Cosechadoras cañeras CASE IH A8000 para la agricultura de precisión en Cuba

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingenierı́a Eléctrica Departamento de Automática y Sistemas Computacionales. TRABAJO DE DIPLOMA. Cosechadoras cañeras CASE IH A8000 para la Agricultura de Precisión en Cuba. Tesis presentada en opción al grado de Ingeniero en Automática. Autor: Javier Molina Hernández Tutor: MsC. Robby Gustabello Cogle Dr. Luis Hernández Santana. Santa Clara 2015 “Año 57 de la Revolución”.

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingenierı́a Eléctrica Departamento de Automática y Sistemas Computacionales. DA SC. Digitally signed by DASC DN: cn=DASC, c=<n, o=UCLV, ou=FIE Date: 2015.06.19 11:25:59 -04'00'. TRABAJO DE DIPLOMA Cosechadoras cañeras CASE IH A8000 para la Agricultura de Precisión en Cuba Tesis presentada en opción al grado de Ingeniero en Automática Autor: Javier Molina Hernández [email protected]. Tutor: MsC. Robby Gustabello Cogle Prof. Auxiliar Dpto. de Automática, Facultad de Ing. Eléctrica, UCLV email: [email protected]. Dr. Luis Hernández Santana Prof. Titular Dpto. de Automática, Facultad de Ing. Eléctrica, UCLV [email protected]. Santa Clara 2015 “Año 57 de la Revolución”.

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de Ingenierı́a en Automática, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Javier Molina Hernández Autor. Fecha. Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Javier Molina Hernández Autor. Fecha. Iván Santana Ching, Dr.C Jefe del Departamento. Fecha. Responsable ICT o J’ de Carrera, (Dr.C., M.Sc. o Ing.) Responsable de Información Cientı́fico-Técnica. Fecha.

(4) PENSAMIENTO. “La unica manera segura de evitar cometer errores es no tener nuevas ideas.” Albert Einstein. i.

(5) DEDICATORIA. A mis padres, Por el sacrificio de la lejanı́a, su comprensión y apoyo en todas las decisiones que he tomado en mi vida. A mi hermano Davier, por ser la persona que más quiero en el mundo A mi novia América, por su ayuda incondicional y su amor. A mis suegros Luisa Marı́a y el Nenu, Por lo fácil que han hecho mi vida en esta ciudad A mi familia de Cienfuegos, Por brindarme su ayuda y hacerme sentir en su casa como en la mı́a propia. A toda mi familia y amistades, por apoyarme en todo momento. A todos los profesores que han sabido guiarme y que de una forma u otra han contribuido a mi formación como profesional.. ii.

(6) AGRADECIMIENTOS. Quiero Agradecer ante todo a mis padres porque siempre han estado ahı́ cuando he necesitado de ellos. Por su sacrificio y compromiso con mis estudios, por la dificultad de la lejanı́a y sobre todo porque los amo. A mi familia: abuelos, tı́os, primos y hermano por su apoyo y compañı́a durante toda mi vida. A mi novia América por su ayuda incondicional durante el desarrollo de la tesis, por su comprensión y por soportar mi mal humor. A mis suegros Luisa Marı́a y Mario Cárdenas (Mayito), por apoyarme y darme consejos útiles en los momentos más difı́ciles como cuando casi pierdo la tesis completa tres dı́as antes de entregarla. A mi hermano, compañero y amigo Luis Alejandro Arias, por confiar en mı́ y por el esfuerzo que está haciendo para que ambos logremos nuestro sueño común (WEBSERVICE). A mi familia de Cienfuegos: Norma, Ivón, Iván, Rocio y Alejandrito. Gracias por brindarme su apoyo incondicional y hacerme sentir en su casa como en la mı́a propia. A mi prima Yanela y su esposo Osmel por venir a la defensa de la tesis y traer a mis padres. Muchas Gracias por todo. A mis eternos tutores, José Omar Padrón, Erick López, Reibel Torres y Yeiniel Suárez. Gracias a ellos aprendı́ la utilidad verdadera del conocimiento y con los cuales tengo una deuda de gratitud muy grande. A mis verdaderos tutores Robby Gustabello y Luis Hernández. Por su ayuda, sabios consejos y correcciones oportunas. A todos los profesores que contribuyeron con sus conocimientos a mi formación como profesional, en especial a Marı́a de Carmen por ser la madre de todos los automáticos y tomarse nuestros problemas como suyos propios. A mis compañeras de aulas, mis niñas lindas: Rachelita, Wendy, Jessica, Ruhaine y Lili. Por soportar mis barbaridades durante cinco años. iii.

(7) A la gente del TeamBlower por tantos 5 puntos que alcanzamos juntos. Gracias Carlos, Uria, Oscar, Fracis y Alejandro Arias. A los chabones del aula por tantos buenos momentos. A mis compañeros de cuarto en el U2, en especial a Julian Miranda (Tito), por la buena compañı́a. Al listillo y a la gente de los halcones galácticos por tanta pulpa. A Google, por darme la luz en medio de tanta oscuridad. A la gente de AZCUBA, por proporcionarme parte de la información utilizada en esta investigación. A los muchachos del 117 por su ayuda oportuna, en especial Anailys y Valeriano por comprender mi decisión de cambiar el tema de tesis. A todos y a todas, muchas gracias. Santa Clara, Cuba, 2015. iv.

(8) RESUMEN. La Agricultura de Precisión es, en estos momentos, una de las mayores necesidades de la agroindustria azucarera cubana. A partir del año 2008 se comenzaron a importar cosechadoras cañeras brasileñas del fabricante CASE IH con un alto nivel de automatización. En la presente investigación se abordan las potencialidades de la serie A8000 para el desarrollo de la Agricultura de Precisión en la rama. Se abordan los elementos indispensables para tal fin y se identifica su existencia en la serie bajo estudio.. v.

(9) TABLA DE CONTENIDO Página PENSAMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. i. DEDICATORIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. ii. AGRADECIMIENTOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. iii. RESUMEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. v. INTRODUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1. 1.. CARACTERÍSTICAS DE LA AGRICULTURA DE PRECISIÓN . . . . .. 4. 1.1.. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 4. 1.2.. Agricultura de Precisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 4. 1.3.. Monitores de Rendimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 6. 1.4.. Mapas de rendimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 8. 1.5.. Sistema de Posicionamiento Global . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 10. 1.5.1. GPS y Agricultura de Precisión . . . . . . . . . . . . . . . .. 12. 1.6.. Software para el procesamiento de datos de cosecha . . . . . . . . .. 12. 1.7.. Consideraciones finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 13. COSECHADORAS CAÑERAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 14. 2.1.. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 14. 2.2.. Evolución de las cosechadoras Cañeras utilizadas en Cuba . . . . . .. 14. 2.3.. Cosechadoras Cañeras CASE IH A8000 . . . . . . . . . . . . . . . .. 16. 2.4.. Sistema Automatizado de la serie CASE IH A8000 . . . . . . . . . .. 17. 2.4.1. Módulos de Control SCM y RHM . . . . . . . . . . . . . . .. 19. 2.4.2. Red de área de campo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 20. 2.4.3. Monitor de rendimiento AFS 700 . . . . . . . . . . . . . . . .. 23. 2.4.4. Unidad de control de motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 25. 2.. vi.

(10) 2.5.. Potencialidades de las CASE IH A8000 para la AP . . . . . . . . .. 26. 2.6.. Consideraciones finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 26. PROGRAMAS INFORMÁTICOS PARA EL PROCESAMIENTO DE DATOS DE COSECHA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 27. 3.1.. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 27. 3.2.. Programas para el procesamiento de datos de cosecha . . . . . . . .. 27. 3.3.. Software AFS view de CNH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 28. 3.4.. AFS Mapping & Record de CNH . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 30. 3.5.. Análisis Socioeconómico y Medio Ambiental . . . . . . . . . . . . .. 33. 3.6.. Consideraciones Finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 34. CONCLUSIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 35. RECOMENDACIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 36. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 38. A.. 39. 3.. Diferentes modelos de monitores según su fabricante y modelo . . . . . . .. vii.

(11) INTRODUCCIÓN. En los lineamientos aprobados durante el VI Congreso del PCC, el 209 plantea que la agricultura azucarera tendrá como objetivo primario incrementar de forma sostenida la producción de caña y que para el desarrollo de la economı́a del paı́s se exige un incremento de la mecanización de las labores agrı́colas. La producción azucarera constituye uno de nuestros renglones más importantes. En la actualidad la agricultura en general se encuentra afectada por varios factores, entre ellos el alto ı́ndice de envejecimiento que alcanza nuestro paı́s y el cada vez mayor desinterés de los jóvenes por las tareas agrı́colas. Por estas razones se impone implementar soluciones tecnológicas que tributen a incrementos de la producción con menos personal. En tal sentido el Ministerio de la Industria Azucarera comenzó a introducir, desde inicios del 2008, nuevas cosechadoras para el cultivo mecanizado de la caña de azúcar. La maquinaria seleccionada pertenece a la firma CASE-IH, lı́der mundial en esta área. Ellas, además de su eficiencia y alta fiabilidad constituyen un elemento importante para la automatización del proceso de cosecha. Esta nueva tecnologı́a estableció profundas transformaciones en la cosecha mecanizada, el transporte y recepción de la caña en la industria. Entre otras: los turnos de trabajo de 8-12 horas de cosecha se pasan a 24 horas, la productividad se eleva de 8-12 a 40-50 toneladas por horas, las materias extrañas disminuyen de un 12-18 % a 4-6 % como consecuencia de lo cual se eleva la cantidad de viajes por camión de 4-5 a 8-10 y el aprovechamiento de la capacidad estática del transporte alcanza establemente el 100 %. (Daquinta Gradaille, 2014) Las primeras cosechadoras fueron de la serie A-7000 y se distribuyeron a lo largo y ancho de todo el paı́s. El trabajo con ellas constituyó un reto para los operadores, poco acostumbrados a trabajar con equipamiento con semejante nivel de automatización. Recientemente comenzó la introducción de una nueva serie de maquinarias de la firma: la CASE-IH A 8000. Primero en su versión sobre ruedas de goma y luego sobre esteras, para ambientes de alta humedad. Algunas ventajas sobre la serie anterior fueron: el cambio de los monitores AFS 200 por monitores AFS 600 y AFS 700, aumento del 1.

(12) INTRODUCCIÓN. 2. confort en la zona de la cabina, motores Scania DC9 de mayor potencia que los anteriores CASE IH y la aparición de la red CAN como estructura interna de comunicación. A pesar de todas las potencialidades de este nuevo equipamiento, en la actualidad solo se emplea para el corte mecanizado, desaprovechando el resto de los beneficios que ofrece. Esta es la situación problémica en la que se encuentra enmarcada la presente investigación. De lo antes expuesto se desprende la interrogante cientı́fica de la presente investigación: ¿Pueden emplearse las cosechadoras de la serie CASE-IH A8000 para la realización de Agricultura de Precisión (AP) en la caña de azúcar en Cuba? Objetivo General: Determinar las potencialidades de la serie de cosechadoras CASE IH A8000 para la realización de Agricultura de Precisión en Cuba. Como objetivos especı́fico se tienen: Identificar los rasgos fundamentales de la Agricultura de Precisión. Describir el sistema automatizado de la serie de cosechadoras CASE IH A8000. Determinar los programas computacionales a emplear en el procesamiento de los datos de cosecha de la serie de cosechadoras CASE IH A8000. El principal aporte de este trabajo radica, en la descripción de las cosechadoras de la serie CASE-IH A8000, fundamentalmente del sistema automatizado que ellas constituyen en sı́ mismas. Por otro lado se brindan elementos básicos que muestran la posibilidad de emplearlas para realizar agricultura de precisión en la caña de azúcar. Siendo la base teórica para el desarrollo de futuras investigaciones sobre la temática en cuestión, que comienzan a realizarse en el Departamento de Automática de la UCLV. Contenido de la Tesis: En la Introducción queda definida la importancia, actualidad y necesidad del tema que se aborda en la industria azucarera cubana. La investigación incluye tres capı́tulos, además de las conclusiones, recomendaciones, referencias bibliográficas y anexos correspondientes. Los temas que se abordan en cada capı́tulo se encuentran estructurados de la forma siguiente: Capı́tulo I: Se abordan los conceptos fundamentales relacionados con la Agricultura de Precisión, sus principales caracterı́sticas y problemáticas para su implementación..

(13) INTRODUCCIÓN. 3. Se mencionan además las principales tecnologı́as y fabricantes de equipamiento técnico para la AP existentes en el mercado. Capı́tulo II: Se describe la evolución del uso de cosechadoras en la industria azucarera cubana. Se definen los principales elementos que componen el sistema automatizado de la serie de cosechadoras CASE IH A8000 y su implicación en la realización de Agricultura de Precisión. Capı́tulo III: Se describen las principales soluciones informáticas existentes en el mercado para el procesamiento de los datos de cosecha de las CASE IH A8000. Se definen las opciones más factibles según su compatibilidad con los monitores de la serie AFS. Se realiza un análisis de las caracteristicas socieconómicas de las agricultura de precisión y su impacto medioambiental en nuestro paı́s..

(14) .. CAPÍTULO 1 CARACTERÍSTICAS DE LA AGRICULTURA DE PRECISIÓN 1.1.. Introducción. En este capı́tulo se abordan los aspectos fundamentales relacionados con la Agricultura de Precisión. Sus principales caracterı́sticas, problemáticas y conceptos. Se describen las principales tecnologı́as que intervienen en el proceso como el uso del GPS y de los monitores de rendimiento y se mencionan algunas investigaciones referentes a temas como la generación de mapas de rendimiento y su utilidad. 1.2.. Agricultura de Precisión. Con la llegada de la mecanización y la producción en gran escala, los campos cultivados pasaron a ser tratados de forma uniforme. Las tasas de aplicación de fertilizantes pasaron a ser calculadas en base a valores medios de fertilidad y la aplicación hecha uniformemente en toda la extensión del campo. Como alternativa surgió la posibilidad de aplicar una nueva tecnologı́a llamada Agricultura de Precisión (AP). Existen varias definiciones para este término descritas por autores importantes en la materia. A continuación se presentan algunos. Según (Biagi Pagnano, 2007) la AP puede ser descrita como un desarrollo tecnológico que incorpora nuevas técnicas o modifica las ya existentes, para producir un conjunto de herramientas que aumentan la eficiencia del gerenciamiento agrı́cola, permitiendo la aplicación de insumos agrı́colas en el lugar correcto y en las cantidades requeridas. Esta nueva tecnologı́a se basa en que mayores y mejores informaciones sobre el lugar donde será implantado el cultivo y una producción histórica de este sean conocidas a lo largo de varios años . (Balastreire, 1998) la define como un grupo de técnicas que permiten el manejo de un cultivo según cada sitio especı́fico en que puede dividirse una parcela de terreno. Para la utilización de esta tecnologı́a, es necesaria una gran cantidad de información de la. 4.

(15) CARACTERÍSTICAS DE LA AGRICULTURA DE PRECISIÓN. 5. parcela, entre otras: el mapa de las caracterı́sticas fı́sicas y quı́micas del suelo y el mapa de rendimiento. Para obtener dicha información, se necesita: El uso de Sistema de Posicionamiento Global (GPS, por sus siglas en inglés) para ubicar la posición (longitud y latitud) de los datos recogidos en el campo. El uso de un sistema de información geográfica para el tratamiento de los datos recolectados. Una cosechadora equipada con un monitor y sensores capaces de medir los rendimientos. Por otra parte (Vélez, 2008), plantea que la AP se basa en una herramienta que nos permite obtener y analizar información georreferenciada, facilitando el entendimiento de los diferentes lotes para tomar decisiones más acertadas, lo que logra un uso eficiente de los insumos. (Bongiovanni, 2001) la AP incluye todas las prácticas de producción agrı́cola que usan la informática para ajustar el uso de insumos de modo tal que permita obtener el producto deseado, o para monitorear dicho resultado, por ejemplo, la aplicación con Dosis Variable (DV), los monitores de rendimiento y los sensores (Auernhammer, 2001) la aplicación de conceptos de AP usualmente se considera relativa a la agricultura sostenible o sustentable. Esta pretende evitar la aplicación de las mismas prácticas a un cultivo, sin tener en cuenta las condiciones locales de suelo y clima y puede ayudar a evaluar situaciones locales de enfermedad . (Balastreire, 1998) presenta el potencial de utilización de los conceptos de AP en el cultivo de la caña de azúcar. En su artı́culo el autor resalta entre los principales beneficios que la aplicación de este concepto puede ofrecer: Posibilidad de reducción de impacto ambiental. Beneficios económicos, donde la reducción del costo final del producto puede ser obtenida disminuyendo los insumos en los puntos de bajo potencial de producción y redireccionándolo a los puntos de mayor potencial. Ganancia de productividad, con aumento de producción y un aumento de la cantidad de azúcar de caña disponible. Además según (Balastreire, 1998) el potencial de aplicar los conceptos de AP en el cultivo de la caña de azúcar se divide en cuatro puntos: Mapa de suelo: muestra el potencial de fertilidad del suelo, y permite establecer las estrategias de aplicación de fertilizantes. Mapa de cultivo: permite obtener mapas geo-referenciados de los segmentos del cultivo en sus diferentes estadios..

(16) CARACTERÍSTICAS DE LA AGRICULTURA DE PRECISIÓN. 6. Mapa de cosechas: Se puede obtener un mapa de producción de cada celda dentro de un tablón. Con la geo-referenciación se tiene la localización exacta de cada celda, entonces, se puede verificar en el lugar cual fue el motivo de la baja de producción. Aplicación localizada de insumos: La decisión sobre el mejor método de geo referenciamiento del área puede ser hecho por medio de programas de computación especı́ficamente realizados para la agricultura que proporcionan mapas de aplicación localizada de insumos. Con el auxilio de equipamientos especiales para el control se puede aplicar la cantidad requerida en cada celda para ası́ utilizar el máximo potencial de producción. Se puede decir entonces que la AP constituye la aplicación de herramientas informáticas y electrónicas como los Sistemas de Posicionamiento Global (GPS, por sus siglas en inglés), monitores de rendimiento y programas computacionales para el procesamiento de datos de cosecha, todo esto para asistir a la automatización de los procesos agrı́colas. Con ella se brinda la posibilidad de tener conocimientos más precisos y geo referenciados del comportamiento de los suelos, las cosechas y la dosificación de los insumos, para incrementar los resultados con la menor intervención posible del hombre en el proceso. Basado en el concepto anterior, una de las herramientas más útiles que permite obtener información georreferenciada es el monitor de rendimiento asistido por un GPS. Muchas veces parece que la información recabada no cobra importancia, hasta que se comienza a trabajarla y continuar sumando experiencias con mapas de años diferentes. El diseño de ensayos exploratorios en los lotes es una fuente de información muchas veces imposible de extrapolar a otras situaciones y de allı́ su gran valor. La gran importancia del monitoreo de rendimiento es saber la verdadera respuesta del cultivo. En este sentido, si se logra entender las variables fisiológicas que lo ajustan, se podrı́a entender que se cuenta con un instrumento que facilitará la toma de decisiones de los próximos cultivos que se desarrollen en el mismo ambiente productivo para años similares al ocurrido. 1.3.. Monitores de Rendimiento. Los monitores de rendimiento han sido diseñados con el objetivo de recolectar datos para su posterior análisis. Los datos almacenados por hectárea son alrededor de 600 puntos, dependiendo de la frecuencia con que son grabados. A su vez, si el monitor está conectado a un GPS, estos datos componen un mapa de rendimiento.(Bongiovanni, 2006).

(17) CARACTERÍSTICAS DE LA AGRICULTURA DE PRECISIÓN. 7. Los mayores avances logrados en lo que respecta a monitores de rendimiento son en las pantallas y en la simplicidad de los programas de mapeo, que han ido logrando las diferentes empresas para comodidad del usuario. Básicamente, se han logrado transformar los monitores que poseı́an gran cantidad de teclas, en monitores de pantalla activa, pudiéndose visualizar en la pantalla de cuarzo las teclas que el usuario deberá apretar para pasar de una pantalla a otra como puede ser información general de lotes, cargas, velocidad, flujo de trabajo y rendimiento o también, acceder a pantallas de calibración de peso, distancia, humedad, vibración entre otros factores dependiendo del monitor con el que se trabaje. (Bongiovanni, 2006) Las últimas versiones de distintos monitores realizan la telemetrı́a de la maquinaria y en algunos casos también los datos de cosecha. Pueden enviar, en tiempo real, la información recopilada a centros de datos ubicados a cierta distancia, normalmente a través del servicio general de paquetes vı́a radio (GPRS, por sus siglas en inglés) . Ası́, se tiene la opción de visualizar el rendimiento del equipo desde este centro o via web desde cualquier otro sitio. Ejemplo de ello son los sistemas Datagro de IGB y SBox Cloud de la firma Plantium. Gracias a esta potente herramienta algunas empresas están realizando seguimientos a distancia con distintos fines según usuarios. También hay empresas que pueden usar estos sistemas como parte de un servicio de gestión (ej: Telematics de Claas, JDLink de JohnDeere, AFS Connect de Case IH). Estos sistemas de telemetrı́a son cada vez más efectivos y con mayores utilidades, permitiendo dar mejores prestaciones al productor agropecuario. El manejo de la información es un proceso muy importante, en el cual la evolución de la capacidad de las memorias donde se almacenan los datos es cada vez mayor utilizando dispositivos como tarjetas SD y pendrive, entre otros. En la figura 1–1 se muestran algunos de los dispositivos de almacenamiento utilizados para la recolección de datos de cosecha.(Vélez, 2008). Figura 1–1: Sistemas de almacenamiento para monitores de rendimiento En el Anexo A se muestra una tabla con los principales modelos de monitores de rendimiento en el mercado según su fabricante..

(18) CARACTERÍSTICAS DE LA AGRICULTURA DE PRECISIÓN. 1.4.. 8. Mapas de rendimiento. Un mapa de rendimiento posee formato vectorial, donde los datos se representan utilizando puntos, y un sistema de coordenadas x, y (cartesiano) referencia las ubicaciones del mundo real como se muestra en la figura 1–2.. Figura 1–2: Ejemplo de un mapa de rendimiento Cada punto del mapa posee coordenadas, y la cantidad de información que se obtiene depende del monitor de rendimiento que se utilice. Estos pueden ser: altura de cabezal, ancho de franja, distancia recorrida, velocidad de avance, flujo de cosecha, humedad, pérdidas de cosecha, entre otros. La aparición de sistemas de posicionamiento global precisos y relativamente económicos, combinados con los monitores de rendimiento, proveen la oportunidad de grabar y mapear instantáneamente los rendimientos de los cultivos durante la cosecha. Sin embargo, debido a la variación climática interanual, es difı́cil identificar zonas de manejo basándose en el mapa de rendimiento de un solo año.(Albarenque, 2011) La mayorı́a de los trabajos publicados relacionados con sistemas de determinación de producción para la elaboración de mapas de rendimiento están en el área de granos, donde empresas como JOHN DEERE, CASE IH y AGCO desarrollaron sensores de flujo de masa especı́ficos para determinar la producción y la humedad de granos y software para manejar estos datos y generar los mapas de rendimiento. La generación de un mapa de rendimiento puede dividirse en 3 etapas diferentes: adquisición de datos, procesamiento de los datos de cosecha y generación de reportes, tal como se muestra en la Figura 1–3. Durante la etapa de adquisición de datos intervienen los sensores de la máquina cosechadora que miden las variables del proceso, el receptor GPS para geo referenciar las tomas de informaciones de los dispositivos de medición y, por último, el monitor de rendimiento que es el encargado de almacenar de forma organizada todas las variables de cosecha para su posterior análisis. En una segunda etapa se realiza el procesamiento de los datos de cosecha. Una computadora personal equipada con algún sistema informático para el procesamiento de datos.

(19) CARACTERÍSTICAS DE LA AGRICULTURA DE PRECISIÓN. 9. Figura 1–3: Ejemplo de un mapa de rendimiento de cosecha, recibe las informaciones proporcionadas por el monitor de rendimiento, almacena la información de forma local y prepara los datos para generar reportes y mapas. La tercera etapa es en la cual el sistema informático, una vez que tiene toda la información necesaria, genera los mapas de rendimiento, informes de productividad, consumo de combustibles entre otros. Es importante dejar claro que la generación de mapas de rendimiento no depende solamente de la existencia de un monitor de rendimiento equipado con GPS y de algún sistema informático para el procesamiento de los datos obtenidos. Es imprescindible la utilización para este fin de sensores capaces de medir el flujo del cultivo cosechado por unidades mı́nimas de manejo y que esta información llegue de forma correcta a los monitores de rendimiento. Para dar solución a esta problemática se han utilizado varias técnicas para medir el flujo de la masa cosechada en varios cultivos intensivos o industriales. Entre ellas, (Earl, 1996) informa sobre el diseño de un dispositivo de medición acoplado al transportador de la cosechadora para medir la masa del material recogido durante la cosecha de remolacha azucarera. La desventaja de esta técnica es que se necesitan al menos 3, acoplados por cada cosechadora a fin de minimizar el costo de la cosecha. (Walter, 1996) informa sobre otro sistema para el monitoreo de remolacha azucarera con dos celdas de carga y diferentes configuraciones ubicadas debajo de la cinta transportadora; ası́ en 1995 en pruebas realizadas en el campo se elaboraron mapas de rendimiento.

(20) CARACTERÍSTICAS DE LA AGRICULTURA DE PRECISIÓN. 10. con un margen de error inferior al 4 %, estas cosechadoras estaban equipadas con GPS, sensores y un sistema de adquisición de datos. (Van Canneyt, 2000) presenta los resultados del desempeño y evaluación del equipo en la medición del rendimiento en un cultivo de papa; el equipo consistı́a de una estructura de pesaje, celdas de carga, sensores de velocidad y un instrumental de adquisición de datos. Las pruebas en el campo mostraron alta precisión del sistema propuesto cuya exactitud media fue del 1,06 %. Pocos intentos han sido informados en relación a la elaboración de mapas de rendimiento de la caña de azúcar. (Cox, 1997) desarrolló un sistema para medir el flujo de la masa de la caña de azúcar. El sistema se basó en la determinación de la presión hidráulica, la variación del flujo hidráulico y la velocidad de la maquinaria. Desde que el requerimiento de energı́a del sistema de corte y del elevador es función de aquellos valores, se pudieron relacionar estas lecturas con el flujo de masa cosechada. El flujo de la masa no fue obtenido en forma directa y como las presiones hidráulicas están relacionadas directamente con el uso de los componentes hidráulicos y la viscosidad del fluido, no fue posible determinar si las variaciones obtenidas en la producción de caña de azúcar se debı́an a un conjunto de errores o a la variabilidad espacial del rendimiento. (Pierossi, 1997) con el propósito de elaborar un mapa de rendimiento de caña de azúcar, realizó un intento similar al de (Earl, 1996). Para ello se construyó un dispositivo acoplado para pesar la producción con celdas de carga equipadas con un GPS y un sistema de adquisición de datos. Aunque el sistema mostró una exactitud razonable, tuvo las mismas limitaciones que (Earl, 1996). (Pagano, 2001) desarrolló un sistema automático para la medición del rendimiento de caña de azúcar cuando esta es recogida por cosechadoras autopropulsadas. El sistema utiliza transductores y celdas de carga para determinar la masa del material cosechado y es útil para medir directamente el flujo de masa en tiempo real. El registro de datos agregado a la información provista por el GPS asiste ası́ a la elaboración de un mapa digital que representa el rendimiento del área cosechada. El sistema fue evaluado en laboratorio y en el campo; el margen de error observado en pruebas de laboratorio varió entre 0,70 % y 2,71 % en pruebas donde la masa constante fue simulada, y entre el 0,35 % y el 4,02 % en pruebas donde las masas conocidas pasaron por la cinta transportadora. 1.5.. Sistema de Posicionamiento Global. El GPS es un sistema de navegación basado en satélites, creado y operado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos. Comenzado a principios de los 80, este.

(21) CARACTERÍSTICAS DE LA AGRICULTURA DE PRECISIÓN. 11. sistema fue declarado completamente operacional el 27 de Abril de 1995. Completamente operacional significa que el sistema puede ser usado para determinar la posición de un receptor las 24 horas del dı́a, en cualquier parte de la tierra. El sistema fue concebido originalmente como un auxiliar para la navegación de las fuerzas militares de los Estados Unidos, pero hoy en dı́a el GPS sirve también para fines industriales, comerciales y civiles. El servicio está disponible, en forma gratuita, las 24 horas del dı́a y bajo cualquier condición meteorológica. Para describir mejor el sistema, se puede dividir en tres partes: (Martini, 1999) Segmento espacial Segmento de control Segmento de usuario Segmento espacial : Consiste en una constelación de 24 satélites para la navegación por tiempo y expansión (NAVSTAR, por sus siglas en inglés). Con una órbita de 20200 km de altura sobre la superficie terrestre, cada satélite orbita la tierra 2 veces al dı́a, o sea una vez cada 12 horas. Los 24 satélites se dividen en 6 órbitas con 4 satélites cada una. Esta distribución particular garantiza que por lo menos 4 satélites estarán en lı́nea de vista de un receptor de GPS en cualquier parte del mundo durante todo el dı́a. Por supuesto que no se pueden ver los satélites en su órbita, pero los receptores deben ser capaces de recoger la señal satelital enviada a la tierra. Los satélites cuya señal puede ser recibida son aquellos que están por sobre el horizonte. Cada satélite está equipado con receptores y emisores de ondas de radio que transmiten con una frecuencia de entre 1200-1500 MHz. Las ondas de radio viajan a la velocidad de la luz en el vacı́o (300.000.000 m/s), y disminuyen su velocidad cuando atraviesan la atmósfera terrestre. Los satélites también están equipados con relojes atómicos, que mantienen el tiempo en base a vibraciones naturales periódicas dentro de los átomos. Estos relojes increı́blemente precisos son un componente crı́tico que hace posible el uso de satélites para navegación y mapeo. Cada satélite cuenta con 4 relojes, 2 de cesio y 2 de rubidio, a pesar de que uno serı́a suficiente, de esta forma se evita el riesgo de rotura o pérdida de precisión por alguno de los relojes. Segmento de Control : Los satélites son seguidos y monitoreados por varias estaciones ubicadas estratégicamente alrededor del mundo. Esta red de estaciones de monitoreo se denomina generalmente segmento de control del GPS, y consta de 4 estaciones de monitoreo y una estación de control principal ubicada en la Base de la Fuerza Aérea Falcon en Colorado Springs, Colorado. Las estaciones de monitoreo miden las señales de ondas de radio que son transmitidas continuamente por los satélites y pasan esa información a la estación de control principal. Esta usa la información para determinar.

(22) CARACTERÍSTICAS DE LA AGRICULTURA DE PRECISIÓN. 12. la órbita exacta de los satélites y para ajustar sus señales de navegación, por ejemplo: error de reloj, correcciones, estado del satélite, etc. Segmento de usuario : Las unidades o receptores GPS son el segmento de usuario, que computan la posición del usuario por medio de las señales recibidas. Los GPS de uso civil no requieren licencia para operar ya que no transmiten señales de radio, solamente las reciben. Hay una gran gama de receptores con distintas precisiones y por ende precio, cada uno se adapta a un uso en particular. La medición de la distancia se basa en el principio de velocidad por tiempo. El sistema GPS funciona tomando el tiempo que tarda una señal de radio emitida por un satélite hasta llegar al receptor, y de esa forma calcular la distancia. Si se conoce el tiempo exacto en que salió la señal del emisor y el tiempo de llegada al receptor, se puede calcular por diferencia el tiempo de viaje de la señal y por ende la distancia. (Martini, 1999) 1.5.1.. GPS y Agricultura de Precisión. Para los fines de la Agricultura de Precisión, no es necesario tener un conocimiento profundo del funcionamiento del GPS. A veces se presentan problemas con la correcta recepción de la señal y estos son atribuidos a una falla en el funcionamiento del sistema, sin embrago puede suceder que estas fallas se deban a problemas de conexión de los equipos o al mal estado de las fichas, enchufes o cables. Por lo tanto, cuando se presenten problemas de recepción de señal se debe inmediatamente verificar el estado de mantenimiento de toda la instalación. Otro punto a tener en cuenta cuando se utiliza el GPS para el mapeo de rendimiento es colocar la antena en el centro de la máquina para que todas las pasadas contiguas se realicen a la misma distancia, y además ésta debe estar ubicada en la parte más alta de la máquina y lejos de toda fuente de ruido y vibración que puedan interferir con la recepción de la señal. Frecuentemente se ubica la antena sobre el aire acondicionado y cuando este es conectado, las vibraciones del mismo provocan una sensible disminución del cociente señal/ruido y por ende se degrada la precisión del equipo. (Martini, 1999) 1.6.. Software para el procesamiento de datos de cosecha. En el desarrollo de software especı́fico se observa que cada vez son más sencillos para el usuario y permiten incorporar información de diferentes procedencias para la interpretación, edición, análisis y generación de nuevos archivos con datos de ejecución, como por ejemplo una recomendación o prescripción de aplicación para equipos de aplicación variable, entre otros. Hay programas especı́ficos de diferentes marcas lı́deres (ej. AP EX, GT A300 Mapping, etc.) que permiten leer la información que almacenan los.

(23) CARACTERÍSTICAS DE LA AGRICULTURA DE PRECISIÓN. 13. distintos dispositivos en los monitores de rendimiento. Es posible trabajar la información a través de estos software pero muchas veces los mismos son solo utilizados como programa de transición para trasformar el archivo especı́fico que fue generado por el monitor de rendimiento con datos georreferenciados a un formato universal o genérico (.txt o .shp) para que este pueda ser trabajado posteriormente con otro software también universal. En este sentido hay programas norteamericanos como Farm Works y el SMS de AgLeader que son referentes en esta actividad, pero también hay desarrollos en paı́ses latinoamericanos como GeoagroGis, Solapa4 con formato de plataforma web, entre otros. 1.7.. Consideraciones finales. La AP requiere dispositivos tecnológicos para recopilar y procesar datos de cosecha. El uso del GPS en conjunto con los monitores de rendimiento permite el almacenamiento y procesamiento de datos y variables importantes que intervienen en el proceso, posibilitando la toma de decisiones a partir de un conocimiento más detallado de las caracterı́sticas de los campos cultivados. La infraestructura tecnológica necesaria está constituida por sensores capaces de medir las variables más importantes, monitores de rendimiento para la adquisición, almacenamiento, transmisión y visualización de los datos geo referenciados mediante el uso del GPS. Se necesitan además programas informáticos para el procesamiento de los datos de cosecha y la generación de informes y mapas de rendimiento. Todo esto posibilita el uso racional de insumos a partir del conocimiento de datos precisos que permiten una planificación acertada, utilizando en cada sitio las cantidades requeridas. No siempre es posible la generación de mapas de rendimiento, pues para ello son necesarios dispositivos capaces de medir el flujo de masa cosechada en cada unidad de manejo..

(24) .. CAPÍTULO 2 COSECHADORAS CAÑERAS 2.1.. Introducción. En este capı́tulo se describe la evolucion del uso de cosechadoras cañeras en la industria azucarera cubana. Se estudia además el sistema automático de la serie CASE IH A8000, sus principales componentes y prestaciones para el desarrollo de la agricultura de precisión. Se describe el funcionamiento del sistema de comunicación y las limitantes de este modelo para la generación de mapas de rendimiento. 2.2.. Evolución de las cosechadoras Cañeras utilizadas en Cuba. Las primeras pruebas conocidas de una máquina cortadora de caña de azúcar en Cuba, datan de 1910, por A. N. Holdey, cerca de Jovellanos, en la provincia de Matanzas. Esta máquina se desechó por sus frecuentes roturas. En el perı́odo comprendido entre 1915 y 1918 fue probada la combinada LUCE desarrollada por George Don Luise, de EEUU, que incluı́a sistema de limpieza. Se utilizó durante 1920 y fue desechada, también, debido a su baja fiabilidad. Al triunfo de la Revolución, en 1959, no existı́a en Cuba ningún grado de mecanización en el corte y alza de la caña de azúcar. En 1961 comienzan los primeros trabajos serios de pruebas de máquinas. En 1962 se probó la cosechadora INCA fabricada en África del Sur.(Daquinta Gradaille, 2014) En 1963 se construyeron 680 máquinas cortadoras cubanas tipo ECEA-MC-1 diseñadas sobre la base de las cosechadoras INCA, Thomson modelo Hurry-Cane y Thornton modelo F de la Internacional Harvester. Este tipo de máquina cortaba a ras del suelo y dejaba caer bultos de caña conformados por un aditamento basculante acumulador, lo que favorecı́a el alza posterior. Su desventaja consistı́a en la gran cantidad de hombres que necesitaban para limpiar la caña que caı́a al suelo.(Daquinta Gradaille, 2014) A partir de 1963 comenzó a destacarse la colaboración soviética con relación a las nuevas máquinas cosechadoras construidas en las fábricas Rosselmash en Rostov, Zaporozhe y Ujtomsky en la ciudad de Liubertsi. Esta colaboración se extendió hasta 1969 con varios modelos. (Navarro, 2002). 14.

(25) COSECHADORAS CAÑERAS. 15. Alzadora soviética PG-0,5ST de 0,5 t de capacidad y 80 t (7 000 @) de productividad diaria que aumentó el rendimiento del machetero en un 40 %. Combinadas KT-1 que cumplió por completo el proceso tecnológico de corte mecanizado. Entraron 30 a Cuba en 1965. Combinada de arrastre KCT-1, que cortaba la caña, la limpiaba y la depositaba en la carreta de transporte con una productividad de 57 toneladas en jornada de 8 h. En 1967 habı́an entrado 710 máquinas de este tipo. Algunas con mejoras obtenidas en pruebas de campo (KCT-1A) realizadas anualmente. Combinadas CTK-1 de la fábrica Zaporozhe probada en 1965. Combinadas KCC-1, KTC-1A y KCC-1A, de la fábrica Liubertsi, probada en 1965 y 1966. Combinada KTS-1A probada en 1969, esta fue la última máquina de fabricación soviética que entró al paı́s. Se construyó, en Holguı́n, la fábrica 60 Aniversario de la Revolución de Octubre, iniciándose su producción seriada. Durante el perı́odo 1977-1984 surgen nuevos prototipos, como la KTP-3 y KTP-23. (Navarro, 2002) En el año 1986, con vista a dar una respuesta más adecuada a las nuevas condiciones, comenzó la producción seriada de la KTP-2, como resultado de las experiencias con la operación de la KTP-1. A pesar de las mejoras introducidas, todavı́a se mantuvieron problemas operacionales que disminuı́an la fiabilidad de la máquina. (Loreto Dı́az, 2006). Con el objetivo de aumentar su capacidad operacional se trabajó en los conjuntos de mayor significación, dentro de aquellos que incidı́an en su rotura, lográndose la cosechadora KTP-2M, que alcanzó resultados muy superiores a las KTP-2. Durante el perı́odo de 1994-1999 se continuó con el desarrollo de la CCA-3, especialmente para la cosecha en condiciones de elevada humedad, y el desarrollo de nuevos prototipos como la KTP-3S, KTP-4F, KTP-4G y la KTP-5. En el plano nacional existieron otras combinadas mucho más modernas que las KTP-2M, altamente promisorias no solo para nuestro paı́s, sino para varios paı́ses de la región. Máquinas como la KTP3S con alto grado de automatización y la KTP-4000 con caracterı́sticas técnicas y de explotación que las asemejaban a las mejores cosechadoras que se comercializaban en el mercado internacional. En la Figura 2–1 se muestran modelos de cosechadoras de caña de azúcar KTP. En el exterior han surgido modelos de cosechadoras que representan lo más avanzado en esta materia como la AUSTOFT, la CAMECO y la TIGER norteamericanas, ası́ como la BRASTOTF, la SANTAL y la CASE-IH A-7000 y 8000 de Brasil. (Ding, 2006; Suárez, 2006)..

(26) COSECHADORAS CAÑERAS. 16. Figura 2–1: Modelos de cosechadoras de caña de azúcar KTP de fabricacion nacional. 2.3.. Cosechadoras Cañeras CASE IH A8000. La serie de cosechadoras CASE IH A8000 se compone de dos modelos cuya única diferencia significativa es en cuanto al sistema de rodaje, dado que el modelo 8000 utiliza gomas de caucho y el 8800 esteras metálicas como se muestra en la Figura 2–2.. Figura 2–2: Modelos de la serie de cosechadoras CASE IH A8000 Desde el punto de vista del sistema automático, ambos modelos funcionan de igual forma y mantienen los mismos bloques y elementos que se describirán mas adelante. Esta serie mantiene un rendimiento operacional de 83,83 toneladas / hora, con un consumo de combustible de 0,60 litros / tonelada, rendimiento agrı́cola de 106 ton / ha a una velocidad operacional de 5,02 km / h según experimentos realizados en Brasil. Pueden venir equipadas con motores Scania DC9 o motores Case IH C9. En el caso de las importadas por Cuba vienen equipadas con el primer modelo que son los utilizados para las ventas nacionales dentro de Brasil. Entre las principales caracterı́sticas de estos motores se encuentran: 5 cilindros en lı́nea, inyección directa, 8,87 litros de cilindrada. 4 válvulas por cilindro..

(27) 17. COSECHADORAS CAÑERAS. Potencia: 330 cv (243 kW) y 2.100 rpm. Sistema de combustible con unidades inyectoras electrónicas (PDE, por sus siglas en inglés) y control electrónico Scania EMS. Sistema de lubrificación con radiador tipo placas, filtro tipo centrı́fuga y filtro de papel de flujo total. Filtro de combustible de alta eficiencia y pre filtro de combustible con separador de agua. Alternador de 185 A y 12 V. La Figura 2–3 muestra un motor Scania DC9.. Figura 2–3: Motor SCANIA DC9 2.4.. Sistema Automatizado de la serie CASE IH A8000. Las cosechadoras cañeras de la serie Case IH A8000, poseen un sistema automatizado que puede ser analizado como un sistema de control distribuido dado que se compone de módulos, cada uno de los cuales opera de manera independiente sobre algún subsistema de la máquina, entre todos, interactúan para que el equipo funcione correctamente. Ellos son: 1 2 3 4 5 6 7. Sensores. Actuadores. Módulos de Control SCM y RHM. Red CAN. Monitor de Rendimiento (Data Logger). Receptor GPS. ECU - Engine Control Unit (Unidad de Control de Motor)..

(28) COSECHADORAS CAÑERAS. 18. El módulo de sensores está compuesto por más de 10 tipos de sensores diferentes, encargados de medir ciertas variables del comportamiento del sistema a través de un grupo de sensores distribuidos por toda la cosechadora. Estos sensores son mayormente para medir temperaturas, presión de aceite, velocidades, altura del corte, detección de agua en el combustible entre otros. En la Figura 2–4 se muestra la ubicación de los principales sensores y elementos que componen el sistema automatizado de estas cosechadoras.. Figura 2–4: Ubicación de los elementos del sistema automatizado. Se utilizan electroválvulas como actuadores para controlar los diferentes subsistemas de la cosechadora. Estas son accionadas por solenoides de acción todo-nada o por solenoides por modulación de ancho de pulso (PWM, por sus siglas en inglés). Ambos tipos son manejados por los módulos de control SCM. En la Figura 2–5 se muestra el solenoide de acción todo-nada de la válvula del disco de corte lateral. Los solenoides PWM accionan, de forma proporcional, la apertura de las válvulas usadas para controlar un flujo hidráulico variablede algún sistema. Tal es el caso de la altura del corte y de la dirección de la cosechadora..

(29) COSECHADORAS CAÑERAS. 19. Figura 2–5: Solenoides bloque del disco de corte lateral. 2.4.1.. Módulos de Control SCM y RHM. Los Módulos de Control de la Máquina (SCM, por sus siglas en inglés) son sistemas electrónicos que rigen múltiples funciones de la cosechadora. Dentro de cada SCM hay un microprocesador y memorias para almacenar valores de calibración, códigos de error, entre otros. Los SCM, además, son los encargados de recibir los datos recolectados por los sensores y dar señales de mando a los actuadores. Dentro de ellos están programadas las funciones para controlar los distintos lazos que intervienen en la cosechadora. Otra de sus funcionalidades es enviar valores de variables al Monitor de rendimiento a través de la red CAN. En general cada SCM tiene a su cargo controlar una parte o varios subsistemas de la cosechadora además de mantener comunicación con los demás módulos de control. Las cosechadoras Case IH serie A8000, cuentan con tres módulos SCM comunicados entre sı́ a través de la red CAN ubicados debajo de la consola lateral derecha. El panel o módulo de la mano derecha (RHM, por sus siglas en inglés), es el encargado de recoger y transmitir toda la información y mandos que el operador acciona en la pizarra analógica. Los datos son recibidos, via red CAN, por los SCM quienes ejecutan las funciones correspondientes mediante el envı́o de corriente a los actuadores. En la Figura 2–6 se muestran los módulos de control SCM. SCM1 : Control del sistema de luces, cortador de puntas, divisor de lı́nea y válvulas piloto. SCM2 : Control de la llave de arranque, puente del radiador, niveles de aceite y combustible, control del elevador, freno de estacionamiento, encendido de los ventiladores, alarma de marcha atrás. SCM3 : Control de rodillo tumbador, lı́neas laterales, corte lateral, regulación automática de la altura del corte (Auto T racker)..

(30) 20. COSECHADORAS CAÑERAS. Figura 2–6: Módulos de cotrol SCM Se impone, por su importancia, dentro del sistema automatizado explicar el funcionamiento del Auto T racker. Este es el sistema que controla automáticamente la altura de la cosechadora a través de sensores en el sistema de suspensión hidráulico y en el circuito del corte de base. Resulta destacable el hecho de que el sistema no actúa sobre las cuchillas sino sobre la máquina totalmente, pues varı́a la inclinación de este para modificar la altura del corte. Según el fabricante, la operación del cortador de base con Auto Tracker es mejor que la operación realizada por un operador experto cosechando en el modo manual. El Auto Tracker puede acumular hasta 10 minutos de datos de cosecha con el sistema en modo manual para determinar la presión hidráulica más adecuada y la altura promedio de corte para el área a ser cosechado. Todos los parámetros registrados pueden ser ajustados por el operador. El operador puede alternar de una presión y altura actuales para otra presión y altura (Presión Extra y Altura Reducida). Es un sistema importante cuando las condiciones de cosecha cambian debido al sentido de cosecha o cambio de área. Cuando la rotación del motor es reducida, el sistema automáticamente eleva la cosechadora permitiendo agilidad de maniobra. Después que el motor regresa a la rotación normal, la máquina automáticamente regresa a la misma altura de corte original. El operador siempre puede retornar el sistema al control manual, bastando accionar el comando en la palanca multi-funciones. El sistema alerta al operador cuando el corte de base está sobrecargado, indicando que la velocidad de cosecha debe ser reducida. 2.4.2.. Red de área de campo. Las red de área de campo (CAN, por sus siglas en ingés) se basa en el modelo productor/consumidor, el cual es un concepto, o paradigma de comunicaciones de datos, que.

(31) 21. COSECHADORAS CAÑERAS. describe una relación entre un productor y uno o más consumidores. Es un protocolo orientado a mensajes, es decir, la información que se va a intercambiar se descompone en mensajes, a los cuales se les asigna un identificador único y se encapsulan en tramas para su transmisión. El establecimiento de una red CAN para interconectar los dispositivos electrónicos internos de un vehı́culo tiene la finalidad de sustituir o eliminar el cableado. Las Unidades de control del Motor (ECU, por sus siglas en ingés), sensores, sistemas antideslizantes, entre otros, se conectan mediante la red CAN a velocidades de transferencia de hasta 1 Mbps.(Karl, 2000). Figura 2–7: Estructura Fı́sica de una red CAN De acuerdo al modelo de referencia de interconexión de sistemas abiertos (OSI, por sus siglas en inglés), la arquitectura de protocolos CAN incluye tres capas: fı́sica, de enlace de datos y aplicación, además de una capa especial para gestión y control del nodo llamada capa de supervisor. (Karl, 2000) Capa fı́sica: Define los aspectos del medio fı́sico para la transmisión de datos entre los nodos de la red CAN. Los más importantes son niveles de señal, representación, sincronización y tiempos en los que los bits se transfieren al bus. La especificación del protocolo CAN no define una capa fı́sica, sin embargo, los estándares ISO 11898 establecen las caracterı́sticas que deben cumplir las aplicaciones para la transferencia en alta y baja velocidad. Capa de enlace de datos: Define las tareas independientes del método de acceso al medio. Además debido a que una red CAN brinda soporte para procesamiento en tiempo real a todos los sistemas que la integran. El intercambio de mensajes que demanda dicho procesamiento requiere de un sistema de transmisión a frecuencias.

(32) COSECHADORAS CAÑERAS. 22. altas y retrasos mı́nimos. En redes multi-master, la técnica de acceso al medio es muy importante ya que todo nodo activo tiene los derechos para controlar la red y acaparar los recursos. Por lo tanto la capa de enlace de datos define el método de acceso al medio ası́ como los tipos de tramas para el envı́o de mensajes Cuando un nodo necesita enviar información a través de una red CAN, puede ocurrir que varios nodos intenten transmitir simultáneamente. Esto se resuelve al asignar prioridades mediante el identificador de cada mensaje, donde dicha asignación se realiza durante el diseño del sistema en forma de números binarios y no puede modificarse dinámicamente. El identificador con el menor número binario es el que tiene mayor prioridad. El método de acceso al medio utilizado es el de Acceso Múltiple por Detección de Portadora, con Detección de Colisiones y Arbitraje por Prioridad de Mensaje (CSMA/CD+AMP, por sus siglas en inglés). De acuerdo con este método, los nodos en la red que necesitan transmitir información deben esperar a que el bus esté libre (detección de portadora). Cuando se cumple esta condición, dichos nodos transmiten un bit de inicio (acceso múltiple). Cada nodo lee el bus bit a bit durante la transmisión de la trama y comparan el valor transmitido con el valor recibido. Mientras los valores sean idénticos, el nodo continúa con la transmisión. Si se detecta una diferencia en los valores de los bits, se lleva a cabo el mecanismo de arbitraje. En cuanto a la detección y manejo de errores, un controlador CAN cuenta con la capacidad de detectar y manejar los errores que surjan en la red. Todo error detectado por un nodo, se notifica inmediatamente al resto de los nodos. Capa de aplicación: Existen diferentes estándares que definen la capa de aplicación; algunos son muy especı́ficos y están relacionados con sus campos. Entre las más utilizadas cabe mencionar CAL, CANopen, DeviceNet, SDS (Smart Distributed System), OSEK y CANKingdom. Capa de supervisor: La sustitución del cableado convencional por un sistema de bus serie presenta el problema de que un nodo defectuoso puede bloquear el funcionamiento del sistema completo. Cada nodo activo transmite una bandera de error cuando detecta algún tipo de error y puede ocasionar que un nodo defectuoso pueda acaparar el medio fı́sico. Para eliminar este riesgo el protocolo CAN define un mecanismo autónomo para detectar y desconectar un nodo defectuoso del bus, dicho mecanismo se conoce como aislamiento de fallos. En la Figura 2–8 se muestra un esquema de la interconexión entre los diferentes módulos..

(33) COSECHADORAS CAÑERAS. 23. Figura 2–8: Red CAN, Cosechadoras CASE IH A8000 La norma para la comunicación entre equipos agrı́colas se nombra ISO 11783 o ISOBUS. Esta norma conforma la columna vertebral de los equipos de agricultura de precisión. Está constituida por dos documentos que definen la transmisión en la capa media o capa fı́sica del modelo OSI para aplicaciones basadas en comunicación sobre bus CAN. El bus fı́sico que se utiliza es compatible con la norma de la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE, por sus siglas en ingés) j1939-11 que consiste en dos cables pasivos terminados por una impedancia caracterı́stica de 120 ohmios. Los controladores de tareas son capaces de enviar comandos a los implementos modificando su comportamiento de acuerdo con su posición medida por el GPS acorde a reglas de tiempo, las tareas se pueden programar desde una PC usando algún software para manejo de sistemas de agricultura avanzada y luego ser pasados a los monitores de rendimiento de las cosechadoras. 2.4.3.. Monitor de rendimiento AFS 700. El monitor de rendimiento es la computadora de a bordo y a su vez la interfaz hombre máquina que muestra al operador los principales parámetros del funcionamiento de la cosechadora. Además de su función para la visualización de variables, se encarga de realizar la recopilación, preparación y transmisión de los datos de cosecha. Esta función es de las más importantes pues para poder realizar informes y bases de datos con históricos de las cosechas organizados según los años, campos y operadores, es importante que esté activada la función del monitor de rendimiento para que se registren dado un determinado periodo de muestreo todos los datos recogidos por la cosechadora desde los dispositivos de medición..

(34) 24. COSECHADORAS CAÑERAS. El AFS 700 posee una pantalla táctil y es compatible con una serie de equipos de CASE IH. Tiene un puerto USB para recibir configuraciones, transmitir datos de cosechas a un pendrive. Debido a la importancia que tiene el uso del GPS en la AP, el AFS 700 se conecta directamente a un receptor GPS pues la mayorı́a de sus funciones avanzadas para el corte con piloto automático o para el registro de datos, requieren información geo referenciada.. Figura 2–9: Monitor de rendimiento AFS 700 La versión del Firmware utilizado se compone de una serie de 6 pantallas personalizables por el operador que muestran los principales parámetros durante el corte, alarmas ante alguna falla en el sistema automático de la cosechadora y configuraciones del sistema. La Figura 2–10 muestra la pantalla principal del monitor de rendimiento. Esta contiene la información referente a las principales variables de la cosechadora que necesita conocer el operador mientras se realice el corte de caña.. Figura 2–10: Pantalla principal del monitor de rendimiento Cuando el monitor detecta fallas en alguno de los elementos del sistema activa una alarma. La Figura 2–11 muestra un ejemplo de alarma..

(35) COSECHADORAS CAÑERAS. 25. Figura 2–11: Alarma por perdida de comunicación con el módulo RHM Las alarmas pueden ser activadas por pérdida de la comunicación con alguno de los elementos del sistema, sobrepresiones, bajo voltaje, bajo nivel en los tanques de combustible, aceite hidráulico o agua. Cada alarma que se activa queda registrada en el fichero .log que se genera en la memoria USB donde se almacenan los datos de cosecha con un código de error único. Este monitor esta dotado de un puerto para la incorporación de una cámara de video, un puerto RJ-45 de Ethernet que aún no está funcional para la versión actual del firmware y un puerto serial tipo DB-9. El conector principal de 26 pines incluye conexión a la red CAN, alimentación entre otros. Los datos recolectados por el monitor de rendimiento se. Figura 2–12: Puertos de comunicación de los monitores AFS 700 graban en una memoria USB para ser leı́dos por algún software para el procesamiento de datos de cosecha que soporte el formato que estos tienen. Esta es una de las limitantes más grandes de este monitor pues no proporciona la información en formato xml como algunos de sus competidores sino que usa un formato propio de CNH (.yld). 2.4.4.. Unidad de control de motor. La unidad de control de motor (ECU, por sus siglas en inglés) es una unidad de control electrónico que administra varios aspectos de la operación de combustión interna del motor como: control de la inyección de combustible, tiempo de ignición y arranque. En el caso de los motores SCANIA DC9 utilizan la EMS S6 fabricada por Motorola. La.

(36) COSECHADORAS CAÑERAS. 26. ECU mide los principales parámetros del motor y emite códigos de errores en forma de parpadeos de un led, esta además se comunica directamente con el monitor de rendimiento vı́a red CAN. 2.5.. Potencialidades de las CASE IH A8000 para la AP. Las cosechadoras cañeras CASE IH de la serie 8000 están equipadas tecnológicamente para el desarrollo de la AP. Según lo expuesto anteriormente relacionado con los dispositivos necesarios para tales fines, el sistema automatizado está equipado con: Monitor de rendimiento AFS 700, para la adquisición y almacenamiento de datos de cosecha geo referenciados asistidos por un receptor GPS. Red de comunicación CAN, que permite agregar dispositivos adicionales que sean compatibles con ISOBUS. Sensores para medir consumo de combustible, velocidad de trabajo, entre otras variables, durante el perı́odo de operación. Estos elementos son suficientes para generar los datos necesarios para realizar informes de trabajo. A pesar de esto, existe una limitante: las cosechadoras de la serie no vienen equipadas con los sistemas de medición necesarios para la recopilación de los datos empleados en la generación de mapas de rendimiento. Ası́, se impone la necesidad de agregar algún dispositivo o implemento capaz de medir la masa de la caña en tiempo real y transmitirlo a la red CAN para que el monitor de rendimiento pueda realizar su adquisición. 2.6.. Consideraciones finales. La serie CASE IH A8000 tiene un sistema automatizado que contiene los elementos necesarios para el desarrollo de la AP. El sistema está compuesto por sensores, actuadores, monitor de rendimiento, una red de comunicación CAN que permite agregar nuevos dispositivos al sistema y un receptor GPS. A pesar de esto es incapaz de generar la información necesaria para realizar mapas de rendimiento dado que no cuenta con elementos para medir el flujo de caña cosechada..

(37) .. CAPÍTULO 3 PROGRAMAS INFORMÁTICOS PARA EL PROCESAMIENTO DE DATOS DE COSECHA 3.1.. Introducción. En este capı́tulo se hace un estudio de los principales programas informáticos existentes en el mercado para el procesamiento de los datos de cosechas recolectados por los monitores de rendimiento y se describen los más adecuados para el caso de los monitores de la serie AFS. Se mencionan las caracterı́sticas socioeconómicas de los proyectos de agricultura de precisión y su impacto ambiental. 3.2.. Programas para el procesamiento de datos de cosecha. En los trabajos agrı́colas, son muchas las variables que entran en juego y es fundamental comprender qué sucede en cada momento y por qué. Con un programa informático para el procesamiento de datos de cosecha se pueden comprobar las tareas realizadas, los ı́ndices de trabajo logrados, el combustible consumido en cada tarea y, lo que es más importante, el rendimiento total. La cosecha con monitor de rendimiento no termina con el registro de datos en sı́ misma, sino que una vez almacenados en la tarjeta, es de suma importancia poder observar los valores de rendimiento en un mapa. Para lograrlo existen varios programas que permiten leer y/o armar un mapa de rendimiento, agrupados en dos tipos: los especı́ficos, desarrollados por las mismas empresas que proveen los monitores, sólo son capaces de leer los datos de dispositivos de su firma o familia; y los generales que permiten leer datos de varios tipos de monitores y poseen potentes herramientas de análisis.(Bongiovanni, 2006) La causa de por qué no todos los programas leen las extensiones de algunos modelos de monitores de rendimiento para realizar los mapas de rendimiento, es que no todos hablan el mismo lenguaje con el cual se almacenó el dato. Los programas especı́ficos pueden ser clasificados en abiertos y cerrados. La diferencia entre estos dos subgrupos es la amplitud de programas que permiten acceder al mapa generado por el monitor. 27.

(38) PROGRAMAS INFORMÁTICOS PARA EL PROCESAMIENTO DE DATOS DE COSECHA. 28. Dentro de los programas generales se encuentra el Farm Works que en sus últimas actualizaciones permite bajar los datos de varios tipos de monitores de rendimiento como: Ag Leader, John Deere y Case / New Holland, entre los más conocidos. Otro programa que recién está saliendo al mercado es el SMS, de la empresa Ag Leader, que permite leer los datos de todos sus monitores lanzados al mercado (Ag Leader 2000, PF 3000, PF Advantage, Insight) y también de las empresas Case / New Holland y John Deere, entre los más destacados. El SSToolbox permite leer los datos de varios monitores de rendimiento. Este software además procesa los datos para varias actividades, como son análisis de ensayos, grillas para muestras de suelo, interpolación de datos, correlación con diferentes resultados de muestreos de suelo y zonas de manejo, etc. Los operarios necesitan capacitación permanente en el manejo de monitores y software. Esta capacitación es de gran utilidad y cumple con dos objetivos principales: evaluación de ensayos de hı́bridos, dosis de fertilización, variedades entre otros y para conocer la variabilidad de rendimiento (si existiera) debida a condiciones naturales de génesis de suelo o a topografı́a. Estos datos deben ser un reflejo de la realidad del lote cosechado ya que su posterior análisis se utilizará para la toma de decisiones futuras.(Bongiovanni, 2006) Para la realización de agricultura de precisión uno de los requisitos indispensables es tener un software capaz de procesar la información almacenada por los monitores de rendimientos de los equipos en el campo. Existen en el mercado varios programas capaces de hacer el procesamiento de los datos para guardarlos en registros históricos de los campos durante años y tomar decisiones más acertadas. Estos programas también pueden crear prescripciones para los insumos y ahorrar recursos al hacer un manejo sostenible tratando los campos con técnicas de manejo por sitio especı́fico. Aunque varias empresas comercializan este tipo de programas, es recomendable utilizar para el uso de la cosechadora u otros equipos del fabricante CASE IH las soluciones informáticas presentadas por CNH, pues datos colectados por los monitores AFS se crean con extensiones (.yld) y no en formato xml. Esto pudiera crear dificultades para otros programas a la hora de leer los datos. El formato de archivos (.yld) pertenece a la firma CNH de ahı́ que sea práctico usar su propio software de gestión agrı́cola tanto para procesar la información o logs o para convertir estas a formato xml, para que pueda ser usada por cualquier otro programa de gestión agrı́cola del mercado. 3.3.. Software AFS view de CNH. El AFS View es el programa proporcionado por CNH de forma gratuita para visualizar los datos de cosecha recopilados por los diferentes equipos agrı́colas que usan monitores AFS de las serie 200, 600 y 700. El programa esta disponible para su decarga en el sitio.

(39) PROGRAMAS INFORMÁTICOS PARA EL PROCESAMIENTO DE DATOS DE COSECHA. 29. web oficial de CASE IH para sistemas operativos superiores a Windows Vista. Tiene como limitante que no es un sistema multiplataforma y solamente presenta versiones para Microsoft Windows. En la Figura 3–1 se puede apreciar la ventana principal de este programa.. Figura 3–1: Ventana Principal del AFS View El software permite hacer un seguimiento de los clientes, fincas, explotaciones, campos lotes, ası́ como establecer entradas que incluyan los suministros y materiales, el equipamiento, maquinaria y el personal. La información ingresada puede ser escrita en tarjetas de datos y usarse en muchas de las pantallas de agricultura de precisión más comunes. En la Figura 3–2 se pueden ver las principales funciones y usos de la barra de herramientas del programa. El programa le permite ver e imprimir los trabajos y los mapas. Al leer datos de un trabajo, el programa lee (y crea mapas y registros de campo) para todos los datos que estén disponibles. Esto puede incluir un mapa de cobertura de un trabajo, los lı́mites del campo o lote y las rutas de guı́a.. Figura 3–2: Barra de herramientas del AFS View Siguiendo los siguientes pasos se pueden leer datos de cosecha de algún dispositivo de agricultura avanzada..

(40) PROGRAMAS INFORMÁTICOS PARA EL PROCESAMIENTO DE DATOS DE COSECHA. 30. 1- Inserte el dispositivo en la computadora. 2- Copie los datos al disco duro de su unidad para tenerlos como copia de seguridad. Entonces podrá leerlos del dispositivo extraı́ble o del disco duro. En la Figura 3–3 se muestra la ventana para leer los datos de trabajo.. Figura 3–3: Ventana para importar tareas en el AFS View Las principales prestaciones de este programa son: Adición de clientes, fincas/ explotaciones, campos/lotes, suministros, equipamiento, personal y materias primas Importación y visualización de trabajos Modificación y administración de trabajos Escritura de datos del trabajo Impresión de mapas Impresión de un informe de trabajo 3.4.. AFS Mapping & Record de CNH. El AFS Mapping & Record de CNH, es la versión profesional o versión de pago del AFS View que permite administrar equipos agrı́colas con monitores de rendimiento de las distintas series de AFS. La Figura 3–4 muestra la ventana principal del software. Este programa además de proporcionar las opciones de su versión gratuita, proporciona una serie de nuevas prestaciones para el usuario como exportar datos en formato xml estándar para poder ser procesados por cualquier software de gestión de dispositivos de agricultura avanzada. El programa admite además leer datos de otras marcas y modelos de monitores de rendimiento como por ejemplo; Green Seeker, New Holland y Trimble. Otra de las utilidades adicionales del AFS Mapping and Record es el software de Mapeo que permite la incorporación y configuración de nuevos mapas e imágenes.

(41) PROGRAMAS INFORMÁTICOS PARA EL PROCESAMIENTO DE DATOS DE COSECHA. 31. Figura 3–4: Ventana Principal AFS Mapping & Record georeferenciadas, el análisis de mapas y la posibilidad de hacer bases de datos de cosechas anteriores durante varios años. Esta versión además posibilita la sincronización de datos en la nube con Office Zinc y es extensible para su uso en dispositivos móviles lo cual permite el acceso y manejo de los datos de cosecha desde cualquier parte del mundo. Otra funcionalid es la posibilidad de adaptar imágenes aéreas de los campos según los puntos del GPS para generar mapas reales de las plantaciones y sobreponer las capas de información proporcionadas por los dispositivos de agricultura de avanzada. En la Figura 3–5 se puede observar la ventana de configuración de una imagen para realizar mapas reales y en la Figura 3–6 se puede apreciar el resultado de un mapa confeccionado a partir de imágenes aéreas reales.. Figura 3–5: Configuración de Imágenes en Mapping & Record.

(42) PROGRAMAS INFORMÁTICOS PARA EL PROCESAMIENTO DE DATOS DE COSECHA. 32. Figura 3–6: Mapa confeccionado a partir de imágenes aéreas La funcionalidad de poder exportar los datos de trabajo es de mucha utilidad pues permite exportar algún trabajo en .xml o .csv que es un formato de datos separados por una coma. Los datos exportados en estos formatos son más claros de decodificar a la hora de realizar algún procesamiento con un programa de otra empresa. Es posible tener constancia impresa a partir de los mapas generados por el software. En la Figura 3–7 se muestra cómo quedarı́a la impresión de un mapa de un campo según su rendimiento. Los diferentes colores muestran los ı́ndices de rendimientos de las diferentes áreas.. Figura 3–7: Mapa de rendimiento con áreas en colores El programa posibilita también la creación de prescripciones a partir de los datos recolectados durante la cosecha por el monitor de rendimiento. Esta funcionalidad es muy útil para cerrar el ciclo de la AP dado que una vez que se tenga un mapa de rendimiento, un especialista puede crear las prescripciones basadas en el rendimiento para la aplicación de insumos, utilizando técnicas de dosis variable y programando tareas para otros dispositivos de agricultura avanzada como tractores equipados con monitores de rendimiento..

(43) PROGRAMAS INFORMÁTICOS PARA EL PROCESAMIENTO DE DATOS DE COSECHA. 33. Para un mejor entendimiento se puede dividir la creación de prescripciones en 3 etapas como se muestra en el Figura 3–8. Figura 3–8: Etapas de la creación de prescripciones En una primera etapa el monitor de la cosechadora almacena los datos durante el corte mecanizado. Posteriormente estos se analizan en una computadora personal equipada con AFS Mapping & Record en donde un especialista crea las prescripciones programando las dosis por zonas de rendimiento. Una vez creada la prescripción esta pasa al monitor de rendimiento de los tractores que controlan la dosis de fertilizante aplicada a cada zona de forma diferenciada. Todo esto permite un ahorro significativo de insumos y garantiza que en cada zona sea aplicada la cantidad requerida. 3.5.. Análisis Socioeconómico y Medio Ambiental. El empleo de la AP en el sector azucarero presenta un elevado costo, más alto que el de la agricultura con maquinaria tradicional; sin embargo se puede lograr una gestión agrı́cola más precisa que reporte mayores ganancias y menores afectaciones medioambientales.(Lora Cabrera, 2012) Desde el punto de vista económico los costos de producción pueden minimizarse optimizando la logı́stica de las operaciones de campo, supervisando el trabajo de los empleados y manejando los riesgos de la producción. Un aspecto muy importante según (Bongiovanni, 2004) es el uso de la información como un insumo más, al igual que la semilla, el fertilizante, los pesticidas y el combustible, por lo que permite usar la metodologı́a de los presupuestos parciales. Ella sólo tiene valor en la medida en que produzca un cambio en la toma de decisiones. Aquella que no se usa no tiene ninguna diferencia con la semilla que sobra o el fertilizante que no se aplica. Desde el punto de vista medioambiental con esta técnica se puede reducir el uso de pesticidas, nitrógeno y otros agroquı́micos en el suelo y en el agua, con lo cual se minimiza el impacto contaminante de estos insumos. Por otro lado el necesario aumento de la maquinaria ası́ como de su confort trae consigo una disminución de las labores.

(44) PROGRAMAS INFORMÁTICOS PARA EL PROCESAMIENTO DE DATOS DE COSECHA. 34. manuales con lo cual se puede incentivar la incorporación de jóvenes al sector ası́ como el aprovechamiento de la fuerza laboral envejecida con que cuenta nuestro paı́s. 3.6.. Consideraciones Finales. Existen en el mercado varios programas informáticos para el procesamiento de datos de cosecha. Los mismos se pueden dividir en generales y especı́ficos en dependencia de la capacidad que tengan para procesar informaciones procedentes de monitores de rendimientos de otros fabricantes. Para el procesamiento de los datos de cosecha de los monitores AFS, existen varios programas que soportan el formato (.yld) como el Farm Works de Trimble, el SMS de Agleader y el Paquete AFS Software que incluye AFS View y AFS Mapping & Record. Se recomienda utilizar para el caso de los monitores de las CASE IH, el paquete de AFS Software para garantizar la compatibilidad con los datos de cosecha..

(45) CONCLUSIONES Para hacer Agricultura de Precisión se necesita contar con un monitor de rendimiento (con los sensores correspondientes), un receptor GPS y un sistema informático para el procesamiento de datos de cosecha. El sistema automatizado de la serie de cosechadora CASE IH A8000 se compone de los 7 módulos siguientes: sensores, actuadores, controladores SCM y RHM, receptor GPS, red CAN, monitor de rendimiento y la ECU. La serie A8000 no presenta la sensorerı́a necesaria para medir la masa de caña cosechada por unidad de manejo, por lo cual no es posible generar mapas de rendimiento. Sin embargo si pueden ser empleadas para la realización de la agricultura de precisión. Existen varios programas informáticos para el procesamiento de datos de cosecha. Los resultantes de los monitores AFS pueden ser manejados por Farm Works de Trimble, el SMS de Agleader y el Paquete AFS Software que incluye AFS View y AFS Mapping & Record. Este último programa es el recomendado por la firma para el procesamiento de los datos.. 35.