ=
ctos
secos
3. &n=
bsp; El motor no enciende fácilmente=
4. &n=
bsp; Acumulación de producto dentro =
de la
máquina
5. &n=
bsp; Corte irregular del producto
Posibles
causas del problema
1.
Para la baja producción se puede tener: El producto introducido está
húmedo, no existe suficiente producto en la tolva
2. Puede que exista un elemento o residuos en grandes cantidades que bloqueen el movimiento normal del eje o a su vez están demasiados gastados<= o:p>
3.
La causa se debe a que se está excediendo al momento de insertar el
producto que la máquina pueda soportar y por eso el motor no puede arrancar
fácilmente
4.
Al tener demasiado alimento a triturar no permite el giro normal del
motor
5.
Se puede deber a falta de filo en las cuchillas
Soluciones
1. &n=
bsp; Se debe insertar solamente prod=
uctos
secos
2. &n=
bsp; Limpiar la máquina una vez term=
inada
la jornada laboral
3. &n=
bsp; Antes de encender verificar que=
la
cámara de trituración esté vacía
4. &n=
bsp; Apagar brevemente la máquina y
limpiar los excesos de producto
5. &n=
bsp; Se debe afilar nuevamente las
cuchillas.
Conclusiones.
· =
Dentro del estudio dinámico se =
pudo
comprender profundamente varias leyes que rigen al movimiento del rotor para
mover las cuchillas conjuntamente con el sistema=
de
transmisión mecánica, verificando de esta forma las leyes físicas que lo ri=
gen.
· =
Se pudo aplicar ecuaciones para
obtener los cálculos necesarios que permitan dimensionar los diferentes
mecanismo y componentes que actúan en la máquina trituradora para que cumpl=
a de
manera correcta la función asignada.
· =
Se concluye que la máquina puede
trabajar eficazmente al picar diferentes plantas y productos forrajeros sie=
mpre
y cuando se respete la capacidad permitida de materia prima.
· =
La máquina cumple con el objeti=
vo
propuesto, logrando así optimizar el tiempo de los trabajadores, además se
puede mezclar el alimento destinado al ganado para variar los nutrientes
necesarios para la crianza del animal de acuerdo a la
edad en la que se encuentre.
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Para
citar el artículo indexado.
Naranjo
E., Santillán C., García D., & Pilco R. (2019). Creación de una máquina picadora y trituradora de espe=
cies
forrajeras para alimentación de ganado en la provincia de Chimborazo, parro=
quia
Calpi. =
Revista
electrónica Ciencia Digital 3(2), 109-123. Recuperado desde: http://cienciadigital.org/revistacienciadigita=
l2/index.php/CienciaDigital/article/view/378/824
El artículo qu=
eda
en propiedad de la revista y, por tanto, su publicación parcial y/o total en
otro medio tiene que ser autorizado por el director de la Revista Ciencia Digital.
[1]Escuela
Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Mecánica, Carrera de Ingeni=
ería
Industrial. Riobamba, Ecuador, eugenia.naranjo@espoch.edu.ec
[2]
Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Mecánica, Carrera de
Ingeniería Industrial. Riobamba, Ecuador, carlos.santillan@espoch.edu.ec
[3]
Escuela
Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Mecánica, Carrera de Ingeni=
ería
Industrial. Riobamba, Ecuador, daniela_bgm2017@hotmail.com
[4]
Escuela
Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Mecánica, Carrera de Ingeni=
ería
Industrial. Riobamba, Ecuador, prodolfopilco29@gmail.com
<= o:p>
www.cienciadigital.org
=
Vol.
3, N°2, p. 109-123, abril - ju=
nio,
201