Diseño, construcción y prueba de una máquina sembradora agroforestal automatizada

Las plantaciones forestales están adquiriendo una importancia trascendental en esta civilización industrializada, ya que permiten contribuir a la reducción de la acumulación de gases efectos invernadero y consecuentemente a mitigar el problema del calentamiento global, que está generando grandes trastornos climáticos y enormes deterioros para el ecosistema mundial [3].Desde el punto de vista comercial, la forestación es una fuente de recursos económicos si se utiliza adecuadamente los instrumentos de intercambio para la comercialización de bonos de carbono.

La producción forestal con fines comerciales requiere de metodologías de suministro de plantas que reúnan las condiciones de calidad óptima para garantizar altos niveles de sobrevivencia cuando son transportadas y plantadas en terreno. Al mismo tiempo es importante disponer de sistemas que permitan obtener una alta productividad de plantas a objeto de poder atender la mayor área factible de forestada exitosamente. [2]

La demanda creciente de plantas de algunas especies forestales a nivel mundial con fines de repoblación ha motivado el desarrollo tecnológico acelerado en aspectos relevantes teles como siembra, fertilización, riego control de maleza y manejo radicular y aéreo de las plantas en viveros. Esto debido a la necesidad de maximizar la probabilidad de supervivencia y el rendimiento energético de la planta en terreno.

El gran desafío consiste en la producción de planta con niveles de costo y calidad tal que sea posible impulsar programas masivos de forestación como una importante área de desarrollo económico y mejoramiento ambiental. [3]

Este proyecto tuvo como objetivo principal el investigar, desarrollar, evaluar y aplicar una tecnología apropiada para nuestro país, que permite la producción de plantas de especies forestales con valor estratégico, de alta calidad y costo razonables.

Diseñar, construir y evaluar equipo agroforestal capaz de sembrar semillas de plantas de especies foréstales y hortícolas, en forma automatizada, con elevados estándares de calidad y conservación el medio ambiente.

• Desarrollar y ensamblar una unidad prototipo

• Elaborar el diseño mecánico, eléctrico y de transmisiones del equipo.

• Emprender pruebas piloto para la detección de errores y fallas de funcionamiento.

• Evaluar el equipo en función de su rendimiento y porcentaje de germinación

El presente proyecto de investigación sobre el diseño, construcción y prueba de la máquina agroforestal, correspondió a un convenio entre la SENESCYT (Secretaria Nacional de Educación Superior de Ciencia y Tecnología del Ecuador), con un aporte del 90% de sus costos y la Universidad Técnica de Manabí (10%) conjuntamente con la Universidad de Concepción de Chile. Se ejecutó a través de su Facultad de Ingeniería Agrícola en la ciudad de Portoviejo, provincia de Manabí (Gráfico 1), y la colaboración importante de la empresa privada de la provincia de Manabí.

Gráfico 1. Ubicación del proyecto, Manabí, Ecuador

La metodología utilizada corresponde a la acción participativa, puesta en práctica la interacción entre docente, dicente, empleados, empresa privada y agricultores de la comunidad, dentro de dicha técnica utilizo, el FODA y lluvias de ideas a fin de lograr una correcta interacción de los involucrados.

Los materiales utilizados en la construcción de la máquina sembradora, fueron debidamente seleccionados y existentes en el medio, que cumplan los estándares requeridos para el buen funcionamiento de la máquina y que a su vez sean de fácil adquisición y uso para los agricultores.

Antes de proceder al esquema, diseño y prototipo de la máquina se realizó una visita a varias provincias del Ecuador, con el propósito de realizar un diagnóstico general de las características, condiciones y conocer las diferentes especies agroforestales.

Después de una socialización de proyecto en varios cursos y seminarios con la presencia de agricultores, estudiantes y técnicos agropecuarios y un análisis riguroso, se procedió a la realización del primer prototipo de la máquina sembradora, el mismo que se conformó de varias unidades operativa, como: trasportación, llenado de sustrato, rodillos para los agujeros y sembrador de precisión, que en forma sincronizada actúan en la misma máquina.

A través de la observación del funcionamiento de la máquina en varios días de campo, se realizaron las correcciones correspondientes, conjuntamente con los técnicos y agricultores, para luego proceder al diseño y elaboración de planos de cada una de sus partes operativas.

Para los cálculos del sistema de transmisión, potencia de los motores eléctricos y accesorios (piñones, cadenas, chumaceras, entres otros), utilizó, las fórmulas de Ingeniería mecánica y eléctrica correspondiente para cada caso y su construcción, se la realizó en los talleres de la empresa privada (Taller MEMELL) y de la Universidad Técnica de Manabí.

La Unidad estructural (sistema de transportación de bandejas) esta compuesta por el chasis principal construida de estructura de hierro (material SAE 1020 espesor, mínimo 3 mm ángulo de 5 mm), que esta ligada a una banda transportadora de cadena acciona por un motor eléctrico, en la misma unidad se encuentra acoplados los rodillos de huequeado y siembra.

La Unidad de llenado(elevación). Su función principal es de abastecimiento y recolección del exceso sustrato; lo que evita el desperdicio del material de las gavetas; actividad que la realiza a través de un motor eléctrico independiente, de 1,0 HP -1400 RPM y. Para su construcción se utilizaron los siguientes materiales: Chumaceras 25mm SF 25, piñones 1”5/8 y 6 dientes ASA 120, rodillos 75mm x 120mm SAE 1020, capachos en plancha 4,5mm SAE 1020, piñones paso 1/2 y 40 dientes, cinta e/f porta capachos, cintas e/f transportadora, plancha de 6mm x 750mm x 1000mm SAE 1020, tolva fierro negro 2mm x volumen,. Para la construcción de la tolva de abastecimiento del sustrato se utilizó los materiales detallados a continuación: Piñones 1”5/8 y 6 dientes SAE 5160, piñones 1”5/8 y 6 dientes ASA 120, Ejes 25mm x 80cm SAE 1045, 12mm ángulo 40X40X3 mm SAE 1020, rodillos 75mm x largo de bandejas, plancha fierro negro de 1/4” x 600mm x largo de bandejas, se puede observar en las fotos 1.

Foto1. Unidades de llenado de la máquina

El rodillo de para hacer los agujeros. Las bandejas germinadoras, luego de que son llenadas de sustratos, son transportadas hacia el rodillo que hace los agujeros, a través de un movimiento generado del mismo motor de la cinta transportadora a través de cadena y engranajes; su función principal es la de hacer los huecos en cada espacio o alveolos de las bandejas de forma precisa y regulada en su profundidad, conforme el tamaño de la semilla. Para su construcción se utilizó: Piñones 1”5/8 6 dientes SAE 5160, chumaceras 25mm SF 25, ejes 25mm x 80cm SAE 1020, rodillos marcadores SAE 1020 y depósito de semillas., como se puede observar en la foto 4 y gráfico 1.

El rodillo sembrador. Constituye la parte principal de la máquina, de ella depende el éxito de una buena siembra. El rodillo posee (según bandeja) en su parte interior 104 agujas milimétricamente sincronizadas, de tal forma que permita depositar de manera precisa una semilla (< de 10 mm de diámetro) en cada uno de los alveolos de la bandeja.. El rodillo sembrador de alta precisión, está construido de: rodillo de PVC de 200 mm de diámetro, en su interior lleva 104 agujas retráctiles de acero tipo inoxidable de calibre de 1.0 mm (pueden variar, según tamaña de la semilla entre 0.8 a1.5 mm), la función de las agujas es de limpiar, sellar el agujero y expulsar las semillas, en la foto4.

Bandejas Germinadoras, para el presente estudio se utilizó la bandejas de polietireno de 104 alveolos, la misma que tuvieron las dimensiones siguientes: 51,2 cm x 24,4 cm, éstas bandejas germinadoras permite el fácil traslado al sitio definitivo de siembra , reduce manipulación de las plantitas germinadas, facilita el control fitosanitario, la reproducción y el tranplante.

Para la estimación del rendimiento y el porcentaje de germinación de las semillas, se lo realizó en el campo y se utilizó semilla de balsa (Ochroma pyramidale) ; se sembraron100 bandejas de poliestireno de 104 alveolos o cavidades y se obtuvo el tiempo promedio por cada un de las bandejas sembradas, desde cuando la máquina transporta la vendeja vacia hasta cuando sale completamente sembrada. Y el porcentaje de germinación correspondió al promedio de plantas germinadas por cada bandeja sembrada.

Se logró realizar un esquema de la máquina, como una unidad prototipo que responda a la realidad y necesidades del Ecuador, la misma que está compuesta por las siguientes unidades: Unidad estructural (Chasis), unidad llenadora de sustrato, unidad elevadora de sustrato, unidad de agujero y unidad sembradora (Grafico1).

Gráfico 1. Esquema de las partes operativas de la máquina

Ensamblada como una solo unidad, todas las unidades operativas de la máquina actúan de una manera sincronizada, con funciones diferentes; pero necesarias para lograr un solo objetivo, que es, la siembra de las bandejas germinadoras. Para su perfecto funcionamiento es importante la correcta calibración de los rodillos de agujeros y de siembra igualmente las dimensiones de las bandejas germinadoras deben ser perfectas.

Analizado, discutido y definido el esquema de la máquina, se realizó el diseño y elaboración de planos como se muestra en el gráfico 2.

Gráfico 2. Planos de máquina agroforestal

• La Unidad estructural (sistema de transportación de bandejas) esta constituida por el chasis principal, construida de estructura de hierro, que esta ligada a una banda transportadora de cadena acciona por un motor eléctrico de 1.5 HP y 1400 RPM y un reductor R-1/20 que permite transportar en forma adecuadamente y realizar todo el proceso de llenado de sustrato; ésta misma unidad se encuentra acoplados los rodillos para los agujeros y siembra (ver foto 3 y 4).

•La Unidad de llenado. Está compuesta por la unidad de elevación del sustrato y la tolva de abastecimiento de sustrato (ver gráfico 1 y foto2), realiza las funciones de abastecimiento y recolección del exceso sustrato; lo que evita el desperdicio del material de las gavetas; actividad que la realiza a través de un motor eléctrico, ubicado en la parte superior de la unidad de elevación del sustrato.

La tolva de abastecimiento del sustrato se encuentra ubicada en la parte superior del casis de la máquina, es de forma trapezoidal. Su sistema de llenado de las bandejas, es a través del movimiento generado por el motor eléctrico que acciona la banda transportadora de las bandejas; el abastecimiento del sustrato es de forma manual, realizado por dos personas, ver foto2.

Foto 2. Bandeja germinadora de poliestireno

Foto 3. Ubicación del motor y de la aspiradora

• El rodillo de para hacer los agujeros. Se encuentra ubicado antes del rodillo sembrador y después de la Unidad de llenado; las bandejas germinadoras, luego de que son llenadas de sustratos, son transportadas hacia el rodillo de agujeros y movimiento es generado del mismo motor de la cinta transportadora a través de cadena y engranajes; su función principal es la de hacer los huecos en cada espacio o alveolos de las bandejas de forma precisa y regulada en su profundidad, conforme el tamaño de la semilla, foto 4.

• El rodillo sembrador. Constituye la parte principal de la máquina, de ella depende el éxito de una buena siembra. El rodillo posee (según bandeja) en su parte interior 104 agujas milimétricamente sincronizadas, de tal forma que permita depositar de manera precisa una semilla (< de 10 mm de diámetro) en cada uno de los alveolos de la bandeja, en un tiempo aproximado entre 30 segundos, sus dimensiones y características se encuentran en los anexos 1 y 2. Su movimiento es generado por el motor eléctrico y la adherencia de la semilla al rodillo es provocada por una aspiradora sencilla de uso doméstico, su forma y ubicación en la máquina se puede apreciar en la foto 3, 4 y 6.

Foto 4. Rodillos de agujeros y siembra

• Bandejas Germinadoras, Después de varias pruebas y de la existencia en el mercado, se definió la utilización las bandejas de polietireno de 104 alveolos, la misma que tuvieron las dimensiones detalladas a continuación: 51,2 cm x 24,4 cm. Éstas dimensiones fueron importantes y sirvieron para el diseño de los rodillos de agujeros, sembrador y para determinar el ancho de la máquina, sus características se las puede observar en la foto5.

Foto 5. Bandeja germinadora de poliestireno

La máquina sembradora agroforestal realiza al mismo tiempo el llenado de las bandejas germinadoras con sustrato y siembra. Se obtuvo un rendimiento de aproximadamente 12.000 plantas/hora, la máquina sembró cada 30 segundos una bandeja germinadora para 100 semillas y un 86% de germinación.

Foto 6. Sembradora Agroforestal

A. Motor del sistema de elevación B. Tolva de sustrato C. chasis de la máquina D. Recolector de sustrato E. Aspiradora para el cilindro sembrador F. Motor eléctrico G. Sistema de transmisión para transportación bandejas H. Rodillo sembrador I. Rodillo para los agujeros J. Sistema de transmisión para tolva

La transferencia tecnológica acompañada de un manual de operaciones y un selecto personal capacitado se realizó con mucho éxito a través de varios días de campo, cursos, ferias y exposiciones en las ciudades de Portoviejo y Quito, con una asistencia multitudinaria de agricultores, técnicos, funcionarios y estudiantes del sector agropecuario de la provincia de Manabí.

Foto 7 Demostración de la máquina en un día de campo

• La construcción de la máquina agroforestal constituyó un paso importante hacia la modernización de la agricultura en los sistemas de producción agroforestales en el Ecuador y especialmente en Manabí.

• La ejecución de este trabajo comunitario se constituye en un proyecto pionero dentro de la U.T.M. lo que genera grandes expectativas para el futuro en el agroforestal.

• Los rendimientos de sembrar una vendeja con 100 plantas cada 30 segundos, la hacen atractiva para los agricultores organizados.

• La organización de los productores agropecuarios constituye una buena oportunidad para el uso de la máquina agroforestal.