Fi = F TOTAL - PUCE-SI

PUBLICADO Y EDITADO
Pontificia Universidad Católica del Ecuador Sede Ibarra (PUCE-SI)
Comité para el Desarrollo de la Investigación Científica y Tecnológica (CODICYT)
http://www.pucei.edu.ec
Aprovechamiento eficiente de la fuerza muscular animal con fundamentos
fisiológicos y físicos aplicados al diseño de aperos, herramientas y acesorios
para la producción agroeológica andina.
Jorge Stalin Navas
Vicente Arteaga C.
Docentes de la Escuela de Ciencias Agrícolas y Ambientales
Derecho de autor: 032404
ISBN: 978-9978-375-05-1
Diagramación e Impresión
Grupo Seritex (2009)
Primera Edición: Diciembre 2009
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL ECUADOR
SEDE IBARRA
COMITÉ PARA EL DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN
CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA DE LA PUCE-SI
“Aprovechamiento eficiente de la fuerza muscular
animal con fundamentos fisiológicos y físicos
aplicados al diseño de aperos, herramientas y
accesorios para la producción agroecológica andina”.
Jorge Stalin Navas Q.
Vicente Arteaga C.
Escuela de Ciencias Agrícolas y Ambientales
Ibarra, diciembre 2009
PRESENTACIÓN
Desde el enfoque rural y agrícola, la vida en el campo conlleva diversidad de connotaciones, entre
las que pueden destacarse, el esfuerzo muscular del agricultor y sus fieles animales de tiro que lo
acompañan faena tras faena, día tras día, hasta saborear la satisfacción del deber cumplido.
Este informe del proyecto titulado “Aprovechamiento eficiente de la fuerza muscular animal con
fundamentos fisiológicos y físicos aplicados al diseño de aperos, herramientas y accesorios para
la producción agroecológica andina”, es un compendio de experiencias vividas en el campo, de
creatividad, conocimientos, tecnología y buen sentido del humor para determinar, por una parte
las estructuras orgánicas y fisiológicas que mayor rendimiento y economía orgánica ofrecen a
los animales que deben desplegar esfuerzos de arrastre y tracción de herramientas y accesorios
agrícolas.
Seguidamente se hace referencia al diseño de los aperos que el o los animales deben llevar
acoplados en su cuerpo para que se logre una máxima eficiencia en el trabajo agrícola que
requiere de implementos o instrumentos para que los animales entrenados para este propósito,
trabajen con mayor comodidad y con el menor despliegue de esfuerzo corporal.
El diseño de herramientas y accesorios lo más adecuados para los fines agrícolas del área
andina, esto es suelos de topografías irregulares, de poca extensión, tiene un singular tratamiento
puesto que se ha tenido que recurrir a la improvisación, a la creatividad, a ciertas leyes físicas
y fundamentos matemáticos inclusive, con el propósito de acoplar de la mejor manera a las
herramientas con el trabajo muscular de animales como los caballos.
Por lo dicho, este informe constituye un referente para las iniciativas que sobre este tema de las
herramientas andinas puedan generarse, probabilidad muy plausible que se haga manifiesta a
partir de la información suministrada para los y las lectores o lectoras. Cuantas más observaciones
se den, mucho más se contribuirá con el avance de la investigación sobre este tema. Si unos no
lo hicieron hoy, otros lo harán mañana.
AGRADECIMIENTO
A la Pontificia Universidad Católica del Ecuador Sede Ibarra por la oportunidad
de permitirnos llevar a cabo esta investigación de interés eminentemente
agropecuario.
A Dios todopoderoso que es el que da la permisión o no para el desarrollo de una
actividad determinada.
DEDICATORIA
A todas las familias del medio rural que hacen del agro su forma de vida, sobriedad
y esperanza, un abrazo muy sentido y cálido en cada labranza que sobre el suelo
se da con fortaleza y plena confianza.
A mi esposa Nancy.
A mi esposa Inés.
A mis hijos Roger y David.
A mis hijos: Jorge, Andrés y Patricia.
A la memoria de mi Padre.
A mi primer nieto Emanuel.
A mi querida Madre.
Con amor Vicente.
Cariñosamente Jorge.
INDICE
TEMA
Pág.
CAPITULO I
1.
1.1.
1.2.
1.3.
INTRODUCCIÓN
CONTEXTUALIZACIÓN DEL PROBLEMA (ANTECEDENTES)
JUSTIFICACIÓN
OBJETIVOS
CAPÍTULO II 2.1. 2.1.1.
2.1.2. 2.1.4. 2.1.5. 2.1.6. 2.1.7. 2.1.8. 2.1.9. 2.2.
MARCO TEÓRICO
LA FUERZA MUSCULAR ANIMAL
FACTORES FISIOLÓGICOS
a. LAS UNIDADES MOTORAS
b. LA LONGITUD MUSCULAR
c. EL TONO MUSCULAR
d. OTROS FACTORES
ESTRUCTURA DEL MÚSCULO
EL MÚSCULO ESQUELÉTICO EN LOS CABALLOS
EL SISTEMA CARDIOVASCULAR
SISTEMA RESPIRATORIO
REGULACIÓN TÉRMICA
CONSIDERACIONES ANATÓMICAS Y FISIOLÓGICAS MÁS RELEVANTES
PARA LA GENERACIÓN EFICIENTE DE FUERZA MUSCULAR EN LOS
ANIMALES DE TIRO
MARCO CONCEPTUAL
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CAPÍTULO III
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE LOS APEROS Y HERRAMIENTAS
LOS APEROS
CARACTERÍSTICAS
DETALLE DE CONSTRUCCIÓN
ANALISIS FÍSICO
EL ARADO
CARACTERÍSTICAS
DETALLE DE CONSTRUCCIÓN
ANÁLISIS FISICO DEL ARADO
LA SEMBRADORA CARACTERÍSTICAS
DETALLE DE CONSTRUCCIÓN
ANALISIS FÍSICO DE LA SEMBRADORA
LA DESHIERBADORA
CARACTERÍSTICAS
DETALLE DE CONSTRUCCIÓN
ANÁLISIS FÍSICO DE LA DESHIERBADORA
LA RASTRA
CARACTERÍSTICAS
DETALLE DE CONSTRUCCIÓN
ANÁLISIS FÍSICO DE LA RASTRA
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33
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35
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37
CAPÍTULO IV
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
38
38
CAPÍTULO V
BIBLIOGRAFÍA
40
40
ANEXOS 41
3. 3.1. 3.1.1. 3.1.2. 3.1.3. 3.2. 3.2.1.
3.2.2. 3.2.3. 3.3. 3.3.1. 3.3.2.
3.3.3. 3.4. 3.4.1. 3.4.2. 3.4.3. 3.5. 3.5.1. 3.5.2. 3.5.3. CAPÍTULO I
1.
INTRODUCCIÓN
1.1.
CONTEXTUALIZACIÓN DELPROBLEMA (ANTECEDENTES)
De conformidad con el criterio autorizado de Kaimowitz, D. (2002), la agricultura para que sea
sostenible debe permitir alimentar y vestir a toda la población a un costo razonable, ofertar un nivel
de vida aceptable para quienes dependen del sector y degradar lo menos posible los recursos
naturales renovables. En términos generales, el avance hacia una agricultura más sostenible ha
sido muy escaso en nuestro País, sin embargo es necesario destacar que en temas y lugares
específicos o focales se ha progresado considerablemente.
En el Ecuador, para la producción agropecuaria actual es cada vez más frecuente el uso de
maquinaria, equipos y vehículos motorizados para la tracción de herramientas y accesorios que
si bien aceleran las tareas realizadas, contribuyen a la contaminación ambiental y al deterioro de
los recursos naturales renovables como son: suelo que con el peso de la maquinaria agrícola de
tracción mecanizada se compacta, de manera especial si están húmedos, mientras que para
el caso de suelos de laderas se propicia las erosiones al trabajar en dirección de la pendiente,
llegándose a la lixiviación por acción del agua; el aire se contamina por efecto de los gases
derivados de la combustión de elaborados del petróleo con los que funcionan las maquinarias;
flora y fauna que por acción conjunta con lo dicho respecto al suelo, al disminuirse la fertilidad el
hombre se ve en la obligación de recurrir al uso de agroquímicos, con aplicaciones excesivas que
derivan en contaminación ambiental que afecta también a los organismos vivos, incluso al ser
humano. De esta manera no se está contribuyendo al ejercicio de una agricultura sostenible.
La alternativa que ancestralmente ya ha sido utilizada es la fuerza de tracción animal, por tanto
los animales de tiro como bueyes y caballos, siguen utilizándose en forma inadecuada debido a
los aperos y accesorios que se les acondiciona sin tomar en cuenta estructuras anatómicas de
mayor o menor fortaleza, condiciones fisiológicas del animal en su conjunto para la ejecución de
trabajos forzados y de largas jornadas. Algunas herramientas no tienen los ángulos y puntos de
apoyo correctos para generar menor esfuerzo y mayor eficiencia en los esfuerzos dados por la
tracción animal en actividades de labranza y cultivos agrícolas.
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Más aún, según la FAO (2006), si uno de los derechos de los animales está orientado al menor
maltrato físico posible para su aprovechamiento productivo; por tanto, deben recibir las
condiciones apropiadas para que su convivir con el hombre sea cómodo y permisible de cumplir
con sus funciones vitales sin factores de sobrecarga o estresantes. De modo que es obligación
de los seres humanos contribuir, por todos los medios, al bienestar de los seres vivos de nuestro
planeta tierra, entre ellos también los animales domésticos.
Por otra parte es necesario destacar que a nivel de región interandina en el Ecuador, la topografía
del suelo es muy irregular, hay pendientes pronunciadas, suelos de laderas, la forma de tenencia
de la tierra está caracterizada por el predomina del minifundio, condición que deriva en suelos
sometidos a sistemas de sobre explotación constante, año tras año y con prácticas laborales
mecanizadas que han acelerado las erosiones y menguado la fertilidad de los mismos; por lo
dicho, se hace indispensable retomar las prácticas agrícolas ancestrales, tal es el caso de la fuerza
animal para la tracción de herramientas adecuadas a las diferentes labores agrícolas, en especial
ante la nueva tendencia de la producción agroecológica que busca liberar a la agroalimentación
de contaminantes en procura de mantener un buen balance ambiental.
De todo lo anterior se puede concluir que el problema central que motivó esta investigación
queda determinado a través de las siguientes causales: mal uso de la fuerza muscular animal
para la tracción de herramientas agrícolas, diseños defectuosos de herramientas, no hay
acople adecuado de aperos y accesorios para casos específicos, uso masivo de maquinaria
en preparaciones de suelos, tareas de cultivos y cosechas de productos agrícolas, uso de
tecnologías tales como fertilizaciones químicas masivas, plaguicidas de acciones residuales,
entre otras, todas orientadas a compensar las cada vez más bajas producciones agrícolas y
pecuarias.
Los efectos son evidentes en una agricultura andina menos eficiente debido a pérdida de fertilidad
por extracciones netas de nutrientes en los suelos, los que son cada vez más erosionados, ácidos,
salinos, compactados y lixiviados. Son derivaciones concluyentes las sedimentaciones de ríos
y embalses en las zonas costeras, contaminaciones de aguas por agroquímicos, desechos de
lubricantes y accesorios derivados del mantenimiento de maquinaria agrícola; de igual manera
la erosión genética de cultivos y razas de animales, la intoxicación de agricultores, obreros y
consumidores por plaguicidas, así como y la resistencia creciente de las plagas a los plaguicidas.
Es digno de resaltarse que no se pueden olvidar los efectos sociales, en sinergismo con otras
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causas que no son competencia de esta propuesta, es el caso de los abandonos del campo por
más y más familias del medio rural, las migraciones fuera del país con la descomposición de los
núcleos familiares.
En conclusión, la interrogante que sobreviene a lo expuesto es: ¿Cómo utilizar de manera
eficiente la fuerza de tracción animal para que las labores agrícolas en suelos andinos sean
menos depredadoras de nuestros recursos naturales?
1.2.
JUSTIFICACIÓN
Desde las prácticas empíricas de nuestros ancestros, de manera especial en el medio rural,
aparecen alternativas viables que perfeccionadas con el uso apropiado de los conocimientos
dados por la Fisiología Animal y la Física Aplicada, es factible diseñar herramientas, aperos y
accesorios que sean accionados para el aprovechamiento eficiente de la fuerza muscular
animal de bueyes y/o caballos, entre otros animales de tiro, contribuyendo de esta manera al
afloramiento de la agricultura limpia y amigable con el ambiente, exigencia que se perfila como
la única prevaleciente para el buen uso y manejo de los recursos naturales renovables en la
producción de alimentos naturales, sanos y verdaderamente nutritivos.
La importancia de esta propuesta de investigación radica en el diseño de instrumentos,
herramientas, aperos y accesorios con el respaldo de aplicaciones científicas y técnicas
dictaminados por la funcionalidad del organismo animal como sistema que genera un trabajo
específico y en condiciones establecidas, así como por las aplicaciones de un lenguaje matemático
dado por la Física para aplicación de leyes fundamentales que permiten predecir los resultados
derivados de fuerzas, palancas, ángulos y movimientos en el desarrollo de la tracción animal con
fines agrícolas; es decir, una aplicación práctica de las teorías científicas para lograr un beneficio
de práctica diaria entre los agricultores, tanto del la zona de influencia de la PUCESI, de la región
norte, como de la serranía en general.
De igual manera, este estudio propiciará el desarrollo de labores agrícolas eminentemente
ecológicas, a través del uso de fuerzas de tracción generadas por el organismo animal que
evitarían el uso de maquinaria pesada, la compactación del suelo, su erosión y la contaminación
atmosférica dada por la combustión de combustibles fósiles. Por tanto si este trabajo de
investigación es un medio para contribuir a la conservación de los recursos naturales renovables,
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en la medida en que se propicie la menor perturbación del balance ecológico a través de la
incorporación de tareas agrícolas menos contaminantes y devastadoras, se justifica plenamente
la razón de su ejecución.
Con este estudio se beneficiarán los agricultores, en especial pequeños y medianos quienes
son los que hacen uso de los animales de tiro para trabajos agropecuarios en sus minifundios,
fundamentalmente los que cultivan suelos de laderas y de superficies reducidas. De igual manera
constituyen potenciales beneficiarios los consumidores de productos agropecuarios naturales y
limpios, puesto que esta es la tendencia actual que la demanda impone con mayor fortaleza,
forma en la cual se podrá garantizar en forma cierta la salud de productores y consumidores.
Además con este trabajo se daría un aporte al desarrollo agropecuario y a la generación de ciencia
en la medida en que se tengan fundamentos teórico y prácticos factibles de ser probados.
1.3.
OBJETIVOS
1.3.1. General:
Aprovechar eficientemente la fuerza muscular animal con fundamentos fisiológicos
y físicos aplicados al diseño de aperos, herramientas y accesorios para la producción
agroecológica andina.
1.3.2. Específicos:
1. Determinar fortalezas musculares del organismo animal que funcionen con eficiencia
en la fuerza de tracción de implementos y herramientas para labores agrícolas.
2. Diseñar prototipos que mejoren el trabajo muscular animal con la aplicación de
elementos que logren ventaja mecánica máxima.
3. Demostrar la eficiencia sistémica entre fuerza muscular animal y diseño de herramientas
con ventaja mecánica.
4. Socializar entre los agricultores del entorno de la PUCESI los resultados logrados en
esta investigación a través de un día de campo.
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CAPÍTULO II
2.1. MARCO TEÓRICO
2.1.1. LA FUERZA MUSCULAR ANIMAL
La fuerza muscular animal es una, entre varias, de las denominadas capacidades físicas básicas
y se define como el potencial muscular para la generación de tensión intramuscular frente a
una resistencia, independientemente de que se genere o no movimiento. El ejercicio cadencioso,
periódico y sistemático permite obtener diversos beneficios físicos, tales como, agrandamiento
muscular (hipertrofia), incremento del rendimiento en el trabajo físico, todo lo cual mejora
la condición física, incrementa el contenido mineral de los huesos haciéndolos más fuertes y
resistentes, de igual manera se logra el aumento de la fuerza de las estructuras no contráctiles
como tendones y ligamentos, posibilita importantes adaptaciones neuromusculares, mejora
el rendimiento deportivo y es componente esencial de cualquier programa de rehabilitación
muscular fundamentalmente.
Debe recalcarse que la fuerza muscular de cada animal está determinada por una diversidad
de factores, conocerlos y tenerlos en cuenta ayuda a comprender mejor el entrenamiento para
potenciar fuerza, además ofrece la posibilidad de poder explicar por qué en ocasiones los animales
de tiro, caballos o bueyes, son capaces de generar mayor o menor fuerza muscular expresada en
el rendimiento de las actividades desarrolladas con compromiso muscular.
2.1.2. FACTORES BIOMECÁNICOS
Es el caso de los denominados factores biomecánicas que condicionan el desarrollo de la fuerza
muscular son de tipo congénito o de constitución, por ejemplo, la longitud de los huesos, los
ángulos de inserción de tal o cual músculo, la longitud y espesor del músculo en su conjunto, de
la misma manera que para el caso de las fibras y miofibrillas que los integran, entre otras que no
es oportuno argumentarlas. Para dar un ejemplo citaremos la articulación entre el húmero, radio
y cúbito que forman el codo como un sistema de palancas, observándose que el músculo bíceps
braquial produce la flexión de esta articulación, fija al hombro, codo y carpo en la posición erguida;
coadyuva a la acción del extensor carporradial y pone tensa la fascia del antebrazo. El punto de
inserción del bíceps braquial en la tuberosidad radial, en ligamento medial de la articulación del
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codo y la fascia del antebrazo determinará en gran medida cuánta fuerza es capaz de generar este
músculo, encontrándose que mientras más cercana es la inserción a la articulación en referencia
(codo), mayor será el esfuerzo que realice el bíceps braquial para apalancar a la extremidad
torácica en el avance del cuerpo del animal hacia adelante.
Si se considera que todo músculo está integrado por fibras o células musculares que a su
vez están compuestas principalmente por pequeños filamentos proteicos, los que son parte
responsable de la contracción muscular. Estos filamentos llevan el nombre de actina y miosina.
Por regla general, se acepta que el número de fibras viene determinado genéticamente y
permanece invariable a lo largo de la vida de cada animal.
2.1.3. FACTORES FISIOLÓGICOS
En los animales de tiro como el caballo, son muchos los factores fisiológicos que influyen en
la capacidad de contracción del músculo y por ende en el desarrollo de la fuerza muscular
pertinente. La eficiencia neuromuscular, la longitud del músculo en su conjunto y el tono muscular
son algunos de ellos.
a. Las Unidades Motoras
Es necesario considerar que las unidades motoras están formadas por las fibras musculares y
las respectivas terminaciones nerviosas que las estimulan. De esta definición se concluye que
la fuerza muscular, llamada también de contracción, depende del número de unidades motoras
que se encuentren activadas. Cuanto mayor sea el número de unidades motoras que intervienen,
mayor será la activación de fibras musculares y en consecuencia será mayor la fuerza de
contracción. La ganancia de fuerza en los músculos es el resultado de la movilización de unidades
motoras adicionales para actuar sincrónicamente, facilitando la contracción e incrementando la
capacidad del músculo para generar fuerza. Tanto es así que los aumentos iniciales de fuerza
durante las primeras semanas de un continuo y secuencial trabajo en tiro o tracción que realizan
los caballos sometidos a esta actividad, se debe fundamentalmente al aumento de la eficiencia
neuromuscular. Por lo tanto, es importante entender que las adaptaciones y activaciones
neurales que acompañan siempre a las ganancias en fuerza que realizan los animales de tiro se
debe al trabajo periódico y sistemático al que son sometidos dichos animales, trabajo que debe
ser secuencial y medido hasta lograr una adaptación orgánica al mismo.
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b. La longitud muscular
De otra parte, se considera que la longitud del tejido muscular en su conjunto influye en su
capacidad de contracción. El músculo se halla en condiciones de realizar mayor fuerza si en el
momento previo a la contracción muscular se encuentra ligeramente dilatado, de conformidad
con su ubicación anatómica y actividad fisiológica.
c. El Tono Muscular.
El tono muscular, definido como el grado de tensión intramuscular que determinados músculos
presentan en condiciones de reposo, también es un condicionante de la capacidad de
contracción muscular ya que las posibilidades de desarrollar tensión disminuyen ante grados
elevados y diferenciados de tono muscular.
d. Otros Factores.
Hay otros factores que influyen en el desarrollo de la fuerza muscular animal, entre los que
podemos resaltar a la edad y el sexo. Tanto los animales machos como las hembras parecen
tener la capacidad para aumentar su fuerza muscular durante la pubertad, alcanzando un nivel
máximo entre los 2.5 a 3 años, momento en el cual esta capacidad se estabiliza y en algunos
casos comienza a declinar 3 años más tarde. La pubertad en los caballos aparece a los 12 meses
en machos y a los 15 a 18 meses en hembras, mientras que en bovinos machos aparece a los 8 a
10 meses y en las hembras a los 12 a 18 meses (Leroy, A., 2006). Sin embargo, según Roneus,
M. (2002), los científicos en equinos han podido concluir que un caballo madura completamente
a los cinco años y que cualquier programa de ejercicio mal ejecutado, o bien diseñado pero
realizado en potros muy jóvenes, es especialmente nocivo para el desarrollo articular del
animal.
Si se toma en cuenta la fisiología endócrina, los animales machos generan mayores niveles de
fuerza absoluta que las hembras, atribuyéndose según (Bobilef,I.F., Pigarev; N.V., Potokin, V. P.,
Lévedev, Y. V., Tsirendondokov, N. D., Krasota, V. F. y Martinov, I. M. 2008), una diferencia de
fuerza entre machos y hembras de equinos y bovinos estimada entre 38% y 45% a favor de los
animales machos.
12
2.1.4. ESTRUCTURA DEL MÚSCULO
Los músculos son tejidos u órganos del cuerpo animal caracterizado por su capacidad para
contraerse, por lo general en respuesta a un estímulo nervioso. La unidad básica de todo músculo
es la miofibrilla, estructura filiforme muy pequeña formada por proteínas complejas. Cada célula
muscular o fibra contiene varias miofibrillas, compuestas de miofilamentos de dos tipos, gruesos
y delgados, que adoptan una disposición regular. Cada miofilamento grueso contiene varios
cientos de moléculas de la proteína miosina. Los filamentos delgados contienen dos cadenas de
la proteína actina. Las miofibrillas están formadas de hileras que alternan miofilamentos gruesos
y delgados con sus extremos traslapados. Durante las contracciones musculares, estas hileras
de filamentos interdigitadas se deslizan una sobre otra por medio de puentes cruzados que
actúan como ruedas. La energía que requiere este movimiento procede de mitocondrias densas
que rodean las miofibrillas. Existen tres tipos de tejido muscular: liso, esquelético y cardiaco.
El músculo visceral o involuntario está compuesto de células con forma de huso con un núcleo
central, que carecen de estrías transversales aunque muestran débiles estrías longitudinales.
El estímulo para la contracción de los músculos lisos está mediado por el sistema nervioso
vegetativo.
Tejido muscular esquelético o estriado; este tipo de músculo está compuesto por fibras largas
rodeadas de una membrana celular, el sarcolema. Las fibras son células fusiformes alargadas
que contienen muchos núcleos y en las que se observa con claridad estrías longitudinales y
transversales.
Músculo cardiaco, tejido muscular que se lo encuentra integrando la mayor parte del corazón
en todos los vertebrados, por tanto en el caso de los animales de tiro como caballos también se
encuentran estas estructuras características del músculo cardíaco.
2.1.5. EL MÚSCULO ESQUELÉTICO EN LOS CABALLOS
El músculo esquelético está constituido por fibras musculares individuales, las mismas que poseen
propiedades contráctiles y metabólicas diferentes. Sin embargo, las fibras que pertenecen a una
misma unidad motora, es decir, aquellas que son inervadas por las ramas de una misma motoneurona,
tienen propiedades idénticas (Snow, D. H. citado por Pearsson, S.G.B. y Rose, R.J. 1983).
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Mediante investigaciones científicas se ha podido explicar porqué durante la historia algunas
razas equinas han desempeñado mejor una actividad muscular que otras. Para explicar esta
interrogante, hacemos referencia a la microestructura de los músculos animales, determinándose
que están conformados por dos tipos de fibras:
Tipo I que son fibras de contracción lenta, esto no es necesariamente malo, lo que quiere decir
es que son más resistentes al tiempo del ejercicio. También al ser de contracción lenta producen
una menor cantidad de ácido láctico perjudicial para todas las células del cuerpo; además estas
fibras tienen un metabolismo que les permite usar el glicógeno de una manera muy efectiva en
presencia de oxígeno, lo que se denomina metabolismo aerobio. El glicógeno es un hidrato de
carbono considerado como el principal combustible muscular. Además se les dice fibras rojas
por su alta cantidad de capilares que los irrigan, y también alta cantidad de mitocondrias.
Las de tipo II, denominadas de contracción rápida, se dividen en IIa, y IIb, estas fibras tienen
una velocidad elevada de contracción, pero son sensibles al cansancio, tienen una elevada
producción de energía por unidad de tiempo. Las fibras de contracción rápida se les llaman
blancas por que no están plenamente irrigadas. Usan una gran cantidad de glucógeno conforme
avanza el tiempo del ejercicio. La diferencia principal entre la tipo IIa y la IIb es que la IIb está
diseñada biológicamente para la contracción muscular rápida. Y la IIa es como el intermedio
entre la I y la IIb.
Las fibras musculares tipo IIa prefieren utilizar el glicógeno en presencia de oxígeno, aunque
también pueden generar energía muscular a partir de este combustible de una manera menos
efectiva en condiciones anaerobias, denominado metabolismo sin oxígeno. Las fibras musculares
tipo IIb utilizan el glicógeno y el ácido láctico, otro combustible menos usado, para generar
energía únicamente en condiciones anaerobias. Los caballos que tienen una gran proporción
de fibras musculares tipo II, lo que les permite realizar carreras cortas a gran velocidad o fuertes
contracciones musculares para arrastrar herramientas adecuadas por períodos de tiempo corto,
el consumo de oxígeno es mínimo.
Las fibras de tipo I son útiles para ejercicios de gran duración, de jornadas largas, trabajos de tiro
y por varias horas consecutivas, grandes caminatas, actividades que demandan contracciones
musculares permanentes y durante tiempos prolongados. En cambio las fibras de tipo II son
útiles para ejercicios de corta duración: carreras de velocidad, por ejemplo 100 metros.
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Los animales, como se dijo antes, genéticamente ya tienen un porcentaje predeterminados de
cada tipo de fibras, se puede manifestar que los caballos que realizan carreras cortas y violentas
tienen un 70% de fibras de tipo II, en cambio los caballos de tiro tienen un mayor porcentaje
genético de fibras tipo I.
El músculo esquelético es muy adaptable a las condiciones a las que se lo somete, especialmente
en los caballos. El entrenamiento aumenta la capilaridad que puede llevar más oxigeno a los
músculos y aumentar el número de mitocondrias en las células de manera que mayor cantidad
de oxigeno puede ser procesado. Estos cambios pueden ser consecuencia de la intensidad y
duración del entrenamiento.
El ejercicio o actividad constante mejorará el sistema aeróbico, permitiendo al músculo obtener
energía a través de la oxidación. Trabajar para carreras cortas o ejercicios de alta intensidad
significa entrenar para fuerza. El aumento de la fuerza implica un aumento en la masa muscular
mediante un aumento de los sarcómeros (unidad contráctil básica del músculo esquelético). El
entrenamiento también mejora la capacidad metabólica funcional de las fibras involucradas e
incluso pueden modificarse la proporción de fibras musculares en un determinado músculo.
Uno de los productos de desecho que resulta del consumo energético muscular de larga duración
es el ácido láctico que produce un descenso del pH muscular y que trae como consecuencia la
fatiga. Sin embargo los caballos de tiro generalmente trabajan a ritmos que pueden ser mantenidos
por la mayoría del tiempo de la actividad mediante una generación de energía aeróbica, lo que
da como resultado una menor producción de ácido láctico. Es necesario recalcar que la fatiga
muscular en los caballos de tiro es más frecuente debido a un aumento de glicógeno que a la
acumulación de ácido láctico.
2.1.6. EL SISTEMA CARDIOVASCULAR
Un caballo adulto que se encuentre entre los 400 y 500 kg de peso corporal vivo contiene más
de 48 litros de sangre circulando por su cuerpo para entregar oxígeno desde los pulmones y para
llevar nutrientes absorbidos por el tracto digestivo a los diferentes tejidos y órganos. Además
constituyen el medio para extraer desechos del metabolismo celular hacia los pulmones y riñones
para ser eliminados del organismo del animal.
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Si bien el flujo sanguíneo está determinado por la actividad metabólica, por tanto a mayor
actividad, mayor flujo sanguíneo. En reposo la frecuencia cardiaca puede llegar de 25 a 30
latidos por minuto, sin embargo en esfuerzos físicos de velocidad los latidos pueden llegar a 250
por minuto.
De igual manera se debe tomar en cuenta que a medida que el estado físico del animal mejora
el volumen sistólico, capacidad de bombeo del corazón, comienza a aumentar y la frecuencia
cardiaca comienza a disminuir.
Otro aspecto digno de recalcarse es el momento de iniciarse el ejercicio, estado en el cual
las masas musculares comienzan una demanda de energía y de oxigeno, este aumento de la
actividad metabólica desencadena una aumento del ritmo cardiaco, incrementándose de esta
manera el flujo sanguíneo.
La clave en los caballos de tiro es el tiempo de recuperación. Lo que significa que cuando
un caballo se encuentra en actividad muscular, su corazón debe estar con una frecuencia
relativamente normal, esto es menos de 60-64 latidos por minuto. En los caballos con un buen
estado físico la recuperación cardiaca es sólo de 8 a 15 minutos, lo que lo hace apto para seguir
en la actividad muscular.
El flujo sanguíneo cumple otra función muy importante, esto es el enfriamiento de cuerpo mediante
una distribución de la sangre a los vasos sanguíneos de la piel, por tanto la sudoración del animal
debe ser factible de realizarse y con buena aireación de por medio para facilitar la refrigeración
dérmica.
2.1.7. SISTEMA RESPIRATORIO
Es conocido por todos que los ser vivos necesitan oxígeno, sin este vital elemento los músculos
y diferentes órganos no pueden funcionar. Las vías aéreas deben proporcionar todo el oxígeno
necesario para satisfacer las demandas, que pueden llegar a los 90 litros por minuto. Por lo
dicho es que el sistema respiratorio debe estar en óptimas condiciones. Caballos con parálisis
parcial de los músculos de la laringe (hemiplejia laríngea), pueden reducir el flujo de aire en forma
considerable, no siendo aptos para las actividades físicas de alta exigencia.
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2.1.8. REGULACIÓN TÉRMICA
El caballo genera gran cantidad de calor metabólico durante el ejercicio, la cual debe ser disipada
para evitar daño térmico. En estudios médicos la Universidad de Ohio han demostrado que
incluso un ejercicio sub-maximal corto en un caballo trotador, puede producir un alza térmica
y llegar a 39.5°C de temperatura corporal. Sin una apropiada forma de disipación térmica esta
temperatura puede llegar a 41°C, resultando en un shock térmico u otros daños.
El principal agente dispersor de temperatura de los caballos es a través de la evaporación del
sudor. Sin embargo cuando el ambiente es caluroso y húmedo esta forma de disipación puede
fallar. Estudios en la universidad de Ohio determinaron algunos cambios en el organismo
cuando es sometido a exceso de temperatura. A medida que el animal aumenta su temperatura
se produce una vasodilatación periférica con una redistribución sanguínea hacia la piel, si el
ejercicio continúa esta pérdida de calor trae como consecuencia una deshidratación progresiva
y perdida de agua del plasma desde la sangre.
Este fenómeno produce una disminución del volumen sanguíneo circulante y del volumen sistólico.
Para mantener estable el flujo sanguíneo el animal aumenta su frecuencia cardíaca. Cuando
la deshidratación no puede ser compensada por los ajustes cardiovasculares, la temperatura
corporal aumenta y sobreviene una disminución en el rendimiento y finalmente una fatiga.
Investigaciones realizadas han revelado que bajo ciertas condiciones de calor y humedad
el animal puede perder hasta 12 litros por hora. Esto puede traer otros problemas por una
pérdida importante de electrolitos como sodio, potasio y cloro.
El sudor es hipertónico, lo que significa que contiene gran cantidad de sales. Bajo condiciones
normales el balance electrolítico puede ser mantenido mediante raciones balanceadas y
aportes de sal en la dieta.
2.1.9. CONSIDERACIONES ANATÓMICAS Y FISIOLÓGICAS MÁS RELAVANTES PARA
LA GENERACIÓN EFICIENTE DE FUERZA MUSCULAR EN LOS ANIMALES DE TIRO
Para el caso de los esfuerzos musculares que deben desarrollar los animales de tiro como los
bueyes y los caballos, una vez determinado un marco teórico básico, se puede establecer que
17
las estructuras musculares más generadoras de fuerza en estos animales son los músculos
estriados que hacen contacto con el esqueleto, razón por la cual se les denomina músculos
esqueléticos, los más importantes son los del tórax, espalda, dorso y grupa y que se encuentran
ubicados tanto interna como externamente. De igual manera juegan un papel fundamental
los músculos de las cuatro extremidades para el trabajo de apalancamiento en el avance del
cuerpo de los animales hacia el frente y cumplir así su tarea de tiro.
Para que sea más didáctica la explicación, se adjuntan gráficos que dan una vista panorámica
a los justificativos y argumentos técnicos para la determinación de los puntos anatómicos para
la generación de mayor fuerza muscular debido a los esfuerzos demandaos por la tracción
de las herramientas agrícolas necesarias para las labores de labranza de los suelos. Se toma
como prototipo de selección al caballo por ser el representante de la fuerza muscular animal
tipo, así como más fácil de mantener y hasta presta otros servicios adicionales en las granjas
rurales.
A continuación se presentan gráficos alusivos al tema de los puntos anatómicos más importantes
para la generación de fuerza muscular, considerando primero la solidez de las estructuras
óseas que en su conjunto forman el esqueleto del animal prototipo, el caballo; posteriormente
se consideran los tejidos musculares, desde el enfoque anatómico como fisiológico para la
determinación de las zonas corporales más significativas en cuanto a la generación y eficiencia
del trabajo muscular necesario para la tracción física de las herramientas y accesorios útiles en
los trabajos agrícolas, en este caso para el arado, la rastra y la deshierbadora de tiro animal.
18
Figura Nº 1
Fuente: Sisson, S y Grossman, J. (2000), Anatomía de Los Animales Domésticos
Esqueleto de un caballo con el diseño del contorno del cuerpo.
Como pude apreciarse en esta figura Nº 1, la fortaleza ósea en el caballo se encuentra en la
región torácica, ya que las vértebras torácicas o dorsales inician con unas espinas dorsales
fuertes y largas, se encuentran lateralmente los huesos planos llamados escápulas, de igual
manera las costillas que son cortas y fuertes, además los huesos de las extremidades de esta
región son fuertes, constituyen palancas y armazones óseas que dan gran consistencia y solidez
a las estructuras de la región del tórax.
Por cierto que se debe destacar el complemento de las extremidades posteriores o pelvianas
que en conjunto con los huesos de la pelvis constituyen una garantía en el trabajo de palancas
que realizan también estas dos extremidades.
De igual manera se ilustran mejor las definiciones con dos figuras complementarias que exponen
objetivamente los músculos esqueléticos del cuerpo del caballo, forma en la cual se da una idea
cabal de los puntos de mayor generación de fuerza muscular para trabajos de tracción.
19
Figura Nº2
15
6
11
10
2
17
3
1
13
16
12
18
7
8
9
14
20
4
5
19
Fuente: Sisson, S y Grossman, J. (2000), Anatomía de Los Animales Domésticos.
Músculos superficiales del caballo.
1.- fascia glútea
11.- pectoral profundo anterior
2.- gran dorsal
12.- músculo cervical cutáneo
3.- fascia lumbodorsal
13.- tensor de la fascia lata
4.- intercostal 14-.- pectoral profundo posterior
5.- oblicuo abdominal externo
15.- serrato cervical
6.- trapecio cervical
16.- braquiocefálico
7.- deltoides
17.- serrato dorsal
8.- pectoral superficial anterior
18.- semitendinoso
9.- cabezas larga y lateral del tríceps.
19.- biceps femoral
10.- trapecio torácico
20.- serrato torácico.
20
Figura Nº3
1
10
9
20
14 12
13
18
17
5
16
2
3
4
6
7
8
11
19
15
Fuente: Sisson, S y Grossman, J. (2000), Anatomía de Los Animales Domésticos.
Músculos profundos del caballo.
1.- serrato cervical
11.- oblicuo abdominal interno
2.- cabeza larga y lateral del triceps
12.- ilíaco
3.- pectoral superficial anterior
13.- gluteo medio
4.- pectoral profundo posterior
14.- serrato posterior dorsal
5.- pectoral profundo anterior
15.- gastrocnemio
6.- serrato torácico
16.- semimembranoso
7.- oblicuo abdominal externo
17.- semitendinoso
8.- intercostal externo
18.- ligamento sacrociático
9.- costal largo
19.- recto femoral
10.- espina dorsal
20.- fascia lumbodorsal
Como puede apreciarse en las figuras Nº1, 2 y 3, la región torácica es la más fuerte, tanto por
las estructuras óseas como por las musculares. Dentro de los músculos de la región torácica
anterior, lateral y dorsal, se encuentran músculos de fibras tipo I que son aptas para actividades
de larga duración como los trabajos de tiro o tracción de herramientas y sus accesorios, mientras
21
que las fibras tipo II, si bien están presentes también, son en menor proporción, estas fibras IIa y
IIb son aptas para las actividades violentas y de poca duración, forma en la cual se complementa
la fuerza muscular en la tracción animal.
Por otro lado, la circulación sanguínea o riego capilar que reciben estos músculos es más significativa
que los otros similares (esqueléticos) de otras ubicaciones anatómicas del cuerpo del animal, ya que
como es evidente al estar cercanos al corazón, reciben flujo sanguíneo más oportuno y fluido, lo que
a su vez les permite recibir una mejor oxigenación por estar cercanos a los órganos pulmonares.
Bajo las consideraciones anotadas anteriormente, se confirma que son los músculos de tórax,
del dorso y de la espalda los que mejor respuesta fisiológica y mecánica dan en los trabajos de
tiro, en caballos o en bueyes destinados al trabajo de fuerza muscular constante.
De igual manera la potencia de palancas que realizan las extremidades anteriores como las
posteriores en los animales de tiro serán mejor aprovechadas en la medida en que se les de
libertad de movimiento al evitar menos amarras con los aperos adheridos al cuerpo de estos
animales. Condición que garantiza una mejor termorregulación o disipación del calor metabólico
generado en el momento del esfuerzo muscular, condición que debe mantenerse activa siempre
para facilitar el trabajo muscular en las jornadas de trabajo de tracción animal.
Los aperos y accesorios diseñados para adherirse al cuerpo del animal guardan una total armonía
entre la ubicación y tensión sobre las estructuras musculares esqueléticas, a tal punto que
resultan cómodas para el animal mientras tracciona las herramientas también diseñadas con el
cuidado de encontrar ventajas mecánicas máximas durante las jornadas de labranza agrícola.
Es necesario recalcar que para el caso de los bueyes no es en la región cefálica donde tienen la
mayor fuerza muscular, al contrario el área cervical es la más frágil para el arrastre de resistencias
para el avance del cuerpo del animal durante los trabajos de tiro, tanto desde el punto de vista
de las estructuras óseas como de las musculares, se genera mayor fatiga muscular y hasta
disminución de la oxigenación dada por la función respiratoria. Además el riego capilar sanguíneo
se ve afectado con desventaja por las contracciones musculares violentas que se descargan en
los músculos de mayor longitud que están en el cuello del animal, generando fatiga muscular por
el cúmulo de ácido láctico muscular, lo que bloquea la función cerebral y por ende el equilibrio del
organismo del animal en general.
22
Figura N°4.
Fuente: Sisson, S y Grossman, J. (2000), Anatomía de Los Animales Domésticos (adaptación de zonas coloreadas).
Representación gráfica de las estructuras musculares que generan fuerza muscular
en el cuerpo del caballo de tiro.
Zonas de generación primaria de fuerza muscular
Zonas de apoyo a la fuerza muscular primaria
2.2. MARCO CONCEPTUAL
APEROS; son accesorios o complementos para la adecuación de herramientas y que pueden
ser de diferentes materiales tales como cuero, lona, caucho, nylón o poliester. El propósito de
utilizar estos aditamentos es el de lograr mejor adaptación de los implementos, herramientas
o instrumentos de labranza agrícola en el cuerpo de los animales de tiro, incluso y en muchos
casos, también al cuerpo de mujeres u hombres que deben realizar tareas agrícolas.
23
ARNÉS; es un accesorio que se destina a la adaptación anatómica en el cuerpo de los animales
de tiro, con la finalidad de hacer más eficiente el trabajo agrícola.
ANIMAL DE TIRO; se denominan bajo este calificativo a los animales que realizan trabajos
musculares destinados a la tracción o arrastre de herramientas, pesos o implementos que
necesitan esfuerzo para su movilización. Los animales más comunes para estos trabajos son
los caballos, asnos, bovinos y mulos.
Es necesario destacar que el animal considerado como prototipo para estos trabajos de fuerza
muscular es el caballo, tanto es así que la unidad de medida hasta en los motores y máquinas
de movimiento mecánico se habla en caballos de fuerzo (Hp).
BUEYES; en la práctica son considerados bueyes a los bovinos machos que ha sido quitados los
testículos mediante gonadectomía y que por lo mismo han perdido la capacidad reproductiva,
sin embargo y con fines de trabajo agrícola se da la denominación genérica de bueyes a todo
bovino macho que están adaptados a labores de tiro, independientemente que tengan o no las
gónadas masculinas.
CINCHA; es una correa de cuero, lona o de caucho que tiene por finalidad fijar o adherir al
cuerpo del animal de tiro una silla por ejemplo o algún accesorio adecuado para colocarlo en la
espalda del animal; la cincha se adapta al perímetro del diámetro toráxico posterior del animal
(detrás de las paletas y de los codos), fijando firmemente al cuerpo el accesorio de la espalda.
COYUNTAS; son bandas de 5 centímetros de ancho y 2.5 metros de largo, hechas
de cuero de res y que están destinadas a sujetar el yugo en los cuernos de los
bueyes, de forma tal que no causen dolor ni otro tipo de incomodidad en la nuca del
bovino así sujeto y preparado para el trabajo muscular de tracción de herramientas
agrícolas.
JÁQUIMA; accesorio de cuero, de manila o de otro material adecuado para colocarlo en la
cabeza de los caballos con el fin de sujetarlos o guiarlos según conveniencias del operario o
domador del animal.
PECHERA; apero que se coloca en el pecho del animal de tiro y que se sujeta en el cuello. Tiene
la forma de un óvalo y está armado con un soporte metálico forrado de tela o lona para que no
maltrate los tejidos del animal.
24
REJA; es el instrumento que rompe el suelo agrícola y que permite la labranza sea con fines
de “roturación” del suelo, de aflojamiento o de siembra y hasta de desyerba en los cultivos
agrícolas. Está elaborada en madera y en metal, por lo general se arma en forma mixta y está
ubicada en la parte inferior del arado, en un ángulo variable en relación al timón o eje central de
esta herramienta, con la finalidad de ajustarse a la profundidad de la labor de remoción de los
suelos destinados a cultivos.
SILLA; accesorio que se coloca en la espalda del caballo para poner sobre éste una toma
de fuerza, sentarse una persona, o para colocar determinados pesos sobre el mismo. Para
el propósito que se está tratando, la silla está destinada a la toma de fuerza desde la masa
corporal y muscular central del cuerpo del animal de tiro.
TIMÓN; eje central y longitudinal que permite manejar y utilizar a la herramienta en conjunto y
que se denomina como arado. Este eje es el que determina mediante su inclinación, en relación
con la reja, la profundidad a la que debe penetrar la herramienta de remoción del suelo.
YUNTA; se llama yunta a la pareja de bovinos machos, bueyes, que están entrenados para la
tracción de herramientas de labranza agrícola. Para que funcione la yunta o pareja de bovinos,
es necesario que estén sujetos mediante un instrumento de madera llamado yugo, con unas
correas de cuero de res que se denominan coyuntas.
25
CAPÍTULO III
3. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE LOS APEROS Y HERRAMIENTAS
3.1. LOS APEROS
Son los accesorios que se acoplan al animal y permiten la toma de fuerza que se realiza en base
a las estructuras óseas, músculos del tórax, dorso y espalda del animal.
3.1.1. CARACTERÍSTICAS
Se construyen con materiales durables, impermeables y cómodos, acoplándose perfectamente
a las diferentes estructuras anatómicas del cuerpo del animal, de manera que faciliten la toma
de fuerza que se utilizará para las diferentes labores de labranza de la tierra.
26
3.1.2. DETALLE DE CONSTRUCCIÓN
Nº
NOMBRE
DIAGRAMA
UTILIDAD
Sirve para adherir la toma
1
PECHERA
de fuerza en el tórax y
cuello del caballo
Para fijar la toma de fuerza
SILLA
en la espalda del animal.
CINCHA
Para fijar la silla en el
2
cuerpo del animal.
Son puntos para hacer
3
PUNTOS
DE
el enlace de la fuerza del
AMARRE
animal con las diferentes
herramientas.
Utilizada para adherir los
accesorios a la cadera del
4
GRUPERA
animal y para la ubicación
de otros accesorios a
utilizar.
5
JAQUIMERO
Permite guiar al animal.
27
3.1.3. ANÁLISIS FÍSICO
Aprovechan las estructuras óseas y los músculos del tórax, como del dorso y la espalda del
animal, de tal manera que se capte al máximo la fuerza de tipo muscular generada por el animal
para la tracción de herramientas tales como el arado, la rastra y la deshierbadora.
3.2. EL ARADO
Es una máquina que sirve para preparar el suelo, por eso se tienen dos tipos de puntas, una
que es fuerte y angosta destinada para preparar el suelo duro y darle fragilidad, otra más ancha
destinada para realizar los huachos donde se pondrán las semillas.
3.2.1. CARACTERÍSTICAS
El arado tiene un sistema de fuerzas, puntos de apoyo y direccionadores como elementos físicos
de construcción; por tanto consta de:
1.- Reja delgada.
2.- Reja ancha.
3.- Llanta y su mecanismo.
4.- Mansera.
5.- Timón.
6.- Regulador de Reja.
7.- Punto de fuerza y punto de
equilibrio.
28
Arado listo para su uso.
3.2.2. DETALLE DE CONSTRUCCIÓN
Nº
NOMBRE
1
MANSERA
DIAGRAMA
UTILIDAD
Para sujetar y equilibrar el
arado
Tiene acción entre los
dos puntos de apoyo y
2
equilibrio (llanta y reja),
TIMÓN
así como en el punto
de fuerza (barra anterior
transversal).
Es un mecanismo
de labranza, tiene
3
REJA
regulación para el nivel de
penetración en el suelo.
Una angosta y otra ancha.
4
Es un punto de apoya y
LLANTA
de equilibrio del arado.
29
3.2.3. ANÁLISIS FÍSICO DEL ARADO
3.2.3.1. Se Toma como referencia el inicio del timón en el punto de fuerza.
Si se realiza un sistema de fuerzas del arado al inicio
del timón en el punto de fuerza que realiza el animal,
se tiene, ∑ F=0
F1 + F2 - FR = 0
Midiendo con las romanillas (instrumentos medidores
de fuerza), se tiene que 100 kg por cada fuerza.
F1=F2= 200 kgf
Por lo que la fuerza resultante es igual a 400 kgf
Estos resultados obtenidos en las pruebas realizadas con el arado son directamente
proporcionales al tipo de suelos en los que se trabaje (suelos suaves o duros), de conformidad
con esta variable se tendrá la fuerza resultante.
Para suelos sometidos a trabajos agrícolas la fuerza
será de 200 kgf, si la punta del arado tiene un ángulo
Ø entre la fuerza resultante y la fuerza que realiza
la punta, por lo que la resistencia que recae en la
punta es grande, pero el esfuerzo que realiza el animal es menor ya que se buscado optimizar el
rendimiento de las herramientas mediante fundamentos y la aplicación dados por la Física.
Si se analiza la potencia desarrollada por el arado, cuando este realiza su labor en 100 m, se tiene
que: potencia = trabajo / tiempo.
Trabajo = FR xd
Trabajo
Potencia =
Tiempo
Trabajo = 4000 Nx100m
Trabajo = 400000J
Potencia =
400000J
100s
La potencia puede variar con la calidad del suelo y la fuerza muscular del caballo, este
análisis se lo realizó con dos medidores de fuerza y en el momento mismo del trabajo
30
del caballo preparado para las pruebas de campo en la granja de la ECAA.
De esto se concluye que la fuerza animal se puede utilizar en tareas de labranza, utilizando
herramientas como el arado en forma técnica para la optimización de este recurso.
3.3. LA SEMBRADORA
Es una herramienta manual para trabajo humano exclusivamente y destinada al depósito de
semillas en el suelo en óptimas condiciones, no importa la variedad de semillas vegetales. Se
caracteriza por trabajar de forma secuencial y continua, abre la tierra, deposita las semillas y
finalmente las cubre con tierra a una profundidad razonable.
La sembradora posee las siguientes partes: armazón de soporte, accesorios para hincar en el
suelo, dispositivos de almacenamiento y distribución de las semillas, de igual manera accesorios
para accionar la salida de las semillas.
3.3.1. CARACTERÍSTICAS
3.3.1.1. Dispositivo de almacenamiento. Es un accesorio que permite llevar
la cantidad de semilla necesaria para distribuirla en la siembra. Consta de
un recipiente con una base pequeña para que las semillas salgan en forma
controlada y en la cantidad que permita el mecanismo de regulación.
3.3.1.2. Distribución de las semillas. Consta de un dispositivo que permite que las semillas
salgan ordenadamente y en la cantidad necesaria.
3.3.1.3. Siembra. Es un mecanismo que consta de
un tubo flexible que permite que baje las semillas y
lleguen a un dispositivo en la parte terminal que tiene
dos funcionamientos, abrir y cerrar una pequeña
abertura para que salga la semilla; termina en una
punta que se hinca en el suelo y a una adecuada
profundidad, posteriormente se abre un mecanismo
con el fin de depositar la semilla. Inmediatamente se
31
retira el punzón para tapar las semillas y de esta manera garantice la siembra adecuada.
3.3.2. DETALLE DE CONSTRUCCIÓN
Nº
NOMBRE
DIAGRAMA
UTILIDAD
1. Sirve para almacenar las semillas que se va
1. Depósito de
1
a sembrar.
semillas
2. Tubo plástico
2. Conexión del depósito al mecanismo de
descarga.
2
Soporte
1. Mango; sirve para sostener la máquina.
2. Mecanismo de descarga, permite la descarga regulada de las semillas por cada
3
Sembradora
hincada o “golpe” del punzón.
3. Punzón; instrumento que se introduce en
el suelo haciendo un hoyo donde se deposita la semilla.
3.3.3. ANÁLISIS FÍSICO DE LA SEMBRADORA
La sembradora se basa en la fuerza muscular del hombre en dos puntos, en el punzón que
hace que se introduzca en el suelo y el mecanismo de descarga que permite abrir y cerrar el
mecanismo en la punta.
Esta herramienta se basa en el efecto que tiene la gravedad en los cuerpos que están en su
superficie, ya que por este fundamento la semilla baja desde el depósito al punzón para luego ser
depositada en la tierra y por ese efecto también la semilla es cubierta.
32
3.4. LA DESHIERBADORA
Es una herramienta destinada a realizar la limpieza de los terrenos útiles para la siembra, desprendiendo
raíces y malezas que no contribuyen al desarrollo de las plantas de cultivo, antes bien son competidoras
agresivas con los cultivares que el agricultor cuida afanosamente en sus suelos de labranza. Esta
herramienta consta de dos mecanismos: soporte o cuerpo madre y la deshierbadora.
3.4.1. CARACTERÍSTICAS
3.4.1.1. El soporte que consta de cuatro llantas y
una estructura que sobrelleva todo el dispositivo
para deshierbar.
3.4.1.2. Deshierbadora. Es un dispositivo que consta de 24 puntas delgadas de 20 cm distribuidas
en seis grupos de cuatro y en tres filas, como consta en el diagrama adjunto. Esto nos da la facilidad
de desprender gran cantidad de hierbas y malezas que no son deseables en el terreno.
Vista general de la deshierbadora.
33
3.4.2. DETALLE DE CONSTRUCCIÓN
Nº
NOMBRE
DIAGRAMA
UTILIDAD
Se utiliza para sostener los accesorios de
labranza y los mecanismos de la deshier-
1
CUERPO
badora.
Vehículo de transporte para otros materiales utilizados para la siembra.
2
3
MECANISMOS
Estos mecanismos ayudan a calibrar los
DE LA
accesorios de labranza de acuerdo con el
DESHIERBADORA
terreno y las malezas.
ACCESORIOS
Se utilizan para la limpieza de los terrenos
DE
LABRANZA
de hierbas y de maleza.
3.4.3. ANÁLISIS FÍSICO DE LA DESHIERBADORA
Si se aplica un sistema de fuerzas en la DESHIERBADORA, justo en la mitad del cuerpo, en el
lugar de acople del toma de la fuerza que genera el animal, se tiene que:
∑ Fi
= F TOTAL
F1 + F2 - TTOTAL =
FTOTAL = F1 + F2
F1 = 200 kgf = 2000 N
F2 = 200 kgf = 2000 N
34
0
El trabajo que realiza en deshierbar 100 m utilizando la fuerza animal
Trabajo = FTOTAL x distancia
Trabajo = 4000 N x 100 m
Trabajo =400 000 J
Trabajo
Potencia =
Tiempo
Potencia =
400000J
100s
Potencia = 40 000 Watt
Si se desarrolla este trabajo en 10s, la potencia desarrollada por la musculatura animal será
La potencia puede variar por la calidad de suelo y por la fuerza muscular animal, Este análisis fue
realizado mediante dos medidores de fuerza en el momento mismo del trabajo desarrollado por
el caballo y en predios de la ECAA.
3.5. LA RASTRA
Es una herramienta que está compuesta de cinco partes que permiten preparar la tierra para sembrar, sembrar
en forma dinámica y luego tapar las semillas, todo con una sola herramienta y optimizando el tiempo.
3.5.1. CARACTERÍSTICAS
35
1. Es versátil y ejecuta variedad de tareas, desde labranza primaria hasta el trabajo de siembra.
2. Es robusta y resistente.
3. Ofrece excelente maniobrabilidad en sitios estrechos.
4. Se adapta rápidamente a casi toda condición del campo con sencillos ajustes.
5. Corta tallos ásperos y rastrojos.
6. Rompe el suelo, desmenuza, nivela y/o asienta el suelo eliminando los espacios de aire.
7. Realiza hilera de surcos.
8. Descarga las semillas.
9. Tapa las semillas.
3.5.2. DETALLE DE CONSTRUCCIÓN
Nº
1
NOMBRE
DIAGRAMA
UTILIDAD
Se utiliza para colocar los accesorios de
labranza.
Roturación, rodillo, surcadoras, descarga
de semilla y tapador.
CUERPO
“Uso Múltiple”
Vehículo de transporte para otros
materiales utilizados para la siembra.
2
ROTURACIÓN
3
RODILLO
4
SURCADORA
5
DESCARGA DE SEMILLA
6
TAPADOR
Rompe el suelo.
Desmenuza y asienta el suelo, eliminando
los espacios de aire.
Realiza hileras de surcos.
Descarga las semillas.
Tapa las semillas con tierra.
36
3.5.3.ANÁLISIS FÍSICO DE LA RASTRA
Si se acopla un sistema de fuerzas de la rastra en la mitad del cuerpo y en la parte frontal, punto
en el que se aplica la fuerza que genera el animal, se tiene que:
F1 = 200 kgf = 2000 N
F2 = 200 kgf = 2000 N
∑ Fi
= F TOTAL
F1 + F2 - TTOTAL =
0
FTOTAL = F1 + F2
El trabajo que realiza la rastra en 100 m utilizando la fuerza animal.
Trabajo = FTOTAL x distancia
Trabajo = 4000 N x 100 m
Trabajo =400 000 J
Si se desarrolla este trabajo en 10s, la potencia desarrollada por la musculatura animal será:
Trabajo
Potencia =
Tiempo
Potencia =
400000J
10s
Potencia = 40 000 Watt
La potencia puede variar por la calidad de suelo y por la fuerza muscular animal. Este análisis fue
realizado mediante dos medidores de fuerza y con el caballo en pleno trabajo de tiro, en suelos
de la granja perteneciente a la ECAA.
Los accesorios que permiten la toma de fuerza del animal están preparados y acoplados en
referencia a las estructuras óseas, músculos del tórax, dorso y espalda del animal; es decir,
tomando en cuenta las fortalezas anatómicas y fisiológicas del animal con adecuaciones y
diseños que generan ventaja mecánica y por ende eficiencia en el trabajo agrícola.
37
CAPITULO IV
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Una vez terminado el trabajo de investigación correspondiente al: “Aprovechamiento eficiente de
la fuerza muscular animal con fundamentos fisiológicos y físicos aplicados al diseño de aperos,
herramientas y accesorios para la producción agroecológica andina”, se pueden establecer las
siguientes conclusiones:
• Dentro del grupo de animales destinados a trabajos de tracción muscular, denominados
también animales de tiro, se encuentran los bovinos machos y los caballos. De manera
especial sobresalen los caballos, ya sea por su característica agilidad, acoplamiento
fácil y facilidad para su manejo. Por ello es que se considera en las identificaciones de
zonas corporales de mayor rendimiento muscular, como de eficiencia fisiológica al caballo
considerado animal prototipo.
• Los músculos de mayor eficiencia para los trabajos de tracción de herramientas agrícolas
son los del tórax, los del dorso y espalda del animal con la gran colaboración de los
músculos de la cadera, dentro de estos últimos se tienen como los más sobresalientes
a los glúteos. Por cierto que hay que resaltar la acción de músculos primarios como los
pectorales superficial y profundos, los tríceps, serrato cervical, el trapecio cervical y torácico,
gran dorsal, intercostales, glúteos y bíceps femoral. Los otros músculos adyacentes a los
nombrados constituyen elementos de apoyo o de “palanca” para el trabajo de tiro.
• Los aperos o arneses que se colocan como frontal en el cuello y tórax, la silla dorsal y la
cincha para el ajuste en el perímetro torácico posterior, así como en la grupera, deben
guardar absoluta proporción con la anatomía de cada animal, forma en la cual se logra
comodidad, acople y hasta aireación para el mejor funcionamiento y rendimiento muscular.
Lo importante es lograr comodidad y no mortificación en el animal sometido a
trabajos de tiro.
• Las herramientas diseñadas tienen tres principios fundamentales para su estructura. El
acople con la fuente de generación de fuerzas musculares, de forma tal que se obtenga
el mayor rendimiento del trabajo desplegado, tanto desde el organismo animal cuanto del
38
hombre para las decisiones a tomarse en el momento más adecuado del proceso de las
labores agrícolas. La generación de ventajas mecánicas, tanto en los puntos de apoyo
como en los ángulos y líneas de roturación o remoción del suelo. Finalmente la ubicación
de los accesorios para el logro de la máxima eficiencia en cada labor agrícola desarrollada
con estos prototipos de herramientas y accesorios presentados.
• La socialización del uso, manejo y bondades de los prototipos de herramientas diseñadas,
tanto entre agricultores como entre estudiantes de Ingeniería Agropecuaria y Zootecnia,
ha sido muy bien acogida, despertando el interés por nuevos diseños, incluso para el uso
manual fundamentalmente. Por tanto se demuestra que este trabajo de investigación
brindará sus frutos con el paso del tiempo y el mayor o menor uso agrícola que se les de a
los aperos, herramientas y accesorios construidos.
Finalmente y para un mejor complemento de este trabajo de investigación se presentan las
siguientes
RECOMENDACIONES:
• Que se investigue más a fondo el diseño y construcción de nuevas y mejores herramientas
que brinden satisfacción al agricultor de la región andina especialmente.
• Que se busque por todos los medios hacer uso racional y limpio de los recursos naturales
para preservar el ambiente como sustento de una agricultura amigable con la ecología,
propósito fundamental de esta investigación de ciencias aplicadas a la práctica agraria.
• Que se respete la integridad anatómica y fisiológica de los animales de tiro, tanto para
garantía de su bienestar cuanto para el logro de una mayor eficiencia en el trabajo
agrícola.
• Que los prototipos presentados sean considerados hasta ese límite de realidad, condición
que permite el complemento de las observaciones para su mejoramiento y acercamiento
a lo ideal.
39
CAPÍTULO V
BIBLIOGRAFÍA
➢• Bobilef, I.F., Pigarev; N.V., Potokin, V. P., Lévedev, Y. V., Tsirendondokov, N. D.
• Krasota, V. F. y Martinov, I. M. (2008), Ganadería, Editorial MIR, Moscú.
➢• FAO (2006), Agricultura y Minifundio, Santiago de Chile.
• Kaimowitz, D. (2002), Agroecología y Desarrollo, CLADES, Santiago de Chile.
➢• Leroy, A. M. (2006), Zootecnia General, Ediciones GEA, Barcelona-España.
➢• Roneus, M. (2002), Muscle characteristics in horses in relation to age, sex and training.
Doctoral Thesis. Faculty of Veterinary Medicine, Swedish University of Agricultural Sciences.
Uppsala, Sweden.
➢• Persson, S. G. B. y Rose, R. J. ( 1983), Adaptación del músculo esquelético, Granta
Editions, Cambridge, pp. 344-353.
•➢ Sisson, S y Grossman, J. (2000), Anatomía de Los Animales Domésticos
40
ANEXOS
Archivo referente a la domesticación de los animales y uso de los bovinos como animales de tiro.
Uso de los bovinos (bueyes) como animales de tiro a través de la toma de fuerza mediante el
yugo que está sujetado a los cuernos y en la nuca del animal.
41
Yugo
de madera y los accesorios (arneses) para amortiguar la presión de la madera sobre la nuca
de animal.
Arado de madera y reja de hierro para uso con animales de tiro.
42
Yunta de bueyes en pleno trabajo de tracción mediante el yugo sujetado en los cuernos y nuca de
los bovinos (bueyes). Nótese que el animal de la izquierda tiene la cabeza flexionada hacia atrás
debido a la fuerza muscular que tiene que desplegar para avanzar junto al otro animal.
Maqueta
de una yunta de bueyes en el trabajo de tracción de un rastrillo misto, de madera y
metálico.
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Arado de para tracción animal correspondiente a la época de la Colonia. de estructura mixta:
madera y hierro.
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Yugo de madera, bosal para evitar que los bueyes se coman las plantas cultivadas, arneses
para amortiguar la presión del yugo sobre los tejidos de la nuca del animal, Coyuntas para el
amarrado del yugo en los cuernos del bovino, y una herramienta para arreglar la madera del
yugo en caso de no coincidir en la nuca del animal.
APEROS
Ubicación de los accesorios en el cuerpo del animal.
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EL ARADO
El arado listo para su utilización.
SEMBRADORA
Pruebas de la sembradora manual.
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DESHIERBADORA
Deshierbadora tipo rastrillo lista para las pruebas de campo.
LA RASTRA
Prueba luego del acoplamiento final de las partes de la rastra.
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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN
Diseño del arado.
Diseño y Construcción de los soportes para las ruedas.
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Ubicación de las llantas.
Diseño y Construcción de partes de la rastra.
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Diseño y Construcción de los soportes para las ruedas.
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PRUEBAS DE CAMPO
Prueba de la deshierbadora en el campo de la ECAA.
Prueba de los aperos.
Pruebas de las herramientas, aperos y deshierbadora.
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Prueba de campo con la sembradora manual.
Prueba de campo con la sembradora manual.
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Pruebas de funcionamiento de la sembradora manual.
Investigadores junto al arado de tiro.
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