Design and manufacture of a prototype f=
or motocultor moldboard plow.
Marcelo Castillo
The present work deals with the design and
construction of: I) tools for mechanization of primary agriculture (farm to=
ols)
such as disc and mouldboard plows, furrowers an=
d II)
transportation tools for elements and inputs of agriculture: trailer and
sprayer equipment and / or irrigation, both groups designed to be driven by=
a
walking tractor; The objective of this written is to publicize the variety =
of
tools that can be manufactured in the country, their uses and their impact =
on
national agricultural production. In the design phase, data from ASABE (Soc=
iety
of Agronomists and Biologists) are used as the specific resistance values
for the loads that can be assigned to the design software in
accordance with the predominant deficient type in each ecuadorian
region. INEN ISO 5718 Standard is=
also
applied with respect to the minimum requirements of materials to be conside=
red
"agricultural" grade; Prototypes of implements have been obtained
under Ecuadorian standards to which field trials have been carried out to
validate their functionality; It is concluded that the prototypes collabora=
te
in agricultural work, improve working conditions, save time and money in
production and prevent diseases related to agriculture, finally make refere=
nce
to the importance of the issue that the country is eminently agricultural a=
nd
needs to be potentiated both the production of agro-parts and the improveme=
nt
of working conditions in the rural sector, it is recommended to continue wi=
th
the subsequent studies of the generated prototypes.
Keywords: Motocultor, Agricultural Implements, Specific.
El
presente trabajo trata del diseño y construcción de: I) herramientas para
mecanización agrícola primaria (aperos) como: arados de disco y vertedera,
surcadoras y II) herramientas de transporte para elementos e insumos del ag=
ro:
remolque y equipo fumigador y/o riego, ambos grupos diseñados para ser
exclusivamente traccionados por motocultor; el objetivo del presente escrit=
o es
dar a conocer la variedad de aperos que se pueden fabricar en el país, sus =
usos
y su impacto en la producción agrícola nacional. En la fase de diseño se us=
an
datos de ASABE (Sociedad de Ingenieros Agrónomos y Biólogos por sus siglas =
en
inglés) como son los valores de resistencia específica del suelo para anali=
zar
las cargas que se ha de asignar al software de diseño en concordancia con el
tipo de suelo predominante en cada región ecuatoriana, también se aplica la
Norma INEN ISO 5718 respecto de los requerimientos mínimos de los materiales
para que sean considerados de grado “agrícola”; se han obtenido prototipos =
de
aperos bajo normas ecuatorianas a los mismos que se han realizado ensayos de
campo para validar su funcionalidad; se concluye que los prototipos ayudan
significativamente en las labores agrícolas, mejoran las condiciones de
trabajo, ahorran tiempo y dinero en la producción y previenen enfermedades
profesionales relacionadas con la agricultura, finalmente cabe recalcar la
importancia del tema ya que el país es eminentemente agrícola y se requiere
potencializar tanto la producción de agropartes=
como
de mejorar las condiciones de trabajo en el sector rural, se recomienda
continuar con estudios posteriores de los prototipos generados.
Palabras Claves: Motocultor, Aperos, Resistencia Específica D=
el
Suelo, Tipos De Suelo, Arado, Surcadora
Introducción.
En Ecuador y
específicamente en
la provincia de Chimborazo se
desarrollaba una agricultura pobre en mecanización agrícola,
producción mínima
En la Facultad de Mecánica de la Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, se
han venido desarrollado
tecnológicamente el diseño y construcción de los implementos para
maquinaria
agrícola
e industrial con el
afán de vincularse
al país y
mejorar el estilo =
de =
vida de
los
agricultores.
Con el diseño
de implementos agrícolas que complementen el trabajo
generado
por
el motocultor, se consigue
aumentar la
eficiencia
de los procedimientos agrícolas para el arado de la tierra, debido a
que estas técnicas
disminuyen
tiempo y mano de obra.
La utilización de grandes tractores
provoca grandes problemas
ocasionados por sus sistemas de arado que implican debido a su
peso produciendo efectos negativos como es la compactación =
del =
suelo,
además con
un correcto equipamiento de los motocultores se
evitará la adquisición
de
maquinaria pesada
logrando disminuir el consumo de combustible y ahorrar espacio para =
el
almacenamiento del
motocultor y de
aperos.
Cuando se adquiere
un motocultor nuevo =
viene dotado de un único
accesorio que ofrecen las
casas comerciales de
motocultores denominado “rotavator”, el cual es costoso
y no proporciona un eficaz trabajo agrícola. Este es un punto
favorable para el desarrollo del presente proyecto, debido a que con el diseño
de accesorios más adecuados aumentarán
la diversificación de funciones a
realizar y
disminuirán los costos de
producción agrícola.
El ministerio
de agricultura, ganadería y pesca
(MAGAP), regional de Chimbo=
razo, cuenta con un número considerable
de motocultores
que han sido entregados dentro del país, sin
embargo, no han podido
ser
utilizados debido a
que no cuentan con los aperos apropiados para
brindar un funcionamiento
eficaz, produciendo
un efecto negativo
en el sector campesino en
cuanto tiene que ver con
la
versatilidad de maquinaria y mejoramiento en la producción agrícola.
Importancia d=
el Problema.
En el MAGAP de
la provincia de Chimborazo
existen alrededor de 150 m<=
/span>otocultores
YTO
DF-15L acumulados en sus patios, que se
importaron para suplir las necesidades de los agricultores chimboracenses, =
los que presentan
baja fiabilidad
en su órgano de labranza denominado “rotavator” o “rototiller”, =
el cual
presenta
resistencia
Como resultado a esto,
los agricultores no
han adquirido la maquinaria,
dado que incurriría en
gastos
de reparaciones
e implementaciones, por lo tanto, los motocultores se encuentran en bodega
por no tener más accesorios adecuados para el laboreo agrícola, provocando pérdidas
económicas por almacenamiento y
no contribuye al desarrollo agrícola.
Metodología.
Conocidos también como tractores monoeje (un sólo
eje de ruedas), son máquinas polivalentes que ofrecen grandes
posibilidades
en la agricultura
minifundista (pequeñas explotaciones), en
la
agricultura de ocio, en
los servicios municipales o=
terciarios y como complemento del tractor en la
agricultura
profesional latifundista, sobre todo en explotaciones
hortofrutícolas y vitivinícolas (El <=
/span>Motocultor: Un
Auxiliar Eficaz,
2009).
Gráfico 1. Motocultor
Fuente: Manual del
motocultor YTO DF 15L
Consideraciones
para el diseño del apero o herramienta de labranza.
La ergonomía.
Cuando tomamos en consideración los
movimientos
involucrados en =
la
actividad diaria del operador
y mejoramos su
interactuación con la máquina en términos de
eficacia,
seguridad y confort, estamos =
hablando
de la ergonomía.
La seguridad.
El motocultor es una máquina
pionera en
el trabajo de las
labores agrícolas que en su
dilatada vida ha permitido
la incorporación
de muchos sistemas de segur=
idad. Algunos de
ellos han hecho
variar inclusive
la arquitectura de la máquina, dado que
cualquier =
órgano en mo=
vimiento susceptible de herir al operario
o a personas próximas se
ha protegido
mediante carenados, de forma que
los
elementos en
movimiento no pueden
alcanzar a personas ni proyectar elementos del terreno sobre
éstas.
Labranza del suelo.
Labranza
es la preparación
del suelo para la
siembra, y
el proceso de =
mantenerlo suelto y libre de malezas durante el crecimiento del
cultivo. La operación básica es la roturación
del suelo en la preparación
de la cama de siembra.
La roturación y aflojamiento
del suelo es la fase
más
antigua de la labranza.
Se estima que en la
prehistoria el hombre usó
herramientas rudimentarias hechas de madera
u otro material con las cuales pudiera
aflojar el suelo. Posiblemente una rama de árbol fue la
primera herramienta de labranza usada por el
hombre. Luego, con el
uso del fuego o herramientas manuales
de piedra, pudo el hombre modelar las
ramas de los arboles con sus bifurcaciones, de manera que
la herramienta de
labranza poseía
ya timón,
Objetivos
de la labranza.
·&nb=
sp;
Mezclar los residuos vegetales y animales
mejorando la
fertilidad
al
suelo.
·&nb=
sp;
Enterrar y destruir malezas u otro tipo de vegetación indeseable.
·&nb=
sp;
D<=
span
lang=3DES-EC style=3D'font-size:12.0pt;line-height:115%'>escompactar el
uelo para permitir
una buena circulación
de aire.
·&nb=
sp;
Acondicionar el suelo para que retenga las
aguas de lluvias.
·&nb=
sp;
Cortar los ciclos de vida de los insectos, destruyendo
sus
huevos, larvas y nidos.
·&nb=
sp;
Acondicionar la
superficie
del suelo para prevenir erosión eólica.
Los
resultados
de la aradura
serán
satisfactorios si el operador del arado sabe que
condiciones de suelos se necesitan =
para el cultivo
a implantar. El arado
acondiciona una capa de =
suelo
que constituye
la
cama de semillas y
de raíces
simultáneamente. Debemos recordar que el cultivo vive
un 95% del tiempo en la cama de raíces y solo un 5% en la cama
de semilla.
Arado de reja
y vertedera.
El arado de reja y vertedera es uno de
los
más comunes. La =
reja =
penetra =
en =
la =
tierra y
produce el corte de una porción de suelo que después es
volteada
con la vertedera,
dejando abierto un
surco en su recorrido.
Gráfico 2.
Arado de Vertedera
Fuente: Ortiz-Cañavate. 2012
Elemen<=
span
style=3D'letter-spacing:.05pt'>tos de trabajo de los arados de reja y vertedera.
Los=
términos =
usados
corrientemente =
para denominar los principales componentes del
arado son muy
variados, de manera que daremos a continuación
los que son generalmente aceptados.
·&nb=
sp;
Cuerpo.
- Se
aplica
al
conjunto completo
de piezas de trabajo para =
labrar un surco. Los
cuerpos
de los arados
pueden ser de uso general, para
labores profundas,
etc.
·&nb=
sp;
Reja. -
Es la pieza que realiza el corte
horizontal del prisma de tierra y lo separa
del suelo que queda por debajo. Está montada en la parte
delantera
del
cuerpo.
·&nb=
sp;
Ve
·&nb=
sp;
Dental.
- Es
la pieza que recibe el empuje lateral debido
al volteo =
del pan o prisma de tierra.
·&nb=
sp;
Cuchilla. -
Realiza un corte vertical
separando
el
prisma de tierra de la
parte que no queda
labrada
en ese pase.
En muchos arados se
coloca una cuchilla
circular (disco)
en posición vertical delante
del cuerpo del arado, la cual cumple
con la función
de realizar un corte vertical que favorece el corte de la cuchilla, sobre
todo en suelos pesados. (ECU-RED, 2016)
Diseño del implemento surcador.
Se procedió a utilizar
la plataforma =
de
modelado en 3D mediante software commercial.
Gráfico 3.
Modelación en conjunto
Fuente: Autores
Análisis
de esfuerzos
del implemento surcador.
Cargas verticales de diseño.
Se efectúa un estudio de las cargas y esfuerzos a los que
estará
sometido el
implemento surcador de
forma vertical.
Carga =
Permanente.
Para determinar la carga permanente
total (Cp) del<=
span
style=3D'letter-spacing:.15pt'> prototipo =
se toma los datos
del peso propio
del motocultor
tomados
del manual del motocultor (AINGLA, y otros,
2012).
El peso
de todos los elementos del implemento
surcador es de 41,238
kgf.
La
carga principal que se ha de considerar es la del banco de tierra la cual v=
a a
ser labrada, para suelos medianos se tiene una Resistencia media de 50 kPa y
para los suelos típicos del centro del Ecuador 80kPa (Ortiz-Cañavate
2012)
Simulación del implemento de
labranza
Para realizar una simulación
de un proyecto cualquiera
se necesita saber que
plataforma se va utilizar y conocer
el proceso de la simulación.
En
el
caso del =
implemento surcador,
se eligió la plataforma de simulación multifísica =
mediante el Método
de Elementos
Finitos, ANSYS.
Resultados
Gráfico 4.
Modelación bajo carga
Fuente: Autores, 2018=
Resultados de
la
simulación del
implemento.
Se
necesita realizar la simulación de todos los elementos debido a las siguien=
tes
características que se mencionan a continuación: holgura entre elementos
mecánicos, esfuerzos combinados, analizar las situaciones armónicas de los
elementos, verificar la deformación total del implemento.
Se
puede observar una
deformación
total de implemento de 7,33mm, este resultado se da
por la holgura que existe entre los elementos,
además su puede evidenciar que el implemento tiene un factor de seguridad total a fatiga de
1,24; cabe recalcar que los cálculos
realizados anteriormente fueron realizados para un suelo franco. Las cuchillas de arado que fueron diseñadas
con acero AISI 1018
y FORA 450 (AISI 1024),
no presentan inconveniente alguno, ya que en
la
simulación
no se muestran
deformaciones, además el esfuerzo equivalente
mostrado en la simulación es m=
uy
inferior
a la
resistencia
de cada cuchilla,
con
estas consideraciones finales
se procedió a la construcción
del
implemento.
Cabe recalcar que s=
e tomó una cuchilla con un material
adicional al planificado =
con =
la
finalidad de
realizar un seguimiento
al proyecto para
verificar la durabilidad de
los
materiales a mediano y largo plazo.
Discusión.
El diseño y construcción de los elementos
agrícolas destinados a la labranza primaria (arado) han de estar bajo
consideraciones universalmente conocidas por ingenieros destinados a esta
labor, por consiguiente, se detallan los parámetros a ser observados en el
diseño y fabricación de aperos agrícolas:
·&nb=
sp;
Deformación
·&nb=
sp;
Factor de seguridad
·&nb=
sp;
Dureza del material dire=
cto
de labranza
En tal virtud la deformación total del
bastidor del elemento de labranza se encuentra dentro del rango permisible =
para
considerarse, es por ello que en el código de colores del software la máxima
deformación está enmarcada en un color verde, muy lejos de la carga peligro=
sa
que se considera cuando esté en color naranja y a su vez inadmisible si está
bajo un color rojo en donde se considera que el elementos llegaría a su lím=
ite
de fluencia.
Al considerar que la maquinaría agrícola =
está
entre las más peligrosas y que el índice de accidentabilidad es alto, como
también la tasa de mortalidad es considerable, un factor importante para tr=
atar
de reducir estos índices negativos es mejorar el factor de seguridad en el
diseño, muchos autores podrían considerar que se está sobredimensionando
elementos, pero es preferible trabajar con elementos mecánicos más robustos=
que
correr el riesgo de ruptura en campo.
Por último es importante considerar que l=
os
elementos mecánicos que han de trabajar en mecanización agraria estarán
sometidos a continuo desgaste, sobre todo en los suelos en donde la presenc=
ia
de arcilla es mayor, por consiguiente se necesita materiales que resistan la
abrasión y el desgaste, para ello se necesita que los materiales usados en =
la
construcción del apero han de ser de “grado agrícola”, lo que significa que=
su
dureza superficial ha de estar entre el rango 40-50HRC, según los análisis
desarrollados en los laboratorios se conoce que la herramienta de labranza
cuenta con esa denominación.
Conclusiones.
·&nb=
sp;
Se diseñó un implemento surcador de tierras
que va a ser utilizado
en las
parcelas
agrícolas
de la provincia de Chimborazo, a través de la
donación del Ministerio de Agricultura
Ganadería Acuacultura y Pesca (MAGAP), esto servirá de ayuda
a las personas benef
·&nb=
sp;
Se procedió
a construir
el implemento, utilizando los materiales especificados en el proyecto,
como
son: ASTM A36, AISI 1018,
FORA 450, los cuales se pueden
adquirir en
casas comerciales de
metal =
dentro
del país, estos materiales proveen
de mucha confiabilidad
al ser estructurales y
según su contenido
de carbono se ha implementado dos tipos de
cuchillas en el mecanismo reja –
vertedera
Referencias
bibliográficas.
AINGLA,
R & QUIROZ, J. Diseño y construcción de un equipo de labranza con
tracción accionada poor un motor de combustion interna para el tallado de un surco de sie=
mbra a
la vez. Quito-Ecuador: Escuela Politécnica Nacional, 2012. pp
42-43
CAÑAVA=
TE J. O. =
Las Máquinas Agrícolas y
su Aplicación. Madrid-España :
ECU=
-RED. 2016. Arado. [<=
/span>En línea]
Ecu - Red,
Cuba: 2016.
[Consultado:
13 de Diciembre de 2016]
Disponible en:
https://=
www.ecured.cu=
/Arado
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-RED. 2016. Arado. [<=
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Ecu - Red,
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[Consultado:
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Disponible en:
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/Arado
CAÑAVA=
TE J. O. El Tractor Agrícola, Madrid-España :
2014.
Para citar el =
artículo
indexado.
Castillo M., Abarca P. & Bravo T.=
(2018). Diseño y manufactura de un
prototipo de arado de vertedera para motocultor. Revista electrónica Ciencia Digital 2(2), 145-154. Recuperado desd=
e: http://cienciadigital.org/revistacienciadigital2=
/index.php/CienciaDigital/article/view/78/73
El
artículo que se publica es de exclusiva responsabilidad de los autores y no
necesariamente reflejan el pensamiento de la Revista Ciencia Digital.
El articulo queda 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.
[2] Escuela Superior Politécnica=
de
Chimborazo, Ecuador, patri=
cio.abarca@espoch.edu.ec
[3] Escuela Superior Politécnica=
de
Chimborazo, Ecuador, david=
.bravo@espoch.edu.ec
Vol. 2, N°2, p. 14=
5-154,
Abril - Junio, 2018