METODOLOGÍA PARA LA EVALUACIÓN DE COSECHADORAS DE CAÑA DE AZÚCAR

II. ESTADO ACTUAL.

II.1. Estructura general y proceso tecnológico de las máquinas cosechadoras de caña de azúcar.

La cosechadora de caña de azúcar se dedica a la recolección mecanizada de la caña de azúcar tanto verde como quemada, en cualquier forma que ésta se encuentre: levantada, encamada, entrelazada, etc.

La cosechadora también se denomina combinada porque la cosecha, la limpieza y el desmenuzamiento han sido integrados en una sola máquina (Rodríguez Belena, Raúl. 2005).

II.1.1. Estructura general de las cosechadoras.

La máquina combinada cosechadora de caña de azúcar está destinada a la recolección de esta gramínea, tanto erecta como encamada, que se cultiva en campos típicos mecanizables. La combinada corta la caña, la secciona en partes y elimina la materia extraña que la acompaña, para luego descargar su parte aprovechable limpia en el medio de transporte que marcha junto a la cosechadora.
 
Partes principales que conforman la máquina:
- Estructura portante.
- Sección receptora con el mecanismo de corte inferior.
- Sección troceadora y separadora (transportadores y ventiladores).
- Mecanismo corta cogollos (opcional).
- Fuente energética y tren de rodadura.
- Accionamientos (hidráulicos y mecánicos).
- Cabina del operador con los mandos de accionamiento y los instrumentos de control.

II.1.2. Proceso tecnológico de las cosechadoras.

Durante la marcha de la cosechadora a lo largo de la hilera, los divisores de la sección receptora levantan los tallos de caña, los separan de la hilera contigua y los dirigen hacia el mecanismo de corte inferior. Una vez cortados, los tallos son arrastrados por los tambores alimentadores hacia el mecanismo troceador, donde son seccionados en partes aproximadamente iguales. La masa vegetal pasa por los transportadores y el sistema de limpieza, donde se produce la separación de la materia extraña y la parte aprovechable, antes de ser descargada esta última en el medio de transporte.

II.2. Sistema de evaluaciones de las Máquinas Cosechadoras de Caña de Azúcar en Cuba.

El incremento del nivel técnico y la efectividad económica de las máquinas depende sustancialmente de la rigurosidad de los experimentos que se realicen. A través de ellos, se obtiene la información experimental necesaria para comprobar las soluciones técnicas, tanto por métodos de cálculo (modelos matemáticos) como en bancos de pruebas aceleradas, de modo que, con los resultados aportados, podemos tomar decisiones técnicamente correctas. (Héctor Pupo, 2004)

Para perfeccionar el diseño de las combinadas, los elementos que la conforman deben cumplir en la práctica las exigencias propuestas en la tarea técnica en cuanto a la obtención de los mejores índices de calidad y económicos. (Batista Aerle, 2005)

La valoración sobre los índices de calidad, económicos y ergonómicos de las cosechadoras, aunque se realizan primeramente mediante métodos teóricos, no son de mucha fiabilidad, a pesar de contar con información previa. La práctica ha demostrado que la valoración más efectiva de estos índices, durante la etapa de desarrollo de la máquina, se consigue con el empleo de métodos experimentales de cálculo. De ahí que, para obtener información experimental, sea necesario realizar varios tipos de evaluaciones en condiciones reales de explotación (Lebeque, F y Pino, 2006).

En la actualidad, se realizan algunas investigaciones en máquinas de la producción seriada, modificadas o adquiridas en el exterior. Se ejecutan partiendo de la documentación suministrada por el fabricante.

A partir de los indicadores que se desea comprobar, se elabora el proyecto de investigación, que recoge las etapas en que se realizará ésta y el costo de la misma, para su aprobación por el Ministerio del azúcar (MINAZ); posteriormente, se realiza el programa de ensayos que incluye la metodología para ejecutar cada una de las evaluaciones necesarias con vistas a obtener los indicadores que se establezcan (Compendio de regulaciones sobre la zafra. MINAZ, 1983).

Se recibe el objeto de investigación (máquina) ya ensamblada y lista para su explotación. De forma general, las evaluaciones  que  se realizan son las siguientes::

• Peritajes técnicos primario, corriente y final.
• Tecnológico explotativa.
• Ergonómica.
• Pruebas aceleradas.
• Económica.

Como se puede comprobar, no existe un sistema integrador establecido de forma tal que se pueda realizar una investigación general de un objeto y la aplicación del resultado final en el diseño y fabricación de nuevos prototipos o la adquisición de otros equipos, superiores en calidad y menos costosos  que la máquina de fabricación seriada existente hasta la fecha, con un mínimo de gastos y tiempo.

Según Lebeque, F y Pino (2006), de forma general, los principales problemas existentes en la actualidad, y que frenan la realización exitosa de las pruebas de las cosechadoras, son los siguientes:

•  Ausencia de la tarea técnica según lo establecido en la norma cubana al respecto, donde participen de manera activa el cliente y las entidades encargadas del diseño y construcción de los nuevos prototipos.
•  Falta de definición de los índices de calidad y económicos específicos de las cosechadoras cañeras y las diferentes etapas donde deberán ser evaluados los mismos.
• No existe un sistema integrador de pruebas, donde de manera científica se plantee la secuencia a seguir en las mismas.
• En la etapa de discusión de las diferentes proposiciones técnicas, no se tiene establecido qué índices de calidad y económicos permiten una discusión objetiva de la mejor variante técnica.
• Existe problemas organizativos que atentan contra la búsqueda de soluciones a partir de los resultados obtenidos en las pruebas, así como en la veracidad de los resultados de algunas de ellas.
• Aún no existe una aceptación por parte de la entidad fabricante sobre la necesidad de la aplicación de métodos científicos durante el diseño y desarrollo del nuevo equipo, utilizándose actualmente en lo fundamental el método de prueba-error.
• No está claro cuales son las etapas en que deben intervenir el diseñador, el cliente y el fabricante en el sistema de pruebas, lo que tiene como consecuencia que se interfiera el normal desarrollo de las mismas.

En la bibliografía consultada, se hace referencia a que las diferentes máquinas fueron sometidas a pruebas por el fabricante.

Por lo antes expuesto, podemos llegar a la conclusión de que es necesario confeccionar una metodología para la realización de estas pruebas, que agrupe de forma coherente los principales parámetros a medir, para poder tomar decisiones mejor fundamentadas, a la vez que ésta se convierta en norma cubana para su obligatorio cumplimiento.

II.3 Etapas y Metodologías existentes para las evaluaciones de las cosechadoras cañeras en Cuba.
Antes de definir “tarea técnica”, en el anexo A, compendio del algoritmo empleado, hemos subrayado todos aquellos aspectos motivo de nuestra aportación.

            II.3.1. Tarea técnica.

La tarea técnica es una etapa esencial en todo sistema; se elabora en base a los resultados de las investigaciones realizadas, pronóstico y análisis de logros científico-técnicos. En ella quedarán plasmadas las exigencias y características que debe reunir la nueva cosechadora, a fin de ser superior a la que se encuentra en línea de producción, según las exigencias planteadas por el usuario y el fabricante. En ésta se incluyen todos los índices de calidad y económicos deseados.

En la confección de la misma deberán participar la entidad diseñadora, la entidad fabricante y el cliente. Cualquier variación que posteriormente quiera hacerse a la misma será de mutuo acuerdo entre los participantes. Se confeccionará según la NC 02-01:78, establecida al efecto.

A partir de la tarea técnica, se elabora el proyecto y la documentación para la fabricación de la maqueta que dará origen al futuro prototipo. Esta es la etapa principal, ya que en la misma se establecen las exigencias y características que debe poseer la máquina en comparación con su antecesora, llegándose a cumplimentar los requisitos planteados por el cliente y el fabricante. En esta etapa es donde se plantean los índices de calidad y económicos que determinarán la efectividad de la máquina una vez fabricada.

            II.3.2. Proposición técnica y documentación del prototipo.

En esta etapa, se discutirán las diferentes variantes existentes teniendo en cuenta la tarea técnica, con el fin de ganar el máximo de objetividad en la discusión de la misma, reflejar los índices de calidad y económicos, valorándose cualitativa y cuantitativamente de acuerdo a las necesidades del cliente.

Si se elaboran diferentes variantes tecnológicas, se seleccionará la mejor desde el punto de vista económico.

            II.3.3. Construcción del prototipo.

Una vez elaborada la documentación técnica del prototipo, se inicia la próxima etapa, que consiste en la fabricación del mismo, con el objetivo de poder evaluar sus índices de calidad y económicos, prestando especial atención al costo unitario de fabricación.

            II.3.4. Peritaje técnico de las máquinas cosechadoras de caña.

Esta evaluación se realiza según la norma cubana NC - 34 - 41:87; en este documento se especifica que la misma deberá realizarse en una superficie que cumpla con las condiciones preestablecidas, efectuándose durante y después del ensamblaje del primer prototipo.

Para la realización del peritaje técnico debe  tenerse en cuenta, sobre todo, los siguientes aspectos:

• Documentación técnica de la máquina.
• Instrumentos y medios de medición verificados.

 Los Índices más importantes a evaluar serán:  

• Transportabilidad.

b) Tecnológicos.
c) Parámetros geométricos (constructivos y funcionales).
d) Presión específica de los neumáticos sobre el suelo.

• Ergonómicos.

f)  De seguridad.

II.3.5. Metodología para la evaluación tecnológico explotativa.

Esta metodología está basada en la Norma Cubana NC - 34 - 37:85, referida a la “Metodología para la evaluación tecnológico explotativa”.

Las máquinas combinadas experimentales se someten a los ensayos de explotación con el objetivo de:

• Llevar su construcción hasta el nivel de fiabilidad dado en la tarea técnica.
• Determinar la preparación de la máquina para los ensayos estatales durante los ensayos que realiza la fábrica productora de máquinas combinadas.
• Evaluación previa de la fiabilidad y determinación de la preparación de la máquina para su producción en serie.

La evaluación tecnológico explotativa comprende dos partes fundamentales:

•  Evaluación de la nueva máquina durante todo el volumen de trabajo según el programa de pruebas.

•  Comparación de la nueva máquina con la existente en la explotación, que se lleva a cabo mediante turnos de control.

II.3.6. Metodología para la evaluación de índices ergonómicos.

Estas evaluaciones se realizarán según las normas cubanas  NC - 19-01-22, NC - 19-01-03, NC - 19-01-04 y la NC - 19-01-05; los parámetros más importantes a evaluar son:

Ergonómicos: expresan la interrelación hombre-máquina-medio ambiente:

• Nivel de vibraciones.
• Nivel de ruido (máximo permisible: 85 dB)
• Condiciones microclimáticas (temperatura: 32 °C, velocidad del aire: 1,0 a 3,0 m/s; humedad relativa: de 70 a 90 %).
• Nivel de polvo y toxicidad.

Antropométricos: determinan la correlación del puesto de trabajo (cabina) con la forma, dimensiones y masa corporal del operario. Además, se valora la distribución y operatividad de los mandos.

Fisiológicos: caracterizan la correlación de la máquina con las posibilidades de fuerza, velocidad, etc. del operario:

• Esfuerzos para accionar los órganos  de  mando.

Sicofisiológicos: valoran las posibilidades visuales, auditivas y táctiles del hombre:

• Visibilidad.
• Auditivas.

II.3.7. Pruebas aceleradas.

Las pruebas aceleradas se realizarán en un área con las condiciones requeridas y procurando que la máquina se encuentre en buen estado técnico; este ensayo se realizará según la norma cubana NC - 19-02-48.

El objetivo de las pruebas aceleradas es obtener la información necesaria de los indicadores de calidad (fiabilidad y longevidad, durabilidad o vida útil) en un tiempo más breve que en las condiciones de explotación.

Las pruebas aceleradas fuerzan los procesos de rotura por fatiga del metal y el desgaste de la máquina. Esto puede realizarse debido al aumento de las cargas o de la frecuencia de las influencias o factores que inciden.

Para hacer ésto posible, es necesario contar con resultados experimentales anteriores, lo cual permitirá simular las cargas y todo lo que influye sobre la máquina durante su explotación. Esto requiere la recopilación de información que abarque la mayor cantidad de factores incidentes sobre el objeto, incluyendo las condiciones en que se explota.

Es muy importante toda la información que se recoja durante los ensayos extensométricos, pues a partir de las cargas dinámicas de trabajo se simularán las mismas en el banco.

En el banco, el objeto se prepara con elementos encargados de simular las cargas que actuarán con una frecuencia determinada (circuito hidráulico con cilindros incidiendo sobre los puntos seleccionados).
Estos bancos trabajan a tiempo completo (24 horas); se imita el trabajo real en condiciones de explotación, lo que permite obtener resultados en un corto plazo. Para realizar una valoración mucho más fiable, se deben someter a ensayo cada uno de los conjuntos o partes que componen el objeto de investigación y su interrelación. Este tipo de ensayo resulta costoso ya que muchas veces se destruye el objeto pero, como investigación en sí, resulta necesario; es más factible destruir 2 o más prototipos que producirlo en serie con defectos, que provocaría un descalabro financiero.

II.3.8. Evaluación de los índices económicos.

Las evaluaciones a las máquinas siguen un orden lógico de  realización que va desde la etapa de investigación y desarrollo de los prototipos hasta la puesta en explotación de la nueva máquina. A partir de la tarea técnica, se definen los índices  económicos y financieros de cada propuesta, lo cual exigirá una revisión de los costos y las ganancias proyectadas para descubrir si satisfacen los objetivos y los volúmenes de producción que debe alcanzar la máquina.

La evaluación económica de las cosechadoras se realizará de la forma en que esté recomendado en este anteproyecto de norma:”Metodología para la evaluación económica de cosechadoras de caña de azúcar”.

Una parte de la información necesaria para efectuar la valoración de los índices económicos de la máquina se obtiene durante la realización de las pruebas de campo (tecnológico – explotativas y de fiabilidad.).

La máquina más ventajosa será aquella que establezca una minimización de los gastos en la ejecución de una unidad de producción (Zorca, A. 2000).
 Los principales índices para la valoración de los índices económicos son:

•  Valor de la producción (€).
• Costo de producción (€).
• Costo unitario de producción (€/Mg).
• Costo de explotación (€/Mg): son los gastos en que se incurre durante la explotación de la máquina (salarios, combustibles, lubricantes, aceites, etc.).
• Costo de investigación (€): gastos en que se incurrió durante el proceso de investigación.
• Precio unitario (€/máquina): valor de venta de la máquina.
• Ganancia neta (€).
• Período de recuperación de los gastos (año): es el tiempo que se tarda en recuperar los gastos, teniendo en cuenta la  ganancia neta.
• Efecto económico anual (Eca).
• Efecto neto: es el ahorro que se logra al fabricar algunas partes componentes de la máquina sin necesidad de realizar importaciones.
• Efecto por la disminución de las pérdidas en cosecha (€).
• Efecto por el aumento de la calidad de la cosecha (€).

(1 € ≈ 30  pesos cubanos)

II.3.9. Construcción de varios prototipos.

Partiendo de los resultados obtenidos durante la evaluación del primer prototipo, se pasa a esta etapa en la que se construyen varios más y se distribuyen en diferentes zonas, sometiéndolos nuevamente a ensayos para analizar el comportamiento de los mismos y tomar decisiones. Además, se controlarán los costos de producción (€/máquina).
Deben construirse al menos 3 prototipos para ser evaluados en cada una de la zonas geográficas del país con la finalidad de apreciar su eficiencia en lo diversos relieves y variedades de cañas existentes en el país.

II.3.10. Ensayo de aceptación o certificación.

Una vez realizados los ensayos de control y ajuste que se estimen necesarios y el ensayo preliminar, las máquinas podrán ser sometidas al ensayo de aceptación, que es donde se controlan las muestras experimentales, lotes experimentales o artículos de producción unitaria, que se realiza con el fin de decidir sobre la conveniencia o no de la introducción de las máquinas en la producción.
 
El ensayo de aceptación se realizará para controlar la calidad de la máquina, evaluando los índices de calidad y los índices económicos establecidos en la tarea técnica; lo preside una comisión de expertos, formada por representares del usuario, productor, miembros del Centro de Desarrollo de la Maquinaria Agrícola (CEDEMA) y otros interesados.