Existen muchos problemas con la tecnología utilizada en el método de siembra actual de la caña de azúcar, que tiene un gran impacto en la calidad de la siembra de la caña de azúcar, las cuales tienen una serie de problemas, como baja eficiencia de corte y mala calidad. Por lo tanto, el objetivo del presente estudio fue diseñar, construir y probar en campo una trituradora de yemas de caña semiautomática asistida con cuchillas pivotantes para cortar yemas de caña y germinarlas en bandejas plásticas dentro de un invernadero hasta alcanzar una longitud promedio de 35 cm. y luego sembrarlos en el campo. En las pruebas de campo se utilizaron cinco velocidades de corte (35, 40, 45, 50 y 56 rpm. (Revoluciones por minuto), tres cuchillas de corte (1.5, 2.0 y 2.5 mm) para cortar tallos de caña de azúcar con cuatro diámetros diferentes (1.32 , 1,82, 2,43 y 2,68 cm). Los resultados obtenidos mostraron que los valores del índice de daño y las pérdidas invisibles estaban dentro de límites aceptables (que oscilan entre − 1,0 y 0,0) para todas las variables bajo prueba. y se registraron pérdidas invisibles con las yemas que fueron cortadas con una cuchilla de 1,5 mm de espesor y velocidades de corte inferiores a 50 rpm. La tasa de salto aumenta con el aumento de la velocidad de corte y el diámetro del tallo, oscilando entre 0,0 y 13% con la máquina máxima. La productividad fue de 110 yemas por minuto a una velocidad de corte de 35 rpm y un diámetro del tallo de 1,32 cm. Los hallazgos del artículo tienen importantes valores de aplicación para promover el diseño y desarrollo de la tecnología de trituración de yemas de caña de azúcar y de siembra de caña de azúcar en el futuro.
La uniformidad de la siembra de la caña de azúcar es un índice de evaluación clave para los plantadores y el cultivo mediante plántulas tiene como objetivo ahorrar agua, utilizar menos fertilizantes y aumentar la productividad del Feddan para lograr grandes ingresos para las fincas, así como un aumento significativo de la caña de azúcar. producción, alcanzando 1,4 millones de toneladas de azúcar al año en un plazo de 3 a 5 años. La ausencia de un sistema para aprobar las semillas utilizadas en la agricultura y asegurar su calidad y que estén libres de plagas y enfermedades provocó una disminución en las tasas de germinación de las yemas, lo que provocó una disminución de la densidad de plantación y la propagación de plagas y enfermedades y, por tanto, una disminución de la productividad. Además, en la agricultura tradicional, cada hectárea necesita 6 toneladas de Tallo de Caña de Azúcar (SS), mientras que en el cultivo de caña por plantón, basta con sembrar una hectárea con 1,5 toneladas de SS, lo que significa ahorrar alrededor de 10,7 toneladas de SS al plantar una hectárea con plántulas. Además de la presencia de amplias distancias entre plántulas y líneas de siembra, lo que conduce a la facilidad de seguir un sistema de riego moderno (riego por goteo), también existe la adopción de tecnología moderna de mecanización agrícola, que ahorra grandes cantidades en el control de malezas y reduce el número de veces de azadón manual a solo uno ya que permite el uso de azadón automático. A un costo menor que la rastra manual .
La yema de la caña de azúcar es muy sensible al daño y el desafío es separarla sin sufrir ningún daño. Porque cualquier pequeño rasguño puede dañar los cogollos y estos no germinarán correctamente, lo que provoca su deterioro. Los instrumentos manuales convencionales para cortar los brotes de caña de azúcar ejercen presión sobre las manos y el pulgar, desperdician material, dañan las plantas con cortes inclinados y no pueden soportar los difíciles injertos de plantas. Esto exige el desarrollo de una máquina cortadora de yemas de caña de azúcar.
La fuerza de corte requerida para cortar el tallo de caña de azúcar depende de las características físico-mecánicas de la SS y del espesor de la cuchilla, y la fuerza requerida para cortar la SS varía según la posición de corte de la parte inferior, media o superior del tallo. Además, las fuerzas de corte aumentan con el aumento del diámetro de los tallos.
Un dispositivo de corte giratorio con cuchillas es el sistema más adecuado para cortar tallos más gruesos (como los de caña de azúcar), que tienen mayor resistencia al corte. Un elemento clave que influye en la cantidad de fuerza de corte y potencia necesaria es la forma de la hoja de corte. En comparación con los cuchillos lisos, los cuchillos dentados mejoraron la calidad y el poder de corte, pero la pérdida invisible fue mayor. Liu y cols., y Srivastava et al. investigaron que la presión del dispositivo de corte provoca inicialmente una deformación permanente en el SS, la cual depende del tiempo de contacto, espesor de la cuchilla y características del dispositivo de corte, lo que provoca una rotura de la fibra del SS. Neves et al. afirmaron que las pérdidas invisibles son representativas del dispositivo de corte y ocurren en todas las etapas del procesamiento de la cosechadora. Voltarelli et al. informaron que las pérdidas invisibles en la caña de azúcar se ven afectadas por muchas razones, como el operador y el dispositivo de corte.
La presente investigación se enfocó en el diseño, construcción y pruebas de campo de una Astilladora de Cogollos de Caña de Azúcar Semiautomática (SSBC) asistida con unas novedosas cuchillas de corte (cuchillas pivotantes) para el corte y separación de cogollos de caña de azúcar. Para finalizar, se diseñó un SSBC según una metodología estándar, donde se construyeron cuchillas de doble pivote en el bastidor de la máquina. Para la validación del SSBC, se evaluó el efecto de los parámetros de operación (velocidad de corte, espesor de la cuchilla y diámetro del tallo de caña de azúcar) sobre la productividad de la máquina, las pérdidas invisibles, la productividad de la máquina y la tasa de omisión. Los parámetros de operación se aplicaron para encontrar los parámetros de operación óptimos para maximizar la productividad de la máquina y minimizar el índice de daños y pérdidas invisibles. Finalmente, los cogollos separados fueron sembrados en bandejas plásticas dentro de un invernadero hasta alcanzar una longitud promedio de 35 cm, para luego sembrarlos en el campo. Hay muchas cosas consideradas en el diseño y construcción del SSBC, como el peso ligero, la posibilidad de trasladarlo de un lugar a otro, la seguridad, la confiabilidad, la alta productividad, los costos de fabricación.
Diseño y especificaciones de los elementos de la máquina
El SSBC fue diseñado y desarrollado basándose en una metodología estándar. El SSBC consta de tres partes, como se ilustra en la siguiente figura.
Bastidor de la máquina
El marco del SSBC lleva todos los componentes como el dispositivo de corte, la fuente de energía y el sistema de transmisión (caja de cambios), como se muestra a continuación, además de resistir las diversas fuerzas y tensiones que resultan del funcionamiento del SSBC o cortando los tallos de la caña de azúcar. En el diseño del bastidor se consideraron algunos puntos importantes: peso ligero, alta resistencia a cargas y tensiones, bajo costo de fabricación, confiabilidad, disponibilidad de repuestos en los mercados locales y comodidad del operador durante la operación.
El bastidor de la máquina se fabricó con barras angulares de 3 × 2 × 1/4 pulg. y tubos rectangulares de 76 × 38–1,6 mm y 40 × 20–2,0 mm: acero dulce (sección hueca). Las dimensiones principales del bastidor de la máquina, como se muestra en la Fig. 3 . tienen 78 * 165 * 66 de alto, largo y ancho, respectivamente, y los dibujos detallados del SSBC se muestran a continuación.
Dispositivo de corte
Como se muestra en la imagen a continuación, el dispositivo de corte consta de horquillas superior e inferior, cuchillas lisas de acero inoxidable, bielas, cubos de pivote, pernos, pasadores y horquillas fijas. Las horquillas superior e inferior están hechas de placas de hierro con unas dimensiones de 15 cm de alto y 10 cm de ancho. Para fabricar la biela se utiliza una placa de hierro con unas medidas de 64,2 cm de largo, 30 mm de ancho y 5 mm de espesor. El objetivo principal de la biela es realizar la conexión conjunta entre el motor eléctrico y el dispositivo de corte.
El SSBC contiene dos dispositivos de corte, uno para cada lado, y cada dispositivo de corte tiene dos cuchillas. Fue afilado por el LÁSER. La distancia entre las cuchillas de acero inoxidable es de 3,5 cm dependiendo de la longitud deseada de los cogollos.
Fuente de alimentación
El SSBC funciona con una corriente alternativa trifásica (motor de inducción) (modelo: WA30DT80KA/ASD1 (Alemania)) de 3/4 hp (0,55 kW), velocidad de rotación de 360/56 rpm y corriente de funcionamiento de 3,05 a 1,75 A. La velocidad de funcionamiento se redujo de 360 a 56 rpm. mediante el uso de una caja de cambios con un par de salida de 93,3 Nm. La velocidad de corte se controló mediante un atenuador (un dispositivo regulador de voltaje).
Ajuste y funcionamiento
Como se muestra en las imágenes a continuación, al principio los SS (variedad comercial C9) se limpian con cuchillos manuales, para que sea más fácil ver los cogollos que se cortarán posteriormente. luego el operador sostiene el SS donde se encuentra la yema entre los cuchillos de acero inoxidable y el tenedor fijo. Después de la separación, todas las yemas caen en la caja de recolección y los entrenudos todavía están en la superficie del suelo debajo del SSBC. Posteriormente, los cogollos de caña de azúcar se plantan en bandejas de plástico que contienen la mezcla de tierra previamente preparada en un invernadero en septiembre de 2022, en la RFMU. Los restos de caña de azúcar (entrenudos) se pueden utilizar para preparar jugo de caña, azúcar o azúcar morena.
Conclusiones
Se prototipó un SSBC asistido con cuchillas pivotantes y se propuso como alternativa al método manual de corte de tallos de caña de azúcar. El SSBC consta de un bastidor de máquina, un dispositivo de corte y una fuente de alimentación. El SSBC fue evaluado experimentalmente para cortar yemas de caña de azúcar y se comparó con el SBCM, previamente diferente. Se realizaron experimentos de campo para determinar el índice de daño, las pérdidas invisibles, la productividad de la máquina y la tasa de saltos en función del diámetro de las SS, la velocidad de corte y el espesor de la cuchilla. En las pruebas de campo se utilizaron cinco velocidades de corte (35, 40, 45, 50 y 56 rpm), tres cuchillas de corte (1,5, 2,0 y 2,5 mm) para cortar tallos de caña de azúcar con cuatro diámetros diferentes (1,32, 1,82, 2,43, y 2,68 cm).
Los principales hallazgos del estudio realizado se presentan a continuación:
- Los valores de DI fueron inferiores a 0,00 para todos los espesores de las cuchillas de corte, velocidades de corte y diámetros de tallo bajo prueba. Es inversamente proporcional a la velocidad de corte y al espesor de la cuchilla.
- Las pérdidas invisibles mínimas se registraron con un espesor de cuchilla de 1,5 mm a una velocidad de corte de 56 rpm y un diámetro medio del tallo de 1,32 cm. Es directamente proporcional al espesor de las cuchillas de corte e inversamente proporcional a la velocidad de corte.
- La tasa de salto se basó principalmente en la velocidad de corte, donde es directamente proporcional a la velocidad de corte, y encontramos que la tasa de salto más alta se registró a la velocidad de corte de 56 rpm.
- La productividad de la máquina es directamente proporcional a la velocidad de corte e inversamente proporcional al diámetro de los palitos de caña, mientras que no depende del espesor de las cuchillas de corte.
Aunque el prototipo puede cortar esquejes de caña de azúcar con precisión, con una alta tasa de producción y menos pérdidas, carece de detección automática de corte. En el futuro, la máquina se desarrollará para funcionar automáticamente manteniendo las especificaciones actuales y la simplicidad del diseño. Al mismo tiempo, se utilizará tecnología barata, fácil de operar y comercialmente viable.
Autores:
Abdallah Elshawadfy Elwakeel, Saher MA Mohamed, Abubakr Abdelwahab Tantawy, Abdelaziz M. Okasha, Salah Elsayed, Osama Elsherbiny, Aitazaz A. Farooque & Zaher Mundher Yaseen
Si desea conocer el desarrollo del estudio:
https://www.nature.com/articles/s41598-024-54980-3
