DISEÑO Y CÁLCULO DE SISTEMA HIDROSTÁTICO DE TRANSMISIÓN DE POTENCIA PARA VIBRADOR AUTOPROPULSADO. 1.- Introducción. Aspectos agronómicos con incidencia en la recolección. La agricultura actual exige una perfecta coordinación entre la agronomía y la mecanización de todas las fases del proceso productivo, para que no se produzcan interferencias anómalas de unas sobre otras. Por ello, si se opta por la recolección mecanizada de la aceituna, es inevitable tener en cuenta todas las operaciones culturales, haciendo una planificación integral de todas las fases de la producción. La experiencia enseña que en la recolección mecanizada de las aceitunas no se producirán avances definitivos hasta que el olivo sea considerado y tratado como un auténtico árbol frutal. Por tanto, mecanizar hoy la recogida de aceituna exige tener en cuenta aspectos agronómicos tales como factores genéticos, sistemas de plantación y formación de los árboles, control del cultivo, manejo de la cosecha y superficie cultivada. • En no pocos cultivos la recolección mecanizada ha estado asociada a un desarrollo genético con el que se ha buscado la reducción del tamaño de los árboles, bien por utilización de portainjertos o bien por la utilización de variedades enanas. En olivar los distintos portainjertos aún no están bien estudiados y por ahora no se conocen variedades de olivos enanos. • La evolución de la técnica ha generado y continuará generando cambios culturales a los que el olivo presenta un gran potencial de adaptación. Así, en olivar se trabaja hoy con sistemas de plantación y formación que guardan poca semejanza con los sistemas tradicionales. No hace mucho, 80 árboles/hectárea se consideraba una densidad normal; hoy se plantan 200-300 árboles/hectárea con formas a todo viento porque se considera fisiológicamente lo más correcto. • En cuanto a control de cultivo, los factores que tienen incidencia en la recolección mecánica de los frutos de los árboles son: 1 - Tamaño. - Madurez. - Características del pedúnculo. - Características de la poda. - Daños en los frutos - Producción. - Prácticas de manejo. El tamaño de los árboles y de los frutos viene determinado por la variedad y las prácticas culturales y, en cierta medida, puede incidirse en él. Una de las más importantes técnicas de control del tamaño, tanto en el árbol como en la fruta, es la poda. Gracias a ella se consigue un balance fisiológico entre crecimiento vegetativo y fructificación, necesario para conseguir una buena cosecha y asegurar la del año siguiente. El aclareo de frutos permite obtener éstos con el tamaño y la calidad adecuados. El control de la cosecha mediante aclareo de frutos sólo se practica en algunos frutales de hueso y de pepita. En olivar, su utilización podría estar aconsejada en aceituna de verdeo buscando el aumento de tamaño de los frutos y con el fin de reducir la natural tendencia a la vecería o alternancia en la producción, sobre todo en años de abundante cosecha, ya que suelen ser demasiado pequeños para su destino como aceituna de mesa y, por tanto, son sólo adecuados para fabricación de aceite. En el término madurez es preciso distinguir entre madurez comercial y madurez fisiológica. Los frutos pueden estar a punto para su comercialización sin la debida maduración fisiológica, como ocurre con la aceituna, que adquiere su máximo tamaño cuando la lipogénesis no ha concluido. Los criterios que se utilizan para definir la madurez son el color, la textura de la pulpa y las características del contenido del fruto. Para cuantificar la madurez de la aceituna se utiliza el criterio del color, tanto de la epidermis como de la pulpa. La resistencia del pedúnculo, es decir la fuerza necesaria para desprender los frutos, es otro aspecto biológico a tener en cuenta en la recolección de aceituna. La 2 resistencia a tracción del pedúnculo es una característica varietal difícilmente modificable. La abscisión, fenómeno por el que se reduce su resistencia, es un proceso que no se conoce totalmente, por lo que la investigación de sustancias químicas que provoquen la caída de fruto sin causar pérdidas importantes de follaje es difícil. Es importante señalar que, en general, la utilización de productos químicos en fechas próximas a las de recolección es controvertida por la incidencia negativa que puede tener en un zumo natural de fruta como es el aceite de oliva, además de incrementar los costes de producción. En cuanto a la poda se recomienda para la recogida mecánica el acortamiento de las ramas largas mediante la poda y endurecer la estructura del árbol. La producción incide en el tamaño, de forma que mayores producciones van, normalmente, acompañadas de menor tamaño de fruto, aunque referida a cantidad, permite un mejor conocimiento de las posibilidades que en el momento actual tiene la recolección mecanizada de la aceituna, para lo cual es necesario situarse ante la realidad de las magnitudes de este ancestral cultivo. Las prácticas de manejo deben ir dirigidas a reducir los daños que en gran parte resultan de los golpes, que pueden afectar a la epidermis, a la pulpa o a ambas. Los daños son más tolerables en los frutos que van destinados a transformación que en los destinados a consumo directo. En aceituna sólo se valoran los daños en frutos destinados a aceituna de mesa teniendo particular importancia cuando el proceso de elaboración es en verde al estilo Sevilla. En general, ocurre que cuando los frutos son procesados en un período de tiempo relativamente corto después de la recolección, la importancia del daño suele disminuir. • De la superficie mundial de olivar 9·106 ha, en España se cultivan unas 2’3·106 ha, que representan aproximadamente el 25%. Las diez provincias de España que destinan mayor superficie al cultivo del olivar, en orden creciente, son: Cáceres, Granada, Tarragona, Lérida, Toledo, Ciudad Real, Badajoz, Córdoba, Sevilla y Jaén. 3 Aproximadamente el 8% de la producción se destina a aceituna para aderezo en sus diversas modalidades, y del total de la producción mundial corresponde a España el 25%. Las cinco provincias productoras de aceituna de mesa, en orden creciente de importancia, son las siguientes: Málaga, Cáceres, Badajoz, Córdoba y Sevilla. Según los más grandes expertos nacionales, sólo de 500.000 a 600.000 ha de olivar son perfectamente mecanizables. En el Departamento de Olivicultura de Córdoba se estudiaron los tiempos de trabajo-hombre dedicados a las diferentes faenas de cultivo del olivar tradicional. Observaron que el 80% de la mano de obra necesaria en el cultivo tradicional del olivar corresponde a la cosecha, siendo además esta operación, junto con la poda, las únicas donde se puede actuar mecanicamente, debido al alto nivel de desarrollo tecnológico existente en las restantes operaciones culturales. Además de la gran incidencia que tiene la recogida manual en los costes de producción, es preciso considerar la gran estacionalidad de la mano de obra, la escasa ergonomía y el bajo rendimiento de los sistemas tradicionales de recolección. 2.- Recolección de aceitunas En olivar, como en otros frutales arbóreos, es preciso establecer de forma racional las bases que definen, en función de sus características, el período óptimo para llevar a cabo la recolección. Los factores que tienen incidencia en la determinación del período óptimo de recolección son la resistencia mecánica del pedúnculo de la aceituna, el contenido del fruto en aceite, la evolución de la calidad del aceite en el fruto, la caída natural de los frutos y las fechas de recolección de la anterior cosecha. El estudio de los referidos factores permite indicar que el momento en el que han desaparecido los frutos verdes del árbol, que es cuando prácticamente se ha alcanzado el máximo de aceite. Si se desea obtener aceites afrutados, se podría adelantar la cosecha en algunos días, consiguiendo una mejor calidad aunque se pierda una pequeña cantidad 4 de aceite, y debe finalizar en el momento en el que la caída natural de aceituna empiece a alcanzar un porcentaje apreciable. En olivar los métodos de recolección manual más empleados son: • Recogida de suelos. • Ordeño. • Vareo. • La recogida de suelos es un sistema que sólo se aplica en casos en los que, por tener olivos excesivamente grandes o con difícil acceso, se espera a la caída natural de la fruta, lo que puede originar una acidez excesiva, y se recoge haciendo un trabajo con tan poca eficacia que hace que la rentabilidad del cultivo se vea muy negativamente afectada. • El sistema de ordeño es el único empleado en la recolección de aceituna de mesa, aunque es usado también en algunas comarcas para la de aceite. El operario, desde el suelo o con escaleras, toma los frutos y los deposita en un recipiente que lleva colgado sobre el pecho. Una vez lleno lo vacía en un depósito o caja de unos 20-30 Kg de capacidad, común para varios operarios. • El sistema de vareo es el método más frecuentemente utilizado. El operario, provisto de una vara cuya longitud oscila, según zonas, desde uno hasta tres e incluso cuatro metros, golpea los ramones del árbol procurando, cuando se hace bien, que el golpe incida lateralmente a las zonas fructíferas, con el fin de no causar daño en ellas. El fruto derribado se recoge en lienzos o mallas extendidos bajo los olivos de forma que ocupan una superficie superior a la zona de goteo del árbol. Estas mallas se pliegan convenientemente y se vierte su contenido en cajas, sacos o espuertas. • La recolección mecánica de fruta del suelo exige una superficie uniforme de suelo, la cual se logra mediante labores sucesivas y operaciones que permiten dejar la superficie sin terrones y libre de ramas, palos y hojas. 5 Las operaciones de recolección mecánica del fruto caído y/o derribado se desarrollan según el siguiente orden: - Hilerado o agrupación de frutos. - Recogida y elevación de frutos. - Limpieza. - Envasado para transporte. • El derribo mecánico de los frutos de los árboles, gracias a la vibración ha pasado de ser una operación manual bastante tosca a un procedimiento altamente tecnificado. Los primeros intentos de mecanizar el derribo consistieron en el desarrollo de dispositivos mecánicos que simulaban las acciones manuales. El gran avance se dio cuando aparecieron los denominados vibradores de inercia. El primer vibrador del tipo biela-manivela movía los árboles en una sola dirección, y posteriormente aparecieron máquinas que vibraban en varias direcciones, con lo que incrementaba notablemente el porcentaje de fruto derribado cuyo principio de funcionamiento consistió en dos masas excéntricas que giran en sentido contrario y con velocidades angulares diferentes en valor absoluto, aunque próximas. De esta forma, al superponerse y oponerse generan una fuerza variable en módulo, dirección y sentido que origina la vibración multidireccional deseada. Con ellos se han conseguido eficacias de derribo superiores al 95%, en parcelas de árboles homogéneos y con adecuadas condiciones para la vibración. Su calidad de operación es óptima, el desprendimiento de retallos es insignificante, no se generan daños en los demás órganos de la planta y el daño en los frutos es pequeño. Para conseguir una eficacia de derribo del 100%, se practica un vareo complementario, el cual cada día tiene más detractores debido al daño que provoca. Por ser el derribo la operación de la recolección que más tiempo requiere, durante los últimos años se ha dedicado una gran atención al estudio de la relación frecuencia-amplitud, lugar de colocación del vibrador en el árbol, al estudio de la transmisión de la vibración en el árbol y al sistema fruto-pedúnculo, y se han llegado a alcanzar niveles de formación que permiten que hoy la fabricación de los vibradores se haga según criterios agronómicos y técnicos con gran fundamento. Basándose en ellos las tendencias en la construcción de estas máquinas estan encaminadas hacia los siguientes objetivos: 6 • • • • • Mejoras en el equipo hidráulico. Reducción de la potencia motriz necesaria. Mejoras en el sistema de accionamiento de los contrapesos. Mejoras en el sistema de agarre del árbol. Mejoras en las condiciones de trabajo de los rodamientos soporte de los contrapesos. • Reducción del peso del conjunto de la cabeza vibradora. • Búsqueda de nuevos principios de vibración. • La recepción de la fruta que se derriba de los árboles ha evolucionado desde el extendido manual de mantos, pasando por estructuras que no representan más que una mejora para colocación y recogida de las mallas sobre el suelo hasta sistemas mucho más complejos, consistentes en dos unidades de máquinas que se desplazan simultáneamente a ambos lados de la línea de árboles, llegando por último al denominado sistema de paraguas invertido, que consiste en una estructura que envuelve por el tronco a cada árbol. 3.- Objetivos del trabajo y metodología • La recolección integral, por ser la recolección mecanizada de aceituna una técnica de reciente aplicación, aún no ha alcanzado el nivel de desarrollo deseable, pero, en el mercado de la recolección de otros frutales arbóreos, han aparecido máquinas vibradoras montadas sobre vehículos de transporte específicamente diseñados que, si no constituyen cosechadoras integrales, si que pueden considerarse aproximaciones que suponen un acercamiento a la recolección integral, y que adecuandolas al olivar pueden aplicarse a la recolección de aceituna. Para ello estas máquinas pueden beneficiarse, y de hecho así está ocurriendo, de los avances tecnológicos que se están aplicando a otras máquinas agrícolas e industriales. Las transmisiones hidrostáticas de potencia ofrecen unas posibilidades que, utilizadas con los conocimientos técnicos y agronómicos necesarios, son difíciles de mejorar, podría considerarse que imposibles, cuando se aplican a los vibradores multidireccionales utilizados para el derribo de fruta de los árboles. 7 Ha sido precisamente el estudio de la aplicación de las transmisiones hidrostáticas a un vibrador autopropulsado dotado de receptor de fruta el objetivo fundamental de este trabajo de fin de carrera, y en él se han diseñado y calculado los circuitos hidrostáticos necesarios para conseguir una máquina dotada de: • Un sistema hidrostático aplicado a la rodadura capaz de generar velocidad desde 0’6 m/s en campo y de superar hasta 12 m/s en carretera, que permita reducir y/o eliminar los tiempos de desplazamiento, posicionamiento y anclaje del desarrollo de su trabajo. • Un sistema hidrostático de conducción que además de evitar la fatiga que caracteriza el manejo de estas máquinas cuando se montan sobre tractores agrícolas convencionales, así como ofrezca una facilidad de manejo que permita aumentar la eficacia de trabajo. • Un sistema hidrostático de acumulación de energía que genere una vibración capaz, con reducida potencia motriz, de lograr aceleraciones en el fruto que provoquen su caída en un tiempo muy corto. Esta idea de utilizar una potencia motriz y reducida, responde al hecho de que no es necesaria la utilización de grandes potencias en ninguna de las faenas de cultivo del olivar. • Un sistema hidrostático de frenado súbito de la vibración que elimine los problemas que origina su detención lenta, que además de evitar daños en el vibrador y en la estructura del árbol, reduzca el tiempo necesario para la vibración de cada olivo. • Un sistema hidrostático que dote a la cabeza vibradora de los movimientos necesarios para poder vibrar troncos y ramas, conseguir su posicionamiento de forma que la vibración sea de la máxima eficacia y de permitir la adaptación de la máquina a los diferentes tipos de olivar a los que su trabajo puede aplicarse. • Sistema hidrostático que permita el accionamiento de la apertura y cierre de un receptor del tipo de paraguas invertido dotado de sendas cintas de descarga continua de las aceitunas derribadas por el vibrador y recogidas por el referido receptor. En la realización de este trabajo, se ha partido de una premisa inevitable “La recolección de aceituna exige una perfecta coordinación entre agronomía y mecanización”, y es por lo que en su desarrollo se ha seguido el siguiente proceso: 8 1.- Estudiar los aspectos agronómicos con incidencia en la recolección, considerando conceptos básicos tales como biología, nutrición, fructificación, producción y protección fitosanitaria y determinando las características de la implantación de los olivares, tales como el medio de cultivo, preparación del terreno, el material vegetal, el proceso de plantación, las densidades de cultivo, la poda y las técnicas de laboreo y de no cultivo. 2.- Estudiar el estado actual de desarrollo de la recolección de aceituna, desde la recolección manual de fruta de los árboles, pasando por la recolección de la fruta del suelo, siguiendo con el derribo mecánico de la fruta de los árboles y terminando con la recepción y limpieza de la fruta derribada. 3.- Estudiar la tecnología de los vibradores, analizando sus principios, sus características constructivas y de vibración y determinando las tendencias actuales en su construcción. 4.- Una vez establecidas las bases agronómicas y teóricas se ha procedido al diseño y cálculo del equipo hidrostático de transmisión de potencia capaz de satisfacer las necesidades a atender en la construcción de estas máquinas, impuestas tanto por las características agrobiológicas del olivar como por el desarrollo tecnológico alcanzado. En este apartado se han establecido en primer lugar las bases necesarias para la utilización de este tipo de transmisiones, se ha procedido al diseño de cada uno de los equipos que han constituido los objetivos de este trabajo y, por último, se han calculado los equipos diseñados. 5.- Un apartado dedicado a resultados y conclusiones se ha elaborado, y en él se han presentado los aspectos a destacar relativos al diseño, al cálculo y a otras aplicaciones, así como se han establecido las principales conclusiones que pueden obtenerse de este trabajo. 9