(2)DOI: http://dx.doi.org/10.13140/RG.2.2.11085.03044
ARTÍCULO ORIGINAL
Determinación del costo energético de la cosecha mecanizada del arroz
Determination of the energy cost of mechanized harvesting rice
Dr.C. Alexander Miranda-Caballero,I Dr.C. Pedro Paneque-Rondón,II Ing. Natahali Abram-Ferro,III M.Sc. Yoel Ribet-Molleda,IV Ing, Felipe Santos-González,IV
IInstituto Nacional de Ciencias Agrícolas, Unidad Científico Tecnológica de Base “Los Palacios”, municipio Los Palacios, Pinar del Río, Cuba.
IIUniversidad Agraria de La Habana, Facultad de Ciencias Técnicas, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.
IIIInstituto de investigaciones de Granos, Artemisa, Cuba.
IVAgroindustrial de Granos “Los Palacios”. Municipio Los Palacios, Pinar del Río. Cuba.
RESUMEN
El previsible agotamiento de los combustibles fósiles y el daño irreversible que se ocasiona al medio ambiente, exige la adopción de nuevas estrategias en materia de energía. El objetivo del presente trabajo fue determinar el costo energético de la cosecha mecanizada de arroz y comparar el costo energético de los distintos anchos de trabajo de las máquinas cosechadoras más utilizadas (CLAAS DOMINATOR y NEW HOLLAND TC 57), en las condiciones de la Empresa Agroindustrial de Granos “Los Palacios”. Los resultados obtenidos posibilitaron conocer la estructura del costo energético total horario para las cosechadoras estudiadas, siendo la energía correspondiente al combustible, la que representa el mayor consumidor de todas las energías parciales con 70% (3 353 MJ/h), seguido de la energía en reparación/mantenimiento con un 15% (719 MJ/h), siendo despreciable lo secuestrado en lubricantes y mano de obra con un 3,4 %(168 MJ/h) y 0,1% (6 MJ/h) respectivamente. Las cosechadoras CLAAS DOMINATOR presentaron el mayor costo energético total por área trabajada (2 596 MJ/ha), pero a la vez alcanzaron el mejor costo energético total por masa cosechada (562 MJ/t), reafirmándose que son las más productivas. El costo energético más elevado por combustible consumido lo presentó la cosechadora NEW HOLLAND TC 57 con un 70% del total. Con la aplicación de estos resultados se logra en la Empresa Agroindustrial de Granos “Los Palacios” un ahorro considerable de combustible por campaña y se reducen las emisiones de gases de efecto invernadero.
Palabras clave: cosechadora, energía, combustible, masa cosechada, productividad.
ABSTRACT
The foreseeable depletion of fossil fuels and the irreversible damage to the environment requires the adoption of new strategies on energy. The aim of this study was to determine the energy cost of mechanized harvesting of rice and compare the energy cost of the most commonly used harvesting machines with different working widths (CLAAS DOMINATOR and NEW HOLLAND TC 57), under the conditions of the Grain Agribusiness Enterprise “Los Palacios”. The results made it possible to know the structure of the total hourly energy cost for the harvester machines studied, being the corresponding fuel energy the one which represents the largest consumer of all partial energies with 70% (3 353 MJ/h), followed by repairing / maintenance energy with 15% (719 MJ/h), being inconsiderable the sequestered in lubricants and workforce with 3.4% (168 MJ/h) and 0.1% (6 MJ / h), respectively. CLAAS DOMINATOR harvester machines had the greatest total energy cost per worked area (2 596 MJ/ha), but they also achieved the best overall energy cost per harvested mass (562 MJ/t), confirming they are the most productive ones. The higher energy cost per fuel consumed corresponded to NEW HOLLAND TC 57 harvester machine with 70% of the total. With the application of these results the Grain Agribusiness Enterprise “Los Palacios” achieve a considerable fuel saving per campaign and greenhouse gases emissions are reduced.
Key words: harvester machine, energy, fuel, harvested mass productivity.
INTRODUCCIÓN
En nuestro planeta la protección de los recursos naturales tiene por objetivo a corto plazo la disminución del consumo de combustibles fósiles y reemplazarlos por energías alternativas. Los altos costos de los derivados del petróleo en países cuya economía depende de la actividad agrícola han acelerado las investigaciones en el área energética y de explotación de todo tipo de maquinaria.
La evaluación energética es un proceso de análisis que consiste en la identificación y medida de las cantidades de energía secuestrada, asociada a los productos y equipos que intervienen en la producción de un determinado bien. Fluck (1992); Paneque et al.(2002); HaciseferoğUllari et al. (2003); Ozkan et al. (2004), describen una serie de análisis, como son: energía requerida y aportada (Input-Output) y otros procedimientos estadísticos, los primeros consisten en determinar la energía requerida por unidad de un bien, o servicio producido y los otros a partir de datos estadísticos.
Dentro de las investigaciones más actualizadas podemos resaltar: de las Cuevas et al. (2009, 2011), todas del tipo teórico-práctico, cuyo objetivo principal están orientadas a evaluar el costo energético de la maquinaria. Los tractores y máquinas agrícolas tienen un alto costo de adquisición y operación en términos monetarios ($/h, $/ha) y energéticos (MJ/h, MJ/ha). Por otro lado varias investigaciones han estudiado la eficiencia energética de los distintos sistemas de cultivo,la sostenibilidad en la agricultura, el mantenimiento agrícola al cosechar en suelos intensivamente cultivados, el costo energético por concepto de combustible,que representan un alto porcentaje del costo energético total de la producción en los sistemas de labranza a utilizar en la agricultura empresarial (Rawson y Gómez, 2001; Paneque y Prado, 2005; Meul et al., 2007; Fumagalli et al., 2011; Mohammadhossein et al., 2012).
En Cuba la cosecha del arroz es una operación que se realiza con ayuda de la maquinaria agrícola, lo que representa fuerte inversiones y gastos de combustibles; por tal razón la utilización racional de la energía es vital para asegurar el aumento de la producción de alimentos de forma eficiente y para mejorar la productividad.
Teniendo en cuenta la necesidad de aumentar la eficiencia de uso de la energía en la cosecha mecanizada del arroz el objetivo de este trabajo fue determinar el comportamiento del costo energético de la cosecha mecanizada de arroz y comparar el mismo en los distintos anchos de trabajo de las cosechadoras.
MATERIALES Y MÉTODOS
Todos los estudios de campo fueron llevados a cabo en la Empresa Agroindustrial de Granos “Los Palacios”, la cual está situada en la llanura sur de la provincia de Pinar del Río, específicamente a los 22 º 44’ de latitud norte y a los 83º 15’ de longitud oeste, a 60 m sobre el nivel del mar con pendiente del 1%, en un suelo Hidromórfico Gley Nodular Ferruginoso(Hernández et al., 1999). La investigación se desarrolló durante la campaña de cosecha de arroz 2013...2014.
Se utilizó la metodología para establecer el costo energético de ejecución de las operacionesejecutadas anteriormente por Paneque et al. (2002); Paneque y Prado (2005); Paneque y Soto (2007); Paneque y Sánchez (2006),apoyada por los antecedentes presentados por Stout (1990); Fluck (1992); Hetz y Barrios (1997). Esta metodología determina los costos energéticos totales de la operación agrícola mecanizada (MJ/h), adicionando la energía secuestrada en los materiales de construcción incluyendo la fabricación y transporte, combustible, lubricantes/filtros, reparaciones / mantenimientos, y la mano de obra necesaria para operar los equipos.
El costo energético total de la operación agrícola mecanizadaCEt (MJ/h), se calcula según la ecuación (1):
CEt= ESm+ESc+ES1+Esmr+ESmo (1)
donde:
ESm- energía secuestrada en los materiales, fabricación, y transporte, (MJ/h);
ESc- energía secuestrada en combustible, (MJ/h);
ESl- energía secuestrada en lubricantes/filtros, (MJ/h);
ESmr- energía secuestrada en reparaciones/mantenimiento, (MJ/h);
ESmo- energía secuestrada en mano de obra, (MJ/h).
La energía secuestrada en los materiales, fabricación, y transporte (ESm, MJ/h), se calcula utilizando la ecuación (2):
donde:
Gm- masa de la cosechadora, (kg);
EUm-energía por unidad de masa de la cosechadora, (MJ/kg);
VUm vida útil de la cosechadora, (h).
Los valores para Gmy VUm de la ecuación (2) son obtenidos de mediciones experimentales y de catálogos de los fabricantes, los valores de EU se toman de Stout (1990); Fluck (1992); Hetz y Barrios (1997); Paneque y Sánchez (2006) (Tabla 1).
La energía correspondiente al combustible utilizado (ESc) se calcula con el estándar propuesto por ASAE (1993), citados por Paneque y Sánchez (2006), según la expresión (3):
donde:
ge – consumo específico de combustible, L/(kW.h);
cM - nivel de carga del motor;
0,1– 0,4 faenas livianas;
0,4 – 0,7 faenas moderadas;
0,7 – 1,0 faenas pesadas. Se consideró este tipo de carga, cuyo valor de cM = 1,0;
Ec - energía específica del combustible (47,8 MJ/L, según lo propuesto por Fluck (1992).
La energía correspondiente a lubricantes / filtros y reparaciones/mantenimiento se calcula según lo propuesto por Fluck (1992), como 5% de la energía del combustible y 129% de la energía correspondiente a materiales / fabricación, respectivamente. El costo energético de la mano de obra se establece según lo propuesto por Fluck (1992).
Este costo energético total expresado en MJ/h fue transformado a MJ/ha y MJ/t utilizando la capacidad efectiva de trabajo de las máquinas y el rendimiento agrícola, usando las expresiones (4) y (5) respectivamente:
donde:
CEha – costo energético total de la operación agrícola mecanizada por unidad de área trabajada, MJ/ha;
CeT – capacidad efectiva de trabajo de las máquinas, h/ha. Se calcula por la expresión (6):
donde:
A – ancho de la máquina, m
v – velocidad de trabajo de la máquina, km/h
t - coeficiente de aprovechamiento del tiempo de la jornada laboral. Los valores de t se obtienen según la propuesta Paneque (1986); Ibañez (1994), citados por Paneque y Sánchez, (2006), donde t = 0,63.
CEt - costo energético total por unidad de masa procesada o toneladas procesadas, MJ/t;
Ra – rendimiento agrícola o del campo, t/ha. (Ra = 4,62 t/ha bajo condición de trabajo típico en la cosecha mecanizada).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Los resultados de los costos energéticos de las máquinas cosechadoras de arroz se pueden apreciar en la Tabla 2.
Analizando los valores obtenidos mediante la metodología utilizada se desprende el siguiente análisis de forma global: el costo energético horario (CEt) (MJ/h) aumenta de forma ascendente al aumentar el ancho de trabajo de la máquina. Sin embargo con respecto al costo energético por superficie (MJ/ha) y por masa procesada (MJ/t) se comportan de manera inversa, debido a que el costo por superficie disminuye por la mayor productividad de la máquina, y esto demuestra que el costo por área es independiente del tamaño de la máquina, ya que para un mismo rendimiento agrícola y para un aumento y disminución determinada del ancho de trabajo original de la máquina, la variación entre los costos por unidad de área se mantuvo constante en el rango de 90 % aproximadamente.
Los resultados obtenidos determinaron un amplio rango de variación para el costo horario, pero para el costo por área trabajada y por masa procesada se mantuvo constante, esto indica que el costo por unidad de área no depende del tamaño de la máquina porque aumentando o disminuyendo su tamaño el gasto de trabajo por superficie es relativamente el mismo. Y en la última columna se representa el porcentaje correspondiente al combustible consumido, siendo éste la energía más consumidora del total en la operación agrícola mecanizada.
En la Figura 1, se muestran los porcentajes por partida de los costos energéticos horarios (MJ/h) de las máquinas cosechadoras. Analizando las figura de forma global, se puede decir que la energía correspondiente al combustible (ESc), es la que mayor porcentaje presenta con un 70%, lo que indica que representa el mayor consumidor de todas las energías parciales, seguido de la energía correspondiente a mantenimiento/reparación (ESmr) que alcanzó un 15%, siendo despreciable lo secuestrado en lubricantes/ filtros (ESl) y mano de obra (ESmo) sus valores están representados en la propia figura.
En la Tabla 3, se presentan los costos energéticos de las máquinas cosechadoras. Haciendo un análisis de los valores, la cosechadora más consumidora de energía fue la CLAAS DOMINATOR con un valor medio de 2 596 MJ/ha, pero es la que mejor costo energético total (CEt) por masa procesada presenta, con un valor de 562 MJ/t, logrando un productividad aproximada de 1,13 ha/h (6 t/h), y la menos consumidora fue la New Holland TC-57 con 1 867 MJ/ha, pero presenta los valores más bajos del costo por masa procesada con 404 MJ/t, debido a su ineficiencia energética, representando el 70% del costo total medio por el consumo de combustible, para los tres ancho de trabajo estudiados.
CONCLUSIONES
-En la estructura del costo energético total horario para las dos cosechadoras la energía correspondiente al combustible (ESc) representa el mayor consumidor de todas las energías parciales, seguido de la energía correspondiente a mantenimiento/reparación (ESmr), siendo despreciable lo secuestrado en lubricantes/filtros (ESl) y la mano de obra (ESmo).
-La cosechadora más consumidora de energía fue la CLAAS DOMINATOR con un valor medio de 596 MJ/ha, pero es la que mejor costo energético total (CEt) por masa procesada presenta, con un valor de 562 MJ/t, logrando un productividad aproximada de 1,13 ha/h (6 t/h), y la menos consumidora fue la New Holland TC-57 con 1 867 MJ/ha, pero presenta los valores más bajos del costo por masa procesada con 404 MJ/t, debido a su ineficiencia energética, representando el 70% del costo total medio por el consumo de combustible, para los tres ancho de trabajo estudiados.
NOTA
*La mención de marcas comerciales de equipos, instrumentos o materiales específicos obedece a propósitos de identificación, no existiendo ningún compromiso promocional con relación a los mismos, ni por los autores ni por el editor.
BIBLIOGRAFÍA
ASAE: Agricultural engineers yearbook of standards, [en línea], Ed. American Society of Agricultural Engineers, St. Joseph, USA, 1993, Disponible en: https://catalog.hathitrust.org/Record/009533406, [Consulta: 29 de septiembre de 2016].
DE LAS CUEVAS, M.H.R.; RODRÍGUEZ, H.T.; PANEQUE, R.P.; DÍAZ, Á.M.: “Costo energético del rodillo de cuchillas CEMA 1400 para cobertura vegetal”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 20(3): 53-56, septiembre de 2011, ISSN: 2071-0054.
DE LAS CUEVAS, M.H.R.; RODRÍGUEZ, H.T.; PANEQUE, R.P.; HERRERA, P.M.I.: “Software para la determinación de los costos energéticos y de explotación de las máquinas agrícolas”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 18(2): 78–84, 2009, ISSN: 1010-2760.
FLUCK, R.C.: “Energy in World Agriculture”, [en línea], En: Energy in Farm Production, Ed. Elsevier, vol. 6, Amsterdam, 1992, ISBN: 978-0-444-88681-1, Disponible en: http://www.sciencedirect.com/science/book/9780444886811, [Consulta: 22 de septiembre de 2016].
FUMAGALLI, M.; ACUTIS, M.; MAZZETTO, F.; VIDOTTO, F.; SALI, G.; BECHINI, L.: “An analysis of agricultural sustainability of cropping systems in arable and dairy farms in an intensively cultivated plain”, European Journal of Agronomy, 34(2): 71-82, febrero de 2011, ISSN: 1161-0301, DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.eja.2010.11.001.
HACISEFEROĞULLARI, H.; ACAROĞLU, M.; GEZER, I.: “Determination of the Energy Balance of the Sugar Beet Plant”, Energy Sources, 25(1): 15-22, enero de 2003, ISSN: 0090-8312, 1521-0510, DOI: http://dx.doi.org/10.1080/00908310290142073.
HERNÁNDEZ, J.A.; PÉREZ, J.M.; BOSCH, D.; RIVERO, L.; CAMACHO, E.; RUÍZ, J.; SALGADO, E.J.; MARSÁN, R.; OBREGÓN, A.; TORRES, J.M.; GONZÁLES, J.E.; ORELLANA, R.; PANEQUE, J.; RUIZ, J.M.; MESA, A.; FUENTES, E.; DURÁN, J.L.; PENA, J.; CID, G.; PONCE DE LEÓN, D.; HERNÁNDEZ, M.; FRÓMETA, E.; FERNÁNDEZ, L.; GARCÉS, N.; MORALES, M.; SUÁREZ, E.; MARTÍNEZ, E.: Nueva versión de clasificación genética de los suelos de Cuba, Ed. AGROINFOR, La Habana, Cuba, 64 p., 1999, ISBN: 959-246-022-1.
HETZ, E.; BARRIOS, A.: “Reducción del costo energético de labranza/siembra utilizando sistemas conservacionista en Chile”, Agro-Ciencia, 13(1): 41–47, 1997, ISSN: 0716-1689.
MEUL, M.; NEVENS, F.; REHEUL, D.; HOFMAN, G.: “Energy use efficiency of specialised dairy, arable and pig farms in Flanders”, Agriculture, Ecosystems & Environment, 119(1-2): 135-144, febrero de 2007, ISSN: 0167-8809, DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.agee.2006.07.002.
MOHAMMADHOSSEIN, R.; AMIN, W.; HOSHANG, R.: “Energy Efficiency of Different Tillage Systems in Forage Corn Production”, International Journal of Agriculture and Crop Sciences, 4(22): 1644-1652, 2012, ISSN: 2227-670X.
OZKAN, B.; KURKLU, A.; AKCAOZ, H.: “An input–output energy analysis in greenhouse vegetable production: a case study for Antalya region of Turkey”, Biomass and Bioenergy, 26(1): 89-95, enero de 2004, ISSN: 0961-9534, DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0961-9534(03)00080-1.
PANEQUE, R.P.; FERNANDES, H.C.; DONIZETTE, O.A.: “Comparación de cuatro sistemas de labranza/siembra en relación con su costo energético”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 11(2): 1–6, 2002, ISSN: 1010-2760.
PANEQUE, R.P.; PRADO, P.Y.: “Comparación de tres sistemas agrícolas en el cultivo del fríjol”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 14(3): 42–49, 2005, ISSN: 1010-2760.
PANEQUE, R.P.; SÁNCHEZ, R.Y.: “Costo energético de la cosecha mecanizada del arroz en Cuba”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 15(1): 19–23, 2006, ISSN: 1010-2760.
PANEQUE, R.P.; SOTO, L.D.: “Costo energético de las labores de preparación de suelo en Cuba”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 16(4): 17–21, 2007, ISSN: 1010-2760.
RAWSON, H.M.; GÓMEZ, M.H.: “Notas sobre dos sistemas de labranza”, [en línea], En: Trigo regado, Ed. FAO, Roma, Italia, 2001, ISBN: 92-5-304488-8, Disponible en: http://www.fao.org/docrep/006/x8234s/x8234s0c.htm, [Consulta: 22 de septiembre de 2016].
STOUT, B.A.: Handbook of energy for world agriculture, [en línea], Ed. Elsevier, 1.a ed., London - New York, 504 p., OCLC: 19589954, 1990, ISBN: 978-1-85166-349-1, Disponible en: https://www.elsevier.com/books/handbook-of-energy-for-world-agriculture/stout/978-1-85166-349-1, [Consulta: 22 de septiembre de 2016].
Recibido: 27/12/2015
Aprobado: 08/07/2016
Alexander Miranda-Caballero, Investigador Titular, Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas, Unidad Científico Tecnológica de Base “Los Palacios”, Carretera a Sierra Maestra, municipio Los Palacios, Pinar del Río, Cuba. Email: alex@inca.edu.cu
(3)
(4)
(5)
(6)
