resumen

DISEÑO Y CÁLCULO DE SISTEMA
HIDROSTÁTICO DE TRANSMISIÓN DE POTENCIA
PARA VIBRADOR AUTOPROPULSADO.
1.- Introducción. Aspectos agronómicos con incidencia en la recolección.
La agricultura actual exige una perfecta coordinación entre la agronomía y la
mecanización de todas las fases del proceso productivo, para que no se produzcan
interferencias anómalas de unas sobre otras. Por ello, si se opta por la recolección
mecanizada de la aceituna, es inevitable tener en cuenta todas las operaciones
culturales, haciendo una planificación integral de todas las fases de la producción.
La experiencia enseña que en la recolección mecanizada de las aceitunas no se
producirán avances definitivos hasta que el olivo sea considerado y tratado como un
auténtico árbol frutal.
Por tanto, mecanizar hoy la recogida de aceituna exige tener en cuenta aspectos
agronómicos tales como factores genéticos, sistemas de plantación y formación de los
árboles, control del cultivo, manejo de la cosecha y superficie cultivada.
• En no pocos cultivos la recolección mecanizada ha estado asociada a un
desarrollo genético con el que se ha buscado la reducción del tamaño de los árboles,
bien por utilización de portainjertos o bien por la utilización de variedades enanas. En
olivar los distintos portainjertos aún no están bien estudiados y por ahora no se conocen
variedades de olivos enanos.
• La evolución de la técnica ha generado y continuará generando cambios
culturales a los que el olivo presenta un gran potencial de adaptación. Así, en olivar se
trabaja hoy con sistemas de plantación y formación que guardan poca semejanza con los
sistemas tradicionales. No hace mucho, 80 árboles/hectárea se consideraba una densidad
normal; hoy se plantan 200-300 árboles/hectárea con formas a todo viento porque se
considera fisiológicamente lo más correcto.
• En cuanto a control de cultivo, los factores que tienen incidencia en la
recolección mecánica de los frutos de los árboles son:
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- Tamaño.
- Madurez.
- Características del pedúnculo.
- Características de la poda.
- Daños en los frutos
- Producción.
- Prácticas de manejo.
El tamaño de los árboles y de los frutos viene determinado por la variedad y
las prácticas culturales y, en cierta medida, puede incidirse en él.
Una de las más importantes técnicas de control del tamaño, tanto en el árbol
como en la fruta, es la poda. Gracias a ella se consigue un balance fisiológico entre
crecimiento vegetativo y fructificación, necesario para conseguir una buena cosecha y
asegurar la del año siguiente.
El aclareo de frutos permite obtener éstos con el tamaño y la calidad adecuados.
El control de la cosecha mediante aclareo de frutos sólo se practica en algunos
frutales de hueso y de pepita. En olivar, su utilización podría estar aconsejada en
aceituna de verdeo buscando el aumento de tamaño de los frutos y con el fin de reducir
la natural tendencia a la vecería o alternancia en la producción, sobre todo en años de
abundante cosecha, ya que suelen ser demasiado pequeños para su destino como
aceituna de mesa y, por tanto, son sólo adecuados para fabricación de aceite.
En el término madurez es preciso distinguir entre madurez comercial y
madurez fisiológica. Los frutos pueden estar a punto para su comercialización sin la
debida maduración fisiológica, como ocurre con la aceituna, que adquiere su máximo
tamaño cuando la lipogénesis no ha concluido.
Los criterios que se utilizan para definir la madurez son el color, la textura de la
pulpa y las características del contenido del fruto.
Para cuantificar la madurez de la aceituna se utiliza el criterio del color, tanto de
la epidermis como de la pulpa.
La resistencia del pedúnculo, es decir la fuerza necesaria para desprender los
frutos, es otro aspecto biológico a tener en cuenta en la recolección de aceituna. La
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resistencia a tracción del pedúnculo es una característica varietal difícilmente
modificable. La abscisión, fenómeno por el que se reduce su resistencia, es un proceso
que no se conoce totalmente, por lo que la investigación de sustancias químicas que
provoquen la caída de fruto sin causar pérdidas importantes de follaje es difícil.
Es importante señalar que, en general, la utilización de productos químicos en
fechas próximas a las de recolección es controvertida por la incidencia negativa que
puede tener en un zumo natural de fruta como es el aceite de oliva, además de
incrementar los costes de producción.
En cuanto a la poda se recomienda para la recogida mecánica el acortamiento de
las ramas largas mediante la poda y endurecer la estructura del árbol.
La producción incide en el tamaño, de forma que mayores producciones van,
normalmente, acompañadas de menor tamaño de fruto, aunque referida a cantidad,
permite un mejor conocimiento de las posibilidades que en el momento actual tiene la
recolección mecanizada de la aceituna, para lo cual es necesario situarse ante la realidad
de las magnitudes de este ancestral cultivo.
Las prácticas de manejo deben ir dirigidas a reducir los daños que en gran
parte resultan de los golpes, que pueden afectar a la epidermis, a la pulpa o a ambas.
Los daños son más tolerables en los frutos que van destinados a transformación que en
los destinados a consumo directo. En aceituna sólo se valoran los daños en frutos
destinados a aceituna de mesa teniendo particular importancia cuando el proceso de
elaboración es en verde al estilo Sevilla. En general, ocurre que cuando los frutos son
procesados en un período de tiempo relativamente corto después de la recolección, la
importancia del daño suele disminuir.
• De la superficie mundial de olivar 9·106 ha, en España se cultivan unas 2’3·106
ha, que representan aproximadamente el 25%.
Las diez provincias de España que destinan mayor superficie al cultivo del
olivar, en orden creciente, son: Cáceres, Granada, Tarragona, Lérida, Toledo, Ciudad
Real, Badajoz, Córdoba, Sevilla y Jaén.
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Aproximadamente el 8% de la producción se destina a aceituna para aderezo en
sus diversas modalidades, y del total de la producción mundial corresponde a España el
25%.
Las cinco provincias productoras de aceituna de mesa, en orden creciente de
importancia, son las siguientes: Málaga, Cáceres, Badajoz, Córdoba y Sevilla.
Según los más grandes expertos nacionales, sólo de 500.000 a 600.000 ha de
olivar son perfectamente mecanizables.
En el Departamento de Olivicultura de Córdoba se estudiaron los tiempos de
trabajo-hombre dedicados a las diferentes faenas de cultivo del olivar tradicional.
Observaron que el 80% de la mano de obra necesaria en el cultivo tradicional del olivar
corresponde a la cosecha, siendo además esta operación, junto con la poda, las únicas
donde se puede actuar mecanicamente, debido al alto nivel de desarrollo tecnológico
existente en las restantes operaciones culturales.
Además de la gran incidencia que tiene la recogida manual en los costes de
producción, es preciso considerar la gran estacionalidad de la mano de obra, la escasa
ergonomía y el bajo rendimiento de los sistemas tradicionales de recolección.
2.- Recolección de aceitunas
En olivar, como en otros frutales arbóreos, es preciso establecer de forma
racional las bases que definen, en función de sus características, el período óptimo para
llevar a cabo la recolección.
Los factores que tienen incidencia en la determinación del período óptimo de
recolección son la resistencia mecánica del pedúnculo de la aceituna, el contenido del
fruto en aceite, la evolución de la calidad del aceite en el fruto, la caída natural de los
frutos y las fechas de recolección de la anterior cosecha.
El estudio de los referidos factores permite indicar que el momento en el que han
desaparecido los frutos verdes del árbol, que es cuando prácticamente se ha alcanzado el
máximo de aceite. Si se desea obtener aceites afrutados, se podría adelantar la cosecha
en algunos días, consiguiendo una mejor calidad aunque se pierda una pequeña cantidad
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de aceite, y debe finalizar en el momento en el que la caída natural de aceituna empiece
a alcanzar un porcentaje apreciable.
En olivar los métodos de recolección manual más empleados son:
• Recogida de suelos.
• Ordeño.
• Vareo.
• La recogida de suelos es un sistema que sólo se aplica en casos en los que, por
tener olivos excesivamente grandes o con difícil acceso, se espera a la caída natural de
la fruta, lo que puede originar una acidez excesiva, y se recoge haciendo un trabajo con
tan poca eficacia que hace que la rentabilidad del cultivo se vea muy negativamente
afectada.
• El sistema de ordeño es el único empleado en la recolección de aceituna de
mesa, aunque es usado también en algunas comarcas para la de aceite. El operario,
desde el suelo o con escaleras, toma los frutos y los deposita en un recipiente que lleva
colgado sobre el pecho.
Una vez lleno lo vacía en un depósito o caja de unos 20-30 Kg de capacidad,
común para varios operarios.
• El sistema de vareo es el método más frecuentemente utilizado. El operario,
provisto de una vara cuya longitud oscila, según zonas, desde uno hasta tres e incluso
cuatro metros, golpea los ramones del árbol procurando, cuando se hace bien, que el
golpe incida lateralmente a las zonas fructíferas, con el fin de no causar daño en ellas.
El fruto derribado se recoge en lienzos o mallas extendidos bajo los olivos de
forma que ocupan una superficie superior a la zona de goteo del árbol. Estas mallas se
pliegan convenientemente y se vierte su contenido en cajas, sacos o espuertas.
• La recolección mecánica de fruta del suelo exige una superficie uniforme de
suelo, la cual se logra mediante labores sucesivas y operaciones que permiten dejar la
superficie sin terrones y libre de ramas, palos y hojas.
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Las operaciones de recolección mecánica del fruto caído y/o derribado se
desarrollan según el siguiente orden:
- Hilerado o agrupación de frutos.
- Recogida y elevación de frutos.
- Limpieza.
- Envasado para transporte.
• El derribo mecánico de los frutos de los árboles, gracias a la vibración ha
pasado de ser una operación manual bastante tosca a un procedimiento altamente
tecnificado.
Los primeros intentos de mecanizar el derribo consistieron en el desarrollo de
dispositivos mecánicos que simulaban las acciones manuales. El gran avance se dio
cuando aparecieron los denominados vibradores de inercia. El primer vibrador del tipo
biela-manivela movía los árboles en una sola dirección, y posteriormente aparecieron
máquinas que vibraban en varias direcciones, con lo que incrementaba notablemente el
porcentaje de fruto derribado cuyo principio de funcionamiento consistió en dos masas
excéntricas que giran en sentido contrario y con velocidades angulares diferentes en
valor absoluto, aunque próximas. De esta forma, al superponerse y oponerse generan
una fuerza variable en módulo, dirección y sentido que origina la vibración
multidireccional deseada. Con ellos se han conseguido eficacias de derribo superiores al
95%, en parcelas de árboles homogéneos y con adecuadas condiciones para la
vibración. Su calidad de operación es óptima, el desprendimiento de retallos es
insignificante, no se generan daños en los demás órganos de la planta y el daño en los
frutos es pequeño. Para conseguir una eficacia de derribo del 100%, se practica un vareo
complementario, el cual cada día tiene más detractores debido al daño que provoca.
Por ser el derribo la operación de la recolección que más tiempo requiere,
durante los últimos años se ha dedicado una gran atención al estudio de la relación
frecuencia-amplitud, lugar de colocación del vibrador en el árbol, al estudio de la
transmisión de la vibración en el árbol y al sistema fruto-pedúnculo, y se han llegado a
alcanzar niveles de formación que permiten que hoy la fabricación de los vibradores se
haga según criterios agronómicos y técnicos con gran fundamento.
Basándose en ellos las tendencias en la construcción de estas máquinas estan
encaminadas hacia los siguientes objetivos:
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•
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•
•
•
Mejoras en el equipo hidráulico.
Reducción de la potencia motriz necesaria.
Mejoras en el sistema de accionamiento de los contrapesos.
Mejoras en el sistema de agarre del árbol.
Mejoras en las condiciones de trabajo de los rodamientos soporte
de los contrapesos.
• Reducción del peso del conjunto de la cabeza vibradora.
• Búsqueda de nuevos principios de vibración.
• La recepción de la fruta que se derriba de los árboles ha evolucionado desde
el extendido manual de mantos, pasando por estructuras que no representan más que
una mejora para colocación y recogida de las mallas sobre el suelo hasta sistemas
mucho más complejos, consistentes en dos unidades de máquinas que se desplazan
simultáneamente a ambos lados de la línea de árboles, llegando por último al
denominado sistema de paraguas invertido, que consiste en una estructura que envuelve
por el tronco a cada árbol.
3.- Objetivos del trabajo y metodología
• La recolección integral, por ser la recolección mecanizada de aceituna una
técnica de reciente aplicación, aún no ha alcanzado el nivel de desarrollo deseable, pero,
en el mercado de la recolección de otros frutales arbóreos, han aparecido máquinas
vibradoras montadas sobre vehículos de transporte específicamente diseñados que, si no
constituyen cosechadoras integrales, si que pueden considerarse aproximaciones que
suponen un acercamiento a la recolección integral, y que adecuandolas al olivar pueden
aplicarse a la recolección de aceituna.
Para ello estas máquinas pueden beneficiarse, y de hecho así está ocurriendo, de
los avances tecnológicos que se están aplicando a otras máquinas agrícolas e
industriales.
Las transmisiones hidrostáticas de potencia ofrecen unas posibilidades que,
utilizadas con los conocimientos técnicos y agronómicos necesarios, son difíciles de
mejorar, podría considerarse que imposibles, cuando se aplican a los vibradores
multidireccionales utilizados para el derribo de fruta de los árboles.
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Ha sido precisamente el estudio de la aplicación de las transmisiones
hidrostáticas a un vibrador autopropulsado dotado de receptor de fruta el objetivo
fundamental de este trabajo de fin de carrera, y en él se han diseñado y calculado los
circuitos hidrostáticos necesarios para conseguir una máquina dotada de:
•
Un sistema hidrostático aplicado a la rodadura capaz de generar
velocidad desde 0’6 m/s en campo y de superar hasta 12 m/s en
carretera, que permita reducir y/o eliminar los tiempos de
desplazamiento, posicionamiento y anclaje del desarrollo de su
trabajo.
•
Un sistema hidrostático de conducción que además de evitar la
fatiga que caracteriza el manejo de estas máquinas cuando se
montan sobre tractores agrícolas convencionales, así como ofrezca
una facilidad de manejo que permita aumentar la eficacia de
trabajo.
•
Un sistema hidrostático de acumulación de energía que genere una
vibración capaz, con reducida potencia motriz, de lograr
aceleraciones en el fruto que provoquen su caída en un tiempo
muy corto. Esta idea de utilizar una potencia motriz y reducida,
responde al hecho de que no es necesaria la utilización de grandes
potencias en ninguna de las faenas de cultivo del olivar.
•
Un sistema hidrostático de frenado súbito de la vibración que
elimine los problemas que origina su detención lenta, que además
de evitar daños en el vibrador y en la estructura del árbol, reduzca
el tiempo necesario para la vibración de cada olivo.
•
Un sistema hidrostático que dote a la cabeza vibradora de los
movimientos necesarios para poder vibrar troncos y ramas,
conseguir su posicionamiento de forma que la vibración sea de la
máxima eficacia y de permitir la adaptación de la máquina a los
diferentes tipos de olivar a los que su trabajo puede aplicarse.
•
Sistema hidrostático que permita el accionamiento de la apertura y
cierre de un receptor del tipo de paraguas invertido dotado de
sendas cintas de descarga continua de las aceitunas derribadas por
el vibrador y recogidas por el referido receptor.
En la realización de este trabajo, se ha partido de una premisa inevitable “La
recolección de aceituna exige una perfecta coordinación entre agronomía y
mecanización”, y es por lo que en su desarrollo se ha seguido el siguiente proceso:
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1.- Estudiar los aspectos agronómicos con incidencia en la
recolección, considerando conceptos básicos tales como biología,
nutrición, fructificación, producción y protección fitosanitaria y
determinando las características de la implantación de los olivares,
tales como el medio de cultivo, preparación del terreno, el material
vegetal, el proceso de plantación, las densidades de cultivo, la
poda y las técnicas de laboreo y de no cultivo.
2.- Estudiar el estado actual de desarrollo de la recolección de
aceituna, desde la recolección manual de fruta de los árboles,
pasando por la recolección de la fruta del suelo, siguiendo con el
derribo mecánico de la fruta de los árboles y terminando con la
recepción y limpieza de la fruta derribada.
3.- Estudiar la tecnología de los vibradores, analizando sus principios,
sus características constructivas y de vibración y determinando las
tendencias actuales en su construcción.
4.- Una vez establecidas las bases agronómicas y teóricas se ha
procedido al diseño y cálculo del equipo hidrostático de
transmisión de potencia capaz de satisfacer las necesidades a
atender en la construcción de estas máquinas, impuestas tanto por
las características agrobiológicas del olivar como por el desarrollo
tecnológico alcanzado. En este apartado se han establecido en
primer lugar las bases necesarias para la utilización de este tipo de
transmisiones, se ha procedido al diseño de cada uno de los
equipos que han constituido los objetivos de este trabajo y, por
último, se han calculado los equipos diseñados.
5.- Un apartado dedicado a resultados y conclusiones se ha
elaborado, y en él se han presentado los aspectos a destacar
relativos al diseño, al cálculo y a otras aplicaciones, así como se
han establecido las principales conclusiones que pueden obtenerse
de este trabajo.
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