INTRODUCCIÓN

Como consecuencia del lógico desarrollo que ha sufrido la industria azucarera, sobre todo en su eslabón de cosecha, se ha continuado el perfeccionamiento de los sistemas de equipos, específicamente en lo referente a las cosechadoras de caña, que, por la complejidad de la labor que realizan, al estar sometidas a altas y variables cargas, así como a un régimen de trabajo en condiciones muy duras, han llevado a estudios de perfeccionamiento, para sustituir las máquinas por otras más eficientes; de ahí la importancia de definir sus principales índices de calidad y económicos. (Pino, 2009), (Álvarez Sánchez, 2014)

Para lograr este objetivo, se hace indispensable realizar investigaciones que incluyan pruebas de laboratorio y de campo, que permitan establecer las características tecnológicas explotativas y a través de ellas, valorar si se ha cumplido el objetivo trazado de lograr una máquina superior. Los estudios integrales de evaluaciones alrededor de las máquinas cosechadoras de caña permiten la corrección de posibles deficiencias de diseño, evitando que pasen con errores a la etapa de producción en serie, o que sean adquiridas por el país máquinas que no se adaptan a las condiciones reales del mismo, con una disminución de los gastos y el correspondiente tiempo. (CEDEMA, 2014)

Tanto las cosechadoras de cañas de azúcar diseñadas y fabricadas en el país, como algunos modelos importados, han sido sometidos a diversas evaluaciones con vistas a valorar su eficiencia y confort. En la actualidad, las pruebas que se realizan en las máquinas cosechadoras no consideran de manera integral las condiciones de explotación, fiabilidad, ergonómicas y agrotécnicas propias del país.

Esta es la tarea que le toca desarrollar con mucha responsabilidad y eficiencia al Ministerio de la Agricultura, Centros de Investigaciones de las Universidades y el Centro de Desarrollo de la Maquinaria Agrícola (CEDEMA).

Teniendo en cuenta que el país tiene la necesidad de tener máquinas resistentes y duraderas capaces de soportar el rigor de las zafras azucareras cubanas se hace necesario determinar los indicadores de los procesos explotativos del primer prototipo de la cosechadora de caña CCA-5000 en condiciones de campo, lo que posibilita el análisis y evaluación de cada una de las funciones principales y secundarias, lo que permite emitir un criterio acertado sobre la posibilidad de continuar con el desarrollo del nuevo modelo, perfeccionarlo, elevar su eficiencia y productividad, basándose en información experimental exacta y confiable. (CEDEMA, 2014)

MATERIALES Y MÉTODOS

Para evaluar los indicadores de los procesos explotativos del primer prototipo de la cosechadora de caña CCA-5000 en condiciones de campo se tuvieron en cuenta las metodologías para la obtención, análisis y evaluación de los índices de la efectividad tecnológica explotativa de las máquinas agropecuarias sometidas a pruebas.

Entre las principales metodologías conocidas en el mundo científico dirigidas a la evaluación de máquinas y/o equipos agrícolas se encuentran las siguientes: (Daquinta Gradaille, 2014), (García Cuba, 2011), (Pino, 2009), (De las Cuevas Milán, 2014)

• Norma: Equipment for harvesting -- Combine harvesters – Test procedure.

• Norma Cubana 34-37(1985): Metodología para la obtención, análisis y evaluación de los índices de la efectividad tecnológico-explotativa de las máquinas agropecuarias y forestales, sometidas a pruebas estatales. Esta norma establece la metodología para la obtención, análisis y evaluación de los índices de la efectividad tecnológico-explotativa de las máquinas agropecuarias y forestales, sometidas a pruebas estatales, la cual se divide en dos partes fundamentales:

  • La evaluación de la nueva máquina durante todo el volumen de trabajo según el programa de pruebas

  • La evaluación comparativa de la nueva máquina con la máquina en explotación que se lleva a cabo mediante turnos de control.

• Norma ISO 8210 (1989): Equipment for harvesting - Combine harvesters - Test procedure: Esta norma internacional, cuyo título en español es: Equipo para la cosecha–Cosechadoras–Procedimiento de Pruebas, especifica un procedimiento de ensayo para cosechadoras, aplicable a todos los tipos de cosechadoras.

• Boletín de Servicios Agrícolas de la FAO. Principios y Prácticas de Prueba y Evaluación de Máquinas y Equipos Agrícolas.

Metodología para la obtención de los índices tecnológicos explotativos. (Pino, 2009), (Matos Ramírez, 2010)

Para evaluar de forma general una máquina son múltiples los índices que se toman en consideración, muchos de los cuales se encuentran referidos en la norma ISO 8210 (1989): Equipo para la cosecha–Cosechadoras–Procedimiento de Pruebas y en la norma NC 92-10:78 "Control de la calidad. Fiabilidad. Términos y definiciones".

La evaluación tecnológica explotativa comprende dos partes fundamentales:

• Evaluación de la nueva máquina durante todo el volumen de trabajo según el programa de pruebas. Este volumen será el correspondiente al de un periodo agrotécnico completo en condiciones normales.

• Evaluación comparativa de la nueva máquina con las máquinas en explotación que se lleva a cabo mediantes turnos de control para realizar la labor considerada como base.

Peritaje técnico de las máquinas cosechadoras de caña. (CEDEMA, 2014), (Pérez Torres, 2013)

Esta evaluación se realiza según la norma ISO 8210 (1989); en este documento se especifica que la misma deberá realizarse en una superficie que cumpla con las condiciones preestablecidas. Se realiza uno antes de comenzar las pruebas para verificar que los órganos de trabajo trabajen dentro de los parámetros establecidos y eliminar posibles fallos e incorrecciones. Se realizan otros dos durante y después de la cosecha, con el objetivo de conocer aquellos conjuntos y accesorios de las máquinas que de una manera u otra han presentado dificultades.

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.

Clasificación de los tiempos del modelo de cronometraje. (Pino, 2009), (Colás Romero, 2012)

Para la determinación de los índices tecnológicos-explotativos de calidad se clasifican los tiempos del modelo de cronometraje como sigue:

T₁: Tiempo limpio de trabajo (h): Es el tiempo transcurrido en la cual la máquina según la tarea elabora (conserva), dosifica y cambia el objeto de trabajo.

T₂: Tiempo auxiliar (h).

T₂ = T₂₁ + T₂₂ + T₂₃

T₂₁: Tiempo de viraje (h): Es el gasto de tiempo al final de cada pasada cuando se interrumpe el proceso tecnológico y la máquina realiza la maniobra viraje para cambiar el trabajo.

T₂₂: Tiempo de traslado en vacío en el lugar de trabajo (h).

T₂₃: Tiempo de regulaciones tecnológicas (h).

T₀₂: Tiempo operativo (h).

T₀₂ = T₁ + T₂

T021: Tiempo efectivo (h)

T₀₂₁ = T₁ + T₂₁

T₃: Tiempo de operaciones técnicas de la máquina en prueba (h).

T₃ = T₃₁ + T₃₂ + T₃₃

T₃₁: Tiempo de mantenimiento técnico (h).

T₃₂: Tiempo de regulación de los órganos de trabajo (h).

T₃₃: Tiempo para preparar la máquina (h).

T₄: Tiempo para la eliminación de fallos (h).

T₄ = T₄₁ + T₄₂

T₄₁: Tiempo para la eliminación de los fallos tecnológicos (funcionales) (h).

T₄₂: Tiempo para eliminar los fallos técnicos (h).

T₀₄: Tiempo productivo (h).

T₀₄ = T₁ + T₂ +T₃ + T₄

T₅: Tiempo de descanso y necesidades del personal de servicio de la máquina en prueba (h).

T₆: Tiempo de traslado no operativo (h).

T₆ = T₆₁ + T₆₂

T₆₁: Tiempo de traslado para eliminar fallos (h).

T₆₂: Tiempo de traslado entre campos o al parqueo (h).

T₇: Tiempo de mantenimiento o reparación de los medios de transporte (h).

Tiempo de turno sin fallos T_t (h).

T_t = T₁ + T₂ +T₃ + T₅ +T₆ + T₇

T₀₇: Tiempo explotativo (h).

T₀₇ = T₁ + T₂ + T₃ + T₄ + T₅ +T₆ + T₇

T₈: Tiempo de interrupciones de la máquina en prueba (h).

T₈ = T₈₁ + T₈₂ + T₈₃ + T₈₄ + T₈₅

T₈₁: Tiempo de paradas por causas organizativas (h).

T₈₂: Tiempo de paradas por causas meteorológicas como fuertes lluvias. Alta o bajas temperaturas, alta humedad de los campos o cultivos (h).

T₈₃: Tiempo de interrupciones del proceso industrial (h).

T₈₄: Tiempo de parada por fallos provocados por obstáculos o vegetación (h).

T₈₅: Tiempo de parada debido a otras causas (h).

T_g: Tiempo general de observación (h).

T_g = T₁ + T₂ + T₃ + T₄ + T₅ + T₆ + T₇ + T₈

Ti: Tiempo imputable a la máquina (h).

T_i = T₄ + T₆₁

T_ni: Tiempo no imputable a la máquina (h).

T_ni = T₃ + T₅ + T₆₂ + T₇ + T₈

Indicadores de calidad tecnológico-explotativos. (Pino, 2009)

Productividad por hora de tiempo limpio W₁ (t/h).

a) De utilización.

W₀₁= Q/T₁

Donde:

Q: volumen de trabajo realizado en la máquina en toneladas.

Productividad por hora de tiempo efectivo W₀₂₁ (t/h).

W₀₂₁ = Q/T₀₂₁

Productividad por hora de tiempo operativo W₀₂ (t/h).

W₀₂ = Q/T₀₂

Productividad por hora de tiempo productivo W₀₄ (t/h).

W₀₄ = Q/T₀₄

Productividad por hora de tiempo de turno sin fallos W_t (t/h).

W_t = Q/T_t

Productividad por hora de tiempo de explotación. W₀₇ (t/h).

W₀₇ = Q/T₀₇

Productividad por jornada WG (t/h).

W_g = Q/Tg

Consumo de combustible por toneladas cosechadas Ce (L/t).

Ce = (C/Q)

Coeficientes de explotación. (Pino, 2009)

Coeficiente de pases de trabajo K₂₁.

K₂₁ = T₁ / (T₁+T₂₁)

Coeficiente de traslado K₂₂.

K₂₂ = T₁ / (T₁+T₂₂)

Coeficiente de pases de servicio tecnológico K₂₃.

K₂₃ = T₁ / (T₁+T₂₃)

Coeficiente de utilización del tiempo productivo K₀₄.

K₀₄ = T₁ /T₀₄

Coeficiente de mantenimiento técnico K31.

K₃₁ = T₁/ (T₁+T₃₁)

Coeficiente de seguridad técnica K42.

K₄₂ = T₁/ (T₁+T₄₂)

Coeficiente de seguridad tecnológica K₄₁.

K41 = T1/ (T₁+T₄₁)

RESULTADOS

La investigación se desarrolló en la UBPC “La Pedrera” perteneciente al CAI ”Antonio Guiteras Holmes”, ubicado en el municipio Delicias, provincia Las Tunas, dedicada a la producción de caña de azúcar. Los campos son rectangulares de 500 metros de largo por 160 metros de ancho y los rendimientos agrícolas oscilan entre 50 y 100 toneladas por hectáreas de la variedad de caña Cuba 266-70 y Cuba 137-81, con terrenos acamellonados, llanos y ligeramente ondulados. Se evalúan los índices del prototipo de la cosechadora de caña CCA-5000, mediante las pruebas de campo en distintas condiciones agrotécnicas. Se efectuaron 30 observaciones, según la metodología para la evaluación tecnológica explotativa, con el objetivo de obtener una representación adecuada del balance de tiempo de la jornada que aparece en dicha metodología.

Las condiciones para la realización de las pruebas no fueron favorables a causa de las lluvias, el bajo rendimiento de los campos, preparación de los campos para el corte y la falta de organización que fueron los factores que más afectaron. Las observaciones se realizaron del 9 de mayo al 6 de junio. El método de estudio empleado fue el analítico-investigativo y para ello se utilizó la técnica del cronometraje con la jornada laboral en base a 24 horas de trabajo. (CEDEMA, Informes técnicos de la cosechadora de caña CCA-5000., 2014)

Obtención de los índices tecnológicos explotativos . (CEDEMA, 2014)

Evaluación del peritaje técnico.

Solo se realizó una evaluación del peritaje técnico, durante el desarrollo de las pruebas por no contar con los instrumentos y medios de medición necesarios. A continuación se muestran resultados:

Relación de las principales insuficiencias detectadas durante la realización del Peritaje Técnico Corriente:

• Insuficiente ajuste de las uniones estructurales roscadas.

• Rotura de pasadores y apoyos del Tercer Tambor Superior.

• Desajuste en el volante y la caja de engranaje del Mecanismo Trozador.

• Bajas revoluciones de los Tambores Alimentadores y el Mecanismo Trozador.

• Altura de la Primera Cámara de Limpieza fuera de los parámetros normados.

• Choque del Transportador de Descarga con los medios de transporte, debido a la modificación en la altura de los mismos.

• Baja revoluciones de la estera del Transportador de Descarga.

• Poca apertura del deflector de la Segunda Cámara de Limpieza, provoca la caída de materias extrañas en el medio de transporte.

• Rotura del acoplamiento de la Caja de Bombas.

• Rotura del sello del hidromotor del Sistema de Enfriamiento de Aceite Hidráulico.

• Salideros de aceite hidráulico por las uniones.

• Fallos eléctricos en el Sistema de Ventilación de la Cabina (aire acondicionado) e inadecuada ubicación del mismo.

• Conexión en serie del circuito hidráulico del Mecanismo de las Cuchillas Laterales, deben ser independientes y reversibles.

Ejecución del cronometraje. (CEDEMA, 2014)

Cronometraje: Es la medición y anotación del tiempo de duración de cada operación durante el período de trabajo de la máquina, su preparación antes y después de cada jornada, el control de la labor y el personal de servicio con las consideraciones de los resultados del trabajo diario del agregado.

Se anotan en un orden cronológico todas las operaciones y los elementos del tiempo de trabajo de la máquina y se especifican los datos sobre la organización de las pruebas, las condiciones existentes duran­te su ejecución, el régimen de trabajo de la máquina, las carac­terísticas de la caña, gasto de combustible, gastos de aceite y grasa, la cantidad de personal de servicio y otros tipos de datos vinculados con las pruebas de las cosechadoras.

La cantidad de caña cosechada por la combinada se toma del centro de recepción. Las carretas estarán enumeradas consecutivamente y cada vez que la combinada llene una en el campo se anotará el número en la cronocarta (cambio de carreta), los consumos de piezas, combustibles, lubricantes y otros materiales.

Los resultados de los muestreos de pérdidas y materias extrañas se anotan. Durante el procedimiento y análisis de la información se excluirán aquellos turnos con errores evidentes y los que no posean los elementos mínimos de la información, (producción, tiempos y área cosechada).

Cálculo de los tiempos de operación de la máquina.(CEDEMA, Informes técnicos de la cosechadora de caña CCA-5000, 2014)

Para determinar los índices de calidad lo primero que se debe de obtener son los tiempos de operación de la máquina los cuales se muestran a continuación.

En el análisis de los tiempos empleados por la cosechadora de caña de azúcar CCA-5000 durante su explotación, se puede observar que el tiempo limpio de trabajo (T₁) representó el 26,694%, valor bajo para este tipo de tecnología, en lo que influyen las deficientes condiciones para las labores de mecanización que poseen las áreas a cosechar, los bajos rendimientos de los campos y la escasez de medios de transporte entre otros.

El tiempo auxiliar (T₂) representó el 6,446% valor bastante bajo, este pudo ser menor teniendo en cuenta que los campos a cortar no eran de forma rectangular y contaban con pequeñas carreras a los lados lo que provocó que la máquina tuviera que realizar más virajes y las guardarrayas o caminos destinados para el viraje de la máquina no se encontraban en óptimas condiciones.

El tiempo de realización de operaciones técnicas (T₃) representó el 12,858%, en este valor inciden la falta de recursos en momentos para la preparación y acondicionamiento de la máquina para el trabajo, por ser única de su tipo en el país y no contar con las piezas de repuesto suficientes.

El tiempo de fallos (T₄) representó el 15,120%, en este valor inciden las deficientes condiciones agrotécnicas para la mecanización de las áreas, la inexperiencia de los operadores y la falta de recursos para solucionar los fallos técnicos. Dentro de las piezas con mayor presencia de fallas se encuentran los pasadores y apoyos del tercer tambor superior.

El tiempo de descanso y necesidades del personal de servicio de la máquina en prueba (T₅) representó el 1,508%.

El tiempo de traslado en vacío (T₆) representó el 9,574%, este resultado lo favorece la falta de recursos lo cual provoca que la máquina se trasladara al parqueo o al taller para eliminar los fallos, así como las malas condiciones de los campos que provocó el traslado entre los campos o en el lugar de la cosecha.

El tiempo de mantenimiento o reparación de los medios de transporte (T₇), representó el 0,039%.

El tiempo de paradas por causas ajenas a la máquina (T₈) fue mayor que el tiempo principal (T₁) ocupando el 27,766%, en lo cual inciden negativamente las paradas por causas organizativas. Los principales problemas presentados fueron la falta de combustible, lubricante, piezas de repuesto, de transporte y de tractor movedor.

El tiempo de paradas por causas meteorológicas fue uno de los problemas presentes, debido a las intensas lluvias que afectaron las condiciones para la mecanización. Además de las malas condiciones agrotécnicas en el interior de los campos que ocasionaron atoros y roturas que interrumpieron el corte.

El tiempo perdido no imputable a la máquina (T_ni) fue el mayor, representó más de la mitad de la jornada laboral con un 51%, producto a los altos tiempos de operaciones técnicas, tiempos de traslados, interrupciones y otras causas ajenas a la máquina y a la falta de organización y tecnología para solucionar los problemas que surgieron durante las pruebas.

Obtención de los índices de calidad en la Evaluación Tecnológico-Explotativa. (CEDEMA, Informes técnicos de la cosechadora de caña CCA-5000, 2014)

Para el cálculo de los indicadores de calidad tecnológico-explotativos y los coeficientes de explotación se recogió toda la información capturada a través de las cronocartas, obteniéndose los resultados que se muestran a continuación.

Figura 1.
Indicadores de explotación de las cosechadoras de caña de azúcar CCA-5000.

En la figura 1 y en la tabla 2, se reflejan los valores de los índices Técnico-Explotativos determinados. En el análisis de los indicadores de productividad es significativa la productividad por hora de tiempo limpio W₀₁ con valor de 34,134 t/h influyendo en este resultado los valores de tiempo perdido por causas ajenas a las máquinas, tales como tiempo de traslado entre campos o al parqueo con un 17,626%, el tiempo de operaciones técnicas ocupó el 25,121%, la falta de organización, causas meteorológicas, malas condiciones agrotécnicas y otras causas representaron el 54,245%. En el indicador de productividad por hora de tiempo operativo W₀₂ con valor de 27,494 t/h, producto al tiempo invertido en los virajes al final de las carreras, el tiempo de traslado en vacío y el tiempo de regulaciones tecnológicas durante la cosecha los cuales pudieron ser menor.

El indicador de productividad por horas de tiempo productivo W₀₄ fue de 14,908 t/h, incidiendo en este resultado el tiempo invertido en las operaciones técnicas, el mantenimiento técnico planificado, tiempo de regulación de los medios de trabajo, tiempo de eliminación de los fallos tecnológicos, tiempos de eliminación de fallos técnicos y el tiempo empleado en buscar, hallar y solucionar los fallos.

La productividad por hora de tiempo efectivo W₀₂₁ fue de 28,559 t/h, influyendo el tiempo de viraje al final de la carrera.

La productividad por hora de tiempo de trabajo sin fallas W_t se comportó con valores 15,951 t/h, en este indicador inciden de forma negativa los tiempos invertidos en actividades improductivas durante la jornada laboral.

El coeficiente de seguridad tecnológica K₄₁ fue de 0,964 por debajo de lo establecido en la tarea técnica de 0,98, producto al tiempo de eliminación de fallos tecnológicos T₄₁= 4,032 h y el coeficiente de seguridad técnica K42 fue de 0,806 por debajo de lo establecido en la tarea técnica de 0,95, en él influye el tiempo de eliminación de fallos técnicos T₄₂ = 26,128 h.

CONCLUSIONES

En el trabajo se lograron determinar los coeficientes tecnológicos explotativos del primer prototipo de la cosechadora de caña CCA-5000. Es de gran importancia tener en cuenta que la máquina objeto de investigación no tuvo un período de asentamiento previo al ensayo lo cual influyó en los resultados obtenidos.

Se arriba a las siguientes conclusiones:

Las áreas asignadas no reunieron las condiciones idóneas para la investigación como se establece en el sistema integral de pruebas y se solicitó en el protocolo previo que se discutió con las entidades participantes en la organización de las pruebas.

Los indicadores tecnológicos explotativos determinados para la cosechadora están por debajo de las potencialidades de esta tecnología, cuyas principales causas son la falta de organización, las malas condiciones de los campos a cosechar y la falta de tecnología en los campos para solucionar los problemas que se puedan presentar durante el trabajo.

Los tiempos dedicados al mantenimiento técnico y la solución de las fallas se encuentran en un 48% del tiempo total, por lo que están por encima de los valores que caracterizan estas cosechadoras, en lo que incide el desconocimiento y la no adaptación de los operadores a la nueva tecnología, la falta de instrumentos de diagnóstico de fallas, de adiestramiento del personal de servicios técnicos y de piezas de repuesto en el módulo del pelotón.

Referencias

Álvarez Sánchez, V. (2014). Optimización de la producción, cosecha y transporte de la caña de azúcar. Holguín.

CEDEMA. (2014). Informes técnicos de la cosechadora de caña CCA-5000. Holguín.

CEDEMA. (2014). Programa de pruebas al prototipo de cosechadora CCA-5000. Holguín.

Colás Romero, V. (2012). Evaluación tecnológica explotativa del prototipo de cosechadora cañera KTP-4000. Universidad de Holguín.

Daquinta Gradaille, L. A. (2014). Indicadores técnicos y de explotación de las cosechadoras de caña de azúcar CASE-IH 7000 y 8000 en la provincia de Ciego de Ávila. Ciego de Ávila.

De las Cuevas Milán, H. R. (2014). Evaluación tecnológica y de explotación de la combinada de caña CAMECO Ingeniería Agrícola. 4(4).

García Cuba, Y. (2011). Valoración tecnológico explotativa de las máquinas combinadas cosechadoras de caña de azúcar utilizadas en Cuba. Holguín.

Matos Ramírez, N. (2010). Evaluación técnica y de explotación de las cosechadoras de caña Case-7 000. Revista de Ciencia y Técnica Agrícola 19(4).

Pérez Torres, Y. (2013). Proyecto para establecer una estación de ensayos experimentales para Máquinas Agrícolas. Universidad de Holguín. Holguín.

Pino, J. (2009). Sistema integral de pruebas para cosechadoras de caña de azúcar. Ed. Universidad de Holguín. Holguín.

Notas de autor