El análisis de las fuerzas que actúan sobre un doble disco retrasado con diferentes ángulos de ataque, para una sembradora-fertilizante, muestra la eficiencia de este sistema en la apertura de surcos en siembra directa.
Se sabe desde hace tiempo que las reacciones resultantes de la penetración de elementos rompientes en el suelo compactado reducen la vida útil de los componentes, generan mayor esfuerzo en la línea de plantación y costes de mantenimiento no deseados, muchas veces en plena siembra.
Ante estas consideraciones, se observa que las fuerzas que actúan sobre los elementos de doble disco pueden evaluarse mejor, ya que, según la literatura, se sabe que el doble disco actúa sobre la capa superficial del suelo, es decir, la uno con la mayor compresión.
El objetivo de este artículo es evaluar los esfuerzos en diferentes ángulos de ataque del doble disco, identificando si esta variación tiene o no relevancia significativa para reducir la carga en la línea de plantación, además de contribuir a la producción científica del país, con información sólida que servirá para el avance tecnológico de las empresas del sector de maquinaria agrícola.
Según Portella (2001), se debe prestar especial atención a los elementos rompedores del suelo de las sembradoras, debido principalmente a las dificultades que impone esta técnica de cultivo. Uno de ellos es la alteración del suelo en la línea de siembra, que se ve agravada por el creciente aumento de residuos de cultivos en la superficie. Estos residuos de cultivos rondaban las tres toneladas por hectárea (materia seca), cuando comenzó la siembra directa en Brasil, en los años 1970, y actualmente superan las diez toneladas por hectárea, dependiendo del sistema de rotación de cultivos adoptado.
El desarrollo de sembradoras para siembra directa en Brasil se basó en el mejoramiento de los rompedores de suelo. Cada modelo de máquina tiene sus particularidades constructivas, versiones y opciones de mecanismos innovadores. Los sistemas más utilizados son: sistema de doble disco desacoplado para siembra de cultivos de invierno, con espaciamiento reducido entre líneas de siembra (menos de 200 mm) y sistema múltiple (disco de corte, cuchilla y doble disco), para siembra de cultivos de temporada de verano con mayor espaciamiento entre hileras. (más de 300 mm).
La eficiencia en la rotura del suelo en una sembradora PD está anclada en tres pilares: corte de paja; flujo de paja; apertura de surcos de siembra y fertilización. Por lo tanto, para un buen desempeño en cuanto a rotura del suelo, además de considerar la geometría de los elementos rompedores, se debe considerar su disposición y disposición bajo la sembradora.
El doble disco está compuesto por dos discos planos de diferentes diámetros, coincidiendo o no los centros de los discos. Por su configuración, corta la paja y abre un surco en el suelo para colocar semillas y/o fertilizante.
Según Mión et al (2008), el doble disco presenta ventajas en relación a los esfuerzos transversales respecto a un disco de corte, ya que la disposición de un disco a cada lado garantiza mayor estabilidad y soporte. Debido a esta disposición constructiva y mayor área de fricción con el suelo, el doble disco requiere de mayor fuerza vertical para cortar la paja y romper el suelo.
Un factor de gran influencia en la siembra directa son las fuerzas que actúan sobre los elementos de rotura, las cuales juegan un papel importante en el desempeño de las sembradoras-fertilizantes. La mayoría de las veces, las fuerzas que actúan sobre estos elementos están directamente asociadas con la cobertura del suelo, la velocidad de siembra, el tipo de suelo y el contenido de humedad del suelo.
Estudios realizados por Machado et al (2007) indican que la fuerza requerida para tirar de una sembradora para Siembra Directa es menor a la recomendada por los fabricantes de maquinaria agrícola en sus prospectos. Los autores mencionan que esta divergencia se debe al aumento de áreas con diferentes tipos de suelo cultivados bajo siembra directa y, para evitar problemas en la recomendación de fuerza de tracción, presentan valores muy por encima de lo necesario.
Las operaciones de siembra de los principales cultivos comerciales (trigo, soja, maíz y sorgo) se realizan a un límite de profundidad de entre 2 cm y 7 cm. Por tanto, la resistencia que ofrece el suelo a la penetración y movimiento del elemento rompedor en este límite de profundidad está influenciada principalmente por el contenido de arcilla, grado de compactación y contenido de humedad (Portella, 1983).
La velocidad de trabajo también juega un papel muy importante en la operación de siembra directa, tanto para una eficiente depósito del cultivo como en la distribución de los esfuerzos resultantes en el conjunto tractor-sembradora.
siqueira et al (2001), evaluando cuatro sembradoras-fertilizantes en la operación SD de soja, detectaron un aumento significativo en el requerimiento de fuerza de tracción y potencia media y máxima en la barra de tiro, cuando la velocidad de desplazamiento variaba de 4,7 km/h a 8,3 km/h. .
trintín et al (2005) demuestran en ensayos realizados que el aumento de velocidad provoca un aumento de la capacidad operativa del conjunto y, en consecuencia, un aumento del consumo de combustible y de la demanda media de potencia en la barra de tiro.
Las pruebas realizadas en este trabajo fueron realizadas en el área de la finca experimental Stara, perteneciente a Stara Indústria de Máquinas Agrícolas, en el municipio de Não-Me-Toque (RS), en agosto de 2014.
Utilizando un carro dinamométrico especialmente desarrollado para esta investigación, se midieron las fuerzas verticales, horizontales y el momento que actúan sobre tres soportes de doble disco con diferentes ángulos de ataque. La velocidad de desplazamiento se varió en tres niveles, así como la profundidad de trabajo en dos niveles.
Para obtener datos sobre las fuerzas actuantes identificadas en este estudio se utilizó un carro dinamométrico fabricado por el sector de ingeniería Stara. Este carro consta de un cabezal acoplado al tractor y un juego de ruedas accionadas por un par de actuadores hidráulicos que, mediante el mando del tractor, se posicionan a la altura exacta de trabajo.
En la parte inferior del carro se encuentra la unidad de pruebas conformada por el conjunto de la línea de siembra donde se acoplaron los soportes de doble disco con sus respectivas variaciones de ángulo.
El sistema de recogida y adquisición de datos utilizado fue el MGC Plus de HBM, alimentado por una unidad de corriente continua. Un software que lee y convierte las señales recopiladas para el preprocesamiento y el posprocesamiento, Catman Easy, también de HBM. Ambos fueron fijados a la mesa del dinamómetro.
El estudio consistió en discos dobles en configuración de disco en fases, que es actualmente el elemento rompedor de suelo más utilizado en cultivos de invierno. Cada soporte tenía un ángulo de ataque diferente (34°, 36° y 38°).
La presión de corte de cada soporte varió entre (210kgf y 294kgf) y fue regulada en el sistema de presión de resorte helicoidal de la línea de siembra. En cada variación de la presión de corte hay dos profundidades (3,5cm y 5cm) y tres velocidades (4km/h, 8km/h y 12km/h).
El ajuste de profundidad se ajustó utilizando el conjunto limitador de profundidad adjunto al soporte de doble disco. Tanto la profundidad de corte como la velocidad utilizada en este estudio se debieron a la capacidad operativa del conjunto sembradora-fertilizante y tractor comercializado actualmente.
El ensayo se realizó en un área de campo con cobertura de suelo de raigrás espontáneo, con una longitud total de 150 m, dividida en tres parcelas de 50 m.
Se recolectaron datos sobre fuerzas horizontales, responsables del componente de tracción de la línea de siembra, y fuerzas verticales, responsables del componente de presión sobre la línea de siembra para obtener la profundidad de trabajo.
Al analizar los datos de la Tabla 1, se puede ver que solo los ángulos probados y la profundidad (posición) de trabajo tuvieron diferencias estadísticas significativas. Entre los ángulos, el que requería menor fuerza era el de 34 grados y la profundidad de trabajo de 35 mm requería alrededor de un 30 % menos de fuerza horizontal. Sorprendentemente, las velocidades no mostraron diferencias significativas, es decir, tirar de la sembradora entre 4 km/h y 12 km/h no cambia la demanda de tracción para estos discos dobles probados.
Sin embargo, al analizar la Fuerza Vertical se observó que hubo diferencias estadísticas entre todos los componentes, con significancia significativa para la profundidad de trabajo, como era de esperarse. A mayores profundidades se requerían mayores fuerzas verticales. La menor velocidad de trabajo también requirió menos fuerza vertical, lo que confirma varios estudios, que concluyen que los aumentos de velocidad resultan en una menor profundidad de siembra. Por tanto, para mantener la profundidad es necesario aumentar la fuerza sobre el doble disco (presión).
De esta actividad se pudo concluir que trabajar en ángulos desplazados de discos dobles puede reducir la demanda energética en las líneas de siembra, optimizando tanto los componentes (cojinetes, cojinetes, etc.) como la estructura de las propias sembradoras. Se concluye del mismo modo que la velocidad de trabajo actúa únicamente sobre la componente vertical de la fuerza.
Fernando Capellari, José Antonio Portella, UPF
Artículo publicado en el número 149 de Cultivar Máquinas.
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