RESUMEN
En este trabajo se diseñó y construyó el prototipo a nivel de laboratorio de una maquma cosechadora de café con el propósito de estudiar una alternativa mecanizada para la recolección del café en Colombia. La metodología utilizada fue la aplicación del método de diseño en Ingeniería que comprendió la definición del problema, búsqueda de antecedentes, estudio de alternativas y selección, dimensionamiento, análisis cinemático, dinámico y de resistencia de los diferentes sistemas, construcción y ensamble del prototipo.
Utilizando esta metodología se explica paso a paso las diferentes fases del diseño, aplicadas a un
caso específico en la ingeniería agrícola: el desarrollo de un prototipo para la cosecha mecanizada
del café; pudiendo ser utilizado este trabajo como guía y ejemplo para los estudiantes de los
cursos de mecanismos y diseño de maquinaria agrícola.
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INTRODUCCIÓN
Las máquinas que cosechan en fonna continua sobre las calles de cultivos (<<over-the-row») bajo el sistema de espaldera (<<trellis»), utilizadas en la cosecha de viñedos, manzanas, arándanos, melocotones, frambuesas y moras, fueron desarrolladas en los años 50's por diferentes instituciones en EElm, tales como, USDA, Tree Fruit Research Center, Míchigan State UIÚversity y otras (1, 22).
Estas máquinas que avanzan en forma continua sobre la fila de arbustos (surco) sin sujetarlos en algún punto específico, utilizan un conjunto de varillas o dedos para vibrar en la dirección horizontal o vertical el follaje de la planta con el propósito de desprender los frutos maduros.
Realizan en forma simultanea el desprendimiento y captura de frutos, separación de hojas e impurezas yel almacenamiento del producto cosechado. Aunque muchos avances se han logrado en los últimos diez años, los principios mecáIÚcos básicos de los primeros desarrollos aun están vigentes (25).
Las máquinas cosechadoras de uvas han incorporado un principio de vibración denominado vibración lateral sobre varios puntos del tallo, el cual utiliza rieles o barras paralelas (llamados también paneles) a cada lado del arbusto, para impartir una vibración horizontal a la parte superior de la cepa y/o a los alambres del sistema de espaldera. Con este sistema no se presenta un contacto directo (o este es poco) de los rieles con los racimos de frutos o con las hojas, minimizando el daño y la defoliación.
Este principio de vibración no se encuentra reportado para la recolección mecanizada de café, si
bien es cierto las caracteristicas de los frutos de café difieren de las «berries», las ventajas
reportadas de estas vibraciones en la cosecha de uvas muestran una alternativa interesante de
explorar para la cosecha mecaIÚzada del café. En este trabajo se desarrollo un prototipo que
permite estudiar la vibración lateral aplicada en múltiples puntos al tallo del café con mínimo
contacto, para investigar si este principio de vibración permite la recolección continua y selectiva
de café con alto rendimiento y mínimo daño al árboL
1. OBJETIVOS
1.1. OBJETIVO GENERAL
Contribuir a la disminución de los costos de recolección del café mediante el desarrollo de tecnologías mecanizadas que pennitan el desprendimiento selectivo de los frutos maduros.
1.2. OBJETIVO ESPECÍFICO
Desarrollar un prototipo para estudiar a nivel de laboratorio el principio de vibración lateral
simultánea de múltiples puntos al tallo del café.
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2. REVISIÓN DE LITERATURA
2.1. COSECHA MECANlZADA SOBRE WS SURCOS DEL CULTIVO.
La cosecha sobre los surcos del cultivo es uno de los sistemas de recolección mecanizada de flutos más utilizada en el mundo. Las operaciones de desprendimiento, captura, separación de . impurezas, transporte y almacenamiento de los flutos se realizan en forma continua directamente
sobre los surcos del cultivo.
Los primeros sistemas de vibración de las máquinas cosechadoras que utilizan este principio a nivel comercial se conocieron con diferentes nombres; VIbradores de rotación y de vaivén, golpeadores o batidores. Con este tipo de cosechadoras mecánicas incrementó la productividad del recolector 60 veces y redujo el costo de mano de obra hasta un 85% (8).
Las variables más importantes en el diseño y operación de estas máquinas son; frecuencia de vibración, amplitud de oscilación y velocidad de avance del equipo .
Los mecanismos desarrollados en estas máquinas aplican la vibración a las cepas, a los alambres del emparrado o directamente al arbusto y son clasificados como:
-Vibrador de caila o golpeador pivotante (<<cane o rod shaker» o «pivotal striker»): son denominados VIbradores de caña debido a que son ampliamente empleados en arbustos perennes (gerero rubus) pertenecientes a la familia de las Rosáceas conocidas como «berries o cane fruits».
Utilizan un conjunto de varillas posicionadas en cada lado del arbusto (surco), pivotadas en sus
extremos sobre uno o dos ejes verticales (Figura 1). Estas entran en contacto directo con el
follaje y transmiten oscilaciones horizontales, golpeando los frutos y produciendo gran
desprendimiento de hojas.
Figura 1. Vibrador de caña. Esquema ilustrativo y fotografía. Fuente: Arnaud,I.995.
-Vibradores de tronco o pulsadores (<<trunk shakeo»: utilizan dos rieles (llamados también paneles) paralelos, uno a cada lado del surco, para impartir una vibración horizontal a la parte superior de la cepa y/o a los alambres del sistema de emparrado (Figura 2). No se presenta un contacto directo (o este es poco) de los rieles con los racimos de frutos o con las hojas, minimizándose el daño y la defoliación. Estos vibradores pueden operarse con una velocidad de avance superior a la del vibrador de caña pero requiere que las parras estén muy bien alineadas sobre el surco. Este mecanismo es más efectivo para el desprendímiento de frutos localizados cerca al rígido tallo o al cordón del emparrado .
Figura 2. Vibradores de tronco. Esquema ilustrativo y fotografía.
Fuentes: Burkner, 1.998 y Morris, 1984.
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- Vibradores de tambor «<spike drum sbakeJ"»)): están constituidos por uno o dos cilindros verticales o inclinados denonúnados también cilindros batidores que presentan varillas flexibles de n}'Jon o fibra de vidrio en su periferia y oscilan transmitiendo vibraciones horizontales al follaje del arbusto (Figura 3). Estos cilindros giran libremente alrededor de su eje para impedir el arranque de pequeños frutos en el avance de la máquina.
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