La caña de azúcar (Saccharum officinarum), se cultiva en las regiones tropicales y subtropicales, creciendo significativamente las exportaciones entre los años 2000 y 2011, fundamentalmente en Brasil, que pasó de exportar 6 500 000 t en 2000 a 25 500 000 t en 2011, siendo el mayor exportador mundial de azúcar, seguido por México, Guatemala y Colombia. En el año 2000 Cuba era el segundo mayor exportador de azúcar en la región, registrando 3 500 000 t, cayendo en 2011 a 648 000 t según FAO (2014), manifestándose en los últimos años una disminución significativa de la producción de azúcar, entre otros factores, debido a los bajos rendimientos agrícolas, por lo que se ha considerado necesario realizar cambios en las prácticas agrícolas actuales (Herrera et al., 2003; Leyva et al., 2007; Betancourt et al., 2008). Entre las que se ejecuta el cambio del marco de siembra tradicional al de surcos de doble hilera (Romer et al., 2009; Gómez et al., 2011; Ullah et al., 2016; Guru et al., 2017). Paralelamente se desarrollan equipos que se adapten a estos nuevos sistemas de plantación, incluyendo los destinados a la preparación de los suelos para la siembra.
Cruz et al. (2018) plantean que en la actualidad las tecnologías que se emplean para la preparación del suelo son: la tecnología convencional y la conservacionista. Esta última se basa fundamentalmente en la preparación localizada del suelo efectuada exclusivamente en la zona de crecimiento radicular de los plantones, constituyendo una alternativa viable, tanto desde el punto de vista de la conservación del suelo, como de economía de recursos energéticos que se Como parte del proyecto nacional Incremento de la efectividad de los procesos mecanizados en la producción de caña de azúcar en la Unidad Empresarial de Base “Héctor Molina Riaño”, perteneciente al programa: Desarrollo de la Agroindustria Azucarera, que ejecuta el Centro de Mecanización Agropecuaria (CEMA) de la Universidaad Agraria de La Habana, se realiza la tarea: Desarrollo y evaluación de apero de preparación localizada del suelo, requiriéndose durante el proceso de diseño de este equipo, efectuar determinados análisis relacionados con la succión y estabilidad, para lo cual se ha desarrollado un método analítico y un software que facilita estos análisis, evitando el empleo de engorrosos métodos gráficos tradicionales, basados en la elaboración de polígonos de fuerza y de rayos, que dificultan la evaluación de múltiples variantes, cuyo objetivo de la primera etapa es elaborar la documentación técnica del prototipo, para lo cual es indispensable realizar el diseño previo del mismo, al no estar establecidos los aperos requeridos para la preparación localizada del suelo destinado a la siembra de caña de azúcar en doble hilera.
Para el diseño del apero, según Pahl et al. (2007), se consideran las dos primeras fases del proceso de diseño (sin los diseños de materialización y de detalle):
Esclarecimiento de la tarea: elaboración de la Tarea Técnica;
Diseño conceptual: sucesivas interacciones de procesos de síntesis, análisis y optimización, con el orden siguiente: identificar los problemas esenciales; la estructuras de función; la función global y las subfunciones; búsqueda de principios de solución para satisfacer las subfunciones; combinación de los principios de solución para satisfacer la función global; selección de combinaciones convenientes; conformación de variantes de concepto; evaluación de éstas con criterios técnico-económicos (Christophe et al., 2010; Bordegoni y Rizzi, 2011);
Diseño de materialización: con solo la etapa del trazado preliminar. Se elaboró un listado de los criterios a emplear para la evaluación (Tabla 1). A cada uno de los criterios de evaluación se asignó un nivel de ponderación, considerando la importancia relativa de cada uno de ellos. Los criterios con mayor ponderación correspondieron a los relativos al cumplimiento de la función principal del apero, los costos y las condiciones de trabajo (Álvarez, 2016). En consulta con expertos y teniendo en cuenta los trabajos anteriores realizados con otros tipos de equipos agrícolas se asignaron los valores de ponderación para los diferentes criterios de evaluación, otorgandose valores cuantitativos, según la escala de valores de 0 a 10 (Tabla 2).
Denominación y alcance. Apero para la preparación localizada del suelo destinado a la siembra de caña de azúcar en doble hilera.
Base para la elaboración. Sobre la base del escarificador escalonado con variación de dimensiones en las saetas desarrollado por (Albóniga, 2015).
Objetivos de la elaboración. La modificación del escarificador escalonado con variación de dimensiones en las saetas para la preparación de suelo en plantación de doble hilera para la caña de azúcar.
Fuente para la elaboración. Para incrementar los rendimientos y disminuir la degradación del suelo se comienza la plantación de caña en doble hilera, con preparación localizada del suelo, no existen los aperos que satisfagan las especificaciones agrotécnicas y sobre la base de las investigaciones de Albóniga (2015)., se espera la realización de las variantes para obtener un implemento que pueda cumplir lo antes mencionado.
Principales requisitos técnicos. a) cumplir con el desterronamiento y la profundidad según las especificaciones agrotécnicas para la plantación de caña de azúcar (Betancourt et al., 2007, 2008, 2012; Domínguez et al., 2014); b) roturar el área con la cual se va a enfrentar el surcador en la plantación de doble hilera (Domínguez et al., 2014; Albóniga, 2015); c) sin adición de materiales especiales en forma excesiva y evitando el uso de materiales deficitarios; d) poseer simplicidad tecnológica, adecuada durabilidad (resistencia), deformaciones permisibles, adecuada estabilidad, expansiones térmicas indeseables, aceptable corrosión y desgaste de acuerdo a la vida de servicio y cargas previstas; e) zona de seguridad de la superficie del surco con respecto a las ruedas traseras del tractor de > 50 mm; f) resistencia a la tracción ( 36 kN; g) cumpla con la forma del perfil adecuado para la plantación de caña de azúcar; h) ancho en la base del perfil transversal trabajado de 600 mm con el objetivo de permitir el crecimiento del sistema radicular lateral; i) facilitar los mantenimientos técnicos y reparaciones.
Problema esencial: “Diseño de apero acoplado a tractor para la preparación localizada del suelo, destinado a la siembra de caña de azúcar en doble hilera”.
Función global: Desfragmentar el suelo en la zona a la cual se enfrentara el surcador posteriormente y su diagrama de estructura de funciones (Figura 1).
Principios de solución se reflejan en la Matriz morfológica (Figura 2), según el criterio colegiado con un grupo de especialistas del CEMA, donde las líneas quebradas (roja, naranja y gris) señalan combinaciones seleccionadas para tres variantes posibles y la estrella verde sirve tanto para el sistemas de siembra de base ancha como para el tradicional y la estrella azul para el sistema de siembra de base ancha, donde: variante 1 (gris) para dos hileras de órganos con saetas múltiples escalonados y variación en su ancho, variante 2 (naranja) para una hilera de rejas con órganos múltiples escalonados y variación en su ancho, mediante brazos intercambiable; variante 3 (roja) para una hilera de órganos con saetas múltiples escalonados y variación en su ancho, mediante rejas intercambiables.
Evaluación y selección de las variantes de diseño conceptual. Como criterios de evaluación de las variantes de diseño conceptual fueron definidos los siguientes:
1. Cumplimiento de funciones: 1.1 Buen cumplimiento de las funciones; 2. Principio de funcionamiento: 2.1. Simplicidad de funcionamiento, 2.2. Efecto adecuado, 2.3. Pocos factores perturbadores; 3. Costos: 3.1. Pocos componentes y de fácil adquisición, 3.2. Bajos costos de fabricación, 3.3. Bajos costos de operación, 3.4. Bajo consumo de energía; 4. Diseño y construcción. 4.1. Diseño sencillo, 4.2. Fácil fabricación, 4.3.Fácil montaje; 5. Seguridad: 5.1. Segura para el operador, 5.2. Seguridad ambiental; 6. Operación: 6.1. Manipulación y operación sencilla, 6.2. Procedimiento de regulación simple, 6.3. Reparación sencilla, 6.4. Fácil mantenimiento, 6.5. Alta fiabilidad.
Los criterios de evaluación se ordenan jerárquicamente en un árbol de objetivos (Tabla 3), con valores de 0 a 10 (Tabla 4), para cada variante en cada sub-objetivo (Tabla 5) y en la Tabla 6, la determinación del valor total mediante las expresiones sin ponderación y ponderadas, según los criterios de evaluación. De la comparación entre ellas, la variante 3 es la de mayor valor de evaluación (rating), con las dimensiones de las Figuras 3 y 4, y perfil de suelo en la Figura 5, la cual cumple con las exigencias técnicas y los parámetros agrotécnicos de la siembra de caña de azúcar en doble hilera establecidas anteriormente con: una zona de seguridad de 156 mm; distancia entre órganos de 600 mm; profundidad de trabajo del último órgano de 300 mm y 600 mm de ancho en la base del perfil transversal del surco.
La matriz morfológica de subfunciones y soluciones arrojo tres variantes difiriendo entre estas en cuanto a cantidad de hileras de órgano y en cuanto a la forma de variar el marco de siembra.
El implemento formado por una hilera de órgano y con posibilidad de variar el marco de siembra según el intercambio de las saetas (Variante 3) fue el seleccionado con un rating sin ponderación de 0,761 y con ponderación de 0,773.
La variante seleccionada posee una zona de seguridad de 156 mm; distancia entre órganos de 600 mm; profundidad de trabajo del ultimo órgano de 300 mm y 600 mm de ancho en la base del perfil transversal del surco. Cumpliendo con los parámetros agrotécnicos de la siembra de caña de azúcar en doble hilera.