INTRODUCCIÓN

La producción agrícola depende en gran medida del consumo de energía, específicamente en las labores agrícolas, por lo que deben realizarse con la máxima calidad, con un estricto cumplimiento de las exigencias agrotécnicas y con el propósito de optimizar los costos económicos y energéticos, debido a su gran influencia en los rendimientos y en los costos de producción (González, 1993).

Se incrementó gradualmente en la década del 80, con el empleo de tractores de alta potencia, instalaciones de riego y abundante uso de productos agroquímicos, característicos de una agricultura para la producción intensiva de alimentos. Después del derrumbe del campo socialista a principios de la década de los 90, Cuba se enfrentó a una crisis económica debido a que se perdieron las relaciones con la URSS, esto trajo consigo un déficit alimentario, de materiales y maquinarias, que obligó al país a retomar la tracción animal como fuente fundamental en la agricultura (Carrobello y Díaz, 1998).

Galindo (2000)¹, durante la evaluación técnico-económica del transporte de caña, mediante tracción motorizada y animal, refiere que en términos de costos económicos, la tracción animal es un 50% más barata que la motorizada y en términos de costos energéticos es un 97% menor. Sin embargo estas consideraciones no tienen en cuenta la subutilización de la fuente energética motorizada al evaluar un tractor de 59 kW (80 hp) para el tiro de 1,5 t de caña a una distancia de 1,2 km.

García de la Figal et al. (2012), evalúan los costos de explotación, económicos y de energéticos comparando tractor y yunta de bueyes para varios cultivos, pero no tiene en cuenta los costos económicos y energéticos en producir una yunta.

En otras investigaciones realizadas por de las Cuevas et al. (2009a), Mena (2007), Álvarez et al. (2006), y García de la Figal et al. (2012), se brindan datos empíricos y por cálculo de los costos de explotación, energéticos y económicos para la tracción con animales y tractores con diferentes aperos, condiciones de campo, cultivo y tipo de labor, entre otros, pero no se precisa los costos económicos y energéticos en producir un buey; Vargas et al. (2014), lo determina para las condiciones de Cuba; sin embargo; no se ha evaluado la tracción motorizada y la animal teniendo en cuenta los costos horarios en producir una yunta de bueyes, ni los costos horarios por alimentación de la misma.

Con el objetivo de determinar qué tipo de tracción es más eficaz, con animales de tiro con tractor -cual incurre en menos gastos económicos y energéticos y muestra mejores parámetros de explotación-, en la Finca “Las Papas” del Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA) se evaluó comparativamente los parámetros de explotacióny los costos económicos y energéticos en la labor de cultivar entre los conjuntos BELARUS 510-cultivador “Camajuaní” y Yunta de Bueyes -cultivador “Criollo” en suelo Ferralítico rojo para el cultivo del frijol con tres y un órganos de trabajo, respectivamente.

MÉTODOS

Métodos para la determinación de los costos económicos en el cultivo del frijol

En las labores agrícolas los costos de producción se consideran de vital importancia, la disminución de estos depende en gran medida de la correcta utilización de la técnica para la ejecución de las labores. La evaluación de los costos directos de explotación Gde se realizó entre los dos conjuntos de maquinaria en estudio y se calcula según la norma cubana
(NC 34-38: 2003 y García de la Figal, 2008).

Métodos para la determinación de los costos energéticos en el cultivo del frijol

Se utilizó la metodología para establecer los costos energéticos de ejecución de la operación propuesta por Bridges y Smith (1979), presentada por Hetz y Barrios (1997), y apoyada por los antecedentes presentados por ASAE (1993), Fluck (1992), Stout (1990), y de las Cuevas et al. (2009b). 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.

Metodología para el cálculo de la energía horaria gastada total (E_tt) del tractor-apero

Los costos energéticos horarios totales de la operación agrícola mecanizada con tractor-cultivador, se calculan según la ecuación:

ETt = (E_mt + E_ct + E_lt + E_mrt + E_mot + E_matt ), MJ/h    (1)

donde:

E_mt-energía secuestrada en los materiales, fabricación y transporte, MJ/h;

E_ct -energía secuestrada en combustible, MJ/h;

E_lt-energía secuestrada en lubricantes y filtros, MJ/h;

E_mrt -energía secuestrada en reparaciones y mantenimiento, MJ/h;

E_mot -energía secuestrada en mano de obra, MJ/h;

E_matt-energía secuestrada de materiales gastables en procesos tecnológicos agrícolas en cuestión,MJ/h.

La energía secuestrada E_mt, se calcula según la expresión:

E_mt = G_tt * EU_t / VU_t + G_ta * Eu_a / VU_a, MJ/h (2)

donde:

G_tt, G_ta -masa del tractor y la máquina agrícola, respectivamente, kg;

EU_t, EU_a -energía por unidad de masa del tractor y la máquina agrícola, respectivamente, MJ/kg;

VU_t, -vida útil del tractor y el apero, respectivamente, h.

Los valores para G_tt y G_ta fueron obtenidos de la literatura que entregan los fabricantes, los valores de EU_t, se obtuvieron a partir de los criterios expuestos por Fluck (1992), y los valores de VU_t según Paneque (1986), citados por De las Cuevas et al. (2009b).

La energía correspondiente al combustible utilizado, E_c, se calcula con el estándar propuesto por ASAE (1993), y Paneque (1986), citado por De las Cuevas et al. (2009b), según la ecuación:

E_ct = G_e * E_e, MJ/h (3)

donde:

G_e-consumo real de combustible por hora, L/h;

E_e-energía específica del combustible, MJ/L.

La energía correspondiente a lubricantes/filtros, E_l y reparaciones/mantenimiento E_mr, se obtiene según lo propuesto por Fluck (1985) y posteriormente calculado por Hetz y Barrios (1997), los que consideran un 5% para la energía del combustible y 129% para la energía correspondiente a materiales/fabricación.

El costo energético de la mano de obra, E_mo, se calcula según lo propuesto por Laptev (1987), donde se considera un coeficiente de gasto energético K, en kcal/kg∙h, en función de la masa, edad, género y actividad física, para cada tipo de operación según la cantidad de trabajadores, mediante la expresión:

E_mo = K_i * Mchi, MJ/h (4)

donde:

K_i-coeficiente de gasto energético, kcal/kg∙h;

Mch_i-masa corporal del trabajador agrícola, kg.

La energía secuestrada E_mat, se calcula por:

E_mat = N * W * MEm, MJ/h (5)

donde:

EMm -energía unitaria del material gastable en el proceso tecnológico agrícola por unidad de masa del mismo, MJ/kg,

N -norma del material gastable en el proceso tecnológico agrícola, kg/ha,

W- productividad del proceso, según NC 34-37: 2003, ha/h.

Los costos energéticos totales (E_Tt), expresados en MJ/h fueron transformados a en MJ/ha, utilizando la productividad del conjunto tractor- máquina ESt, mediante la expresión:

E_St = E_Tt / W, MJ/ha (6)

donde:

W -productividad del conjunto tractor- máquina, ha/h.

Los valores de W y de se calculan mediante los programas informáticos desarrollados por de las Cuevas et al, (2007)³

Como analogía entre fuentes energéticas con tractor y tracción animal, se calcula la energía gastada total horaria. Se utilizó la metodología para establecer los costos energéticos de ejecución de la operación presentada por Hetz y Barrios (1997) para tractores y MINAG (2007) para la tracción animal. Esta metodología determina los costos energéticos totales de la operación agrícola con yunta MJ/h, adicionando la energía secuestrada en producir el conjunto incluyendo la fabricación y transporte, reparaciones/mantenimientos, y la mano de obra necesaria para operar el proceso.

Metodología para el cálculo de la energía horaria gastada total (E_Ty) de la yunta de bueyes-apero

Se determina la energía secuestrada total de la tracción animal, por la siguiente expresión:

E_Ty = E_produce + E_{m implement} + E_tya + E_mr + E_mo + E_mat, MJ/ha (7)

donde:

E_producir-energía horaria para producir una yunta de bueyes, MJ/h; el valor de E_producir, se obtuvo a partir de los criterios expuestos por Vargas (2014).

E_mapero-energía horaria en los materiales, fabricación y transporte del apero,MJ/h;

E_tya -energía horariade la yunta referente al alimento suministrado para realizar el trabajo, MJ/h;

E_mr -energía horaria por los mantenimientos y reparaciones del apero: 129 % de E_mapero, MJ/h;

E_mo-energía horaria en mano de obra según la expresión (4), MJ/h;

E_mat-energía horaria de los materiales gastables en procesos tecnológicos agrícolas en cuestión, según la expresión (5), MJ/h.

La energía secuestrada de los materiales de fabricación y transporte del apero, E_mapero, se determina mediante la expresión:

E_{m implement} = Gt_a∙EU_a/VU_a, MJ/h,    (8)

donde:

G_ta -masa del apero, kg;

EU_a -energía por unidad de masa del apero agrícola, MJ/kg;

VU_a -vida útil del apero, h.

Para determinar la energía secuestrada por los mantenimientos y reparaciones del apero, se empleará básicamente la energía secuestrada en los materiales de fabricación y transporte de este en cuestión, mediante la siguiente expresión:

E_mr = 1.29 * ES_{m implement}, MJ/h (9)

El costo energético total horario (E_Ty), expresado en MJ/h, fueron transformado a costo energético secuestrado (E_Sy), enMJ/ha, utilizando la productividad del conjunto yunta- apero, mediante la expresión:

E_Sy = E_Ty / W, MJ / ha  (10)

Metodología para el cálculo de energía consumida por la yunta

La energía consumida por la yunta (E_tya) es la suma de la energía gastada por cada bueycomo se muestra en la expresión:

E_tya = 2. Eal/ox, Mcal/day (11)

La energía del pasto por masa seca MJ/kgMS, se obtiene según el criterio de Fundora (2006), y contrastado con Fundora (2006); mientras otros autores afirman que el coeficiente de necesidad de masa de alimento, kgMS, por unidad de masa de los animales, kgPV, es de 0,025 a 0,03, kgMS/kgPV (Calzadilla, 1999).

Para determinar el por ciento de masa seca que contiene el pasto (% MS), este se cortó en fragmentos pequeños de 30 muestras frescas de 100 g cada una, se secó en una estufa, calculándose por la expresión:

% MS = Mf / Mi (12)

donde:

M_f-muestra final, g;

M_i- muestra fresca inicial, g.

La energía gastada por cada buey,,, se determina mediante la expresión:

Eal / ox = MSp . Eqa, Mcal/day (13)

MSp-masa de materia seca consumida por un buey en un día, kg MS/día;

Eqa-coeficiente nutritivo del alimento, MCal/kg MS.

La masa de materia seca MSp, kgMS/día,se calcula por la expresión:

                                 MSp = (M_of - M_reject) % MS, kg DM/day (14)

La materia fresca ofertada , se determina por la expresión:

M_of = 4.A_past (m_1i . n₁ + m_2i . n₂ + m_3i . n₃ + m_4i . n₄ + m_5i . n₅)/n, kg (15)

donde:

m₁-masa promedio de todas las muestras de porte bajo, kg;

m₂-masa promedio de todas las muestras de porte medio bajo, kg;

m₃-masa promedio de todas las muestras de porte medio, kg;

m₄-masa promedio de todas las muestras de porte medio alto, kg;

m₅-masa promedio de todas las muestras de porte alto, kg;

n₁-cantidad de muestras de porte bajo;

n₂-cantidad de muestras de porte medio bajo;

n₃-cantidad de muestras de porte medio;

n₄-cantidad de muestras de porte medio alto;

n₅-cantidad de muestras de porte alto;

n-total de muestras.

La materia fresca rechazada o no consumida por el animal se calcula por la expresión:

M_rejec = (4.A_past – n)(m_1i . n₁ + m_2i . n₂ + m_3i . n₃ + m_4i . n₄ + m_5i . n₅)/n, kg (16)

El porciento de utilización del pasto,% UP,se calcula por la relación existente entre el rechazo y la oferta, según la siguiente expresión:

%UP=(M_of- M_rejec)/M_of (17)

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Análisis del costo energético en alimento por la yunta según área laborada

En la Tabla 1 se muestran 30 días de experimentos para cada buey en cuanto al área trabajada, consumo de masa fresca en pasto y su respectiva equivalencia energética. Los días 3; 8; 13; 18 y 27 corresponden a los días no trabajados.

En la Tabla 2 se muestra los datos calculados de energía total consumida sin actividad agrícola, la energía consumida diaria con actividad agrícola, la superficie trabajada, así como la energía secuestrada de la yunta en los 25 días de trabajo. Se obtuvo como promedio un consumo de 36,91 Mcal/día, necesario para mantener sus necesidades metabólicas, aspecto a tener en consideración ya que es una energía que se consume sin respaldo en producción agrícola.

En la Figura 1 se muestra el análisis de regresión entre los valores experimentales obtenidos de energía consumida Ealim/b, y área trabajada por cada buey A, ha, donde se obtuvo un modelo polinomial de segundo orden; el cual se muestra en la expresión con un coeficiente de correlación del 96,1%. Del análisis de varianza realizado al modelo se obtuvo que hay relación estadísticamente significativa entre las variables al encontrarse el p-valor por debajo de 0,01.

La energía horaria de la yunta referente al alimento suministrado para realizar el trabajo E_tya, tuvo un valor promedio de 13,37 Mcal/h equivalente a 55,89 MJ/h.

Análisis y evaluación de los resultados de los costos de explotación, económicos y energéticos para el cultivo del frijol

Los valores de los parámetros iniciales necesarios para los cálculos de los costos de explotación, económicos y energéticos en la labor de cultivo del frijol, se procesaron en los programas de computación TECEXP y CEE (De las Cuevas et al., 2009a).

Análisis de los tiempos de explotación de los dos conjuntos en estudio del cultivo de frijol en el campo

En la Figura 2 se muestran los resultados de los tiempos de explotación, obtenidos después de realizado el cálculo, donde el conjunto tractor-cultivador supera al conjunto yunta-cultivador, en el trabajo limpio, es 6 % mayor aumentando así la productividad en 3,47 veces en una jornada de campo, el tiempo auxiliar es ocho porcentaje mayor, provocando retardo en la operación. Para el tiempo del mantenimiento técnico, el primer conjunto es dos (2) veces menor que el segundo, dado que este presenta menos operaciones a realizar. En el tiempo de la eliminación de los fallos no se presentó prácticamente cambio, con relación al descanso del personal de servicio no varía significativamente, para el traslado en vacío es dos veces menor debido a que el tractor es más rápido que los bueyes, el mantenimiento técnico diario es cero porque no se realiza ésta función, en las paradas por causas ajenas es 8 % menor, ya que en el primer caso no se presentaron problemas y en el segundo sí.

Análisis comparativo de la productividad en la labor de cultivo del frijol

 Al comparar la productividad de campo del conjunto BELARUS 510-cultivador “Camajuaní” y del conjunto yunta-cultivador “Criollo” (Tabla 3), se obtiene un valor de 0,7 y 0,2 ha/h, respectivamente, la velocidad promedio del primer conjunto de 1,19 ± 0,0374 m/s, teniendo un ancho de trabajo de 2,19 ± 0,0176 m y un aprovechamiento de la jornada laboral de 0,77. No comportándose así para el segundo conjunto siendo, la velocidad de 1,03 ± 0,0735 m/s, con un ancho de trabajo para la tracción animal de 0,73 ± 0,0119 m y un aprovechamiento de la jornada laboral de 0,80. No existe diferencia significativa estadísticamente, para la velocidad y la profundidad con un 95 % de confianza. Comparando la productividad total se tiene que es 4,23 veces mayor, por tanto si se tiene el tractor adecuado para el apero existente o viceversa se pueden obtener mejores resultados.

Análisis comparativo de los costos de explotación, económicos y energéticos en el cultivo del frijol

 En la Tabla 4 se muestran los valores obtenidos de energía gastada horaria por cada una de las variables definidas en la expresión 7, apreciándose que el costo energético horario por concepto de alimentación (E_tya) y por concepto de producir la yunta (E_producir) representan aproximadamente el 45 y 4% (55,89 y 5,55 MJ/h) del total de , respectivamente; aspectos que no han sido utilizado por otros autores (Galindo, 2000; González, 2009; García de la Figal, 2012) minimizando el valor real de la energía horaria total (E_Ty) invertida durante este tipo de evaluación para tracción animal. En esta evaluación de labor de cultivo no se utilizó ningún tipo de materiales gastables como: fertilizante, semilla u otros; por lo que misma (E_mat) no se consideró en el cálculo.

Después de realizado los cálculos necesarios se tiene que el conjunto tractor-cultivador con tres órganos de trabajo en una jornada de 4 h puede cultivar 2,91 ha, mientras que la yunta-cultivador con un órgano trabajando 4 h realizaría 0,36 ha, para dicho cultivo.

Sin embargo como el tractor Belarus 510 está subutilizado para esta labor, se realizó un cálculo teórico con un tractor de menor potencia al precio actual del mercado internacional (capaz de laborar con tres órganos en cada pase) y se comparó con los dos en estudio. El menor costo económico transferido corresponde al tractor de pequeña potencia con un valor de 10,01 peso/ha ahorrándose el 34% y 48%, respecto al Belarus 510 y la Yunta, respectivamente. El menor costo energético transferido también corresponde al tractor de pequeña potencia con un valor de 194,33 MJ/ha ahorrándose el 49% y 58%, respecto al Belarus 510 y la Yunta de Bueyes, respectivamente. Ver Tabla 5 y Figura 3. Mientras que el mayor costo de energía se refleja en el tractor de pequeña potencia con un valor de 0,05 peso/MJ.

CONCLUSIONES

-Los conjuntos tractor BELARUS 510-cultivador “Camajuaní”, la yunta de bueyes-cultivador “Criollo” y tractor de pequeña potencia-cultivador “Camajuaní”, para el cultivo del frijol alcanzan los valores siguientes: El menor costo económico transferido corresponde al tractor de pequeña potencia con un valor de 10,01 peso/ha ahorrándose el 34% y 48%, respecto al Belarus 510 y la Yunta, respectivamente. El menor costo energético transferido también corresponde al tractor de pequeña potencia con un valor de 194,33 MJ/ha ahorrándose el 49% y 58%, respecto al Belarus 510 y la Yunta de bueyes. Mientras que el mayor costo de energía se refleja en el tractor de pequeña potencia con un valor de 0,05 peso/MJ.

-El conjunto tractor-cultivador supera al conjunto yunta-cultivador, en el trabajo limpio, es 6% mayor aumentando así la productividad en 3,47 veces en una jornada de campo.

-Los costos energéticos horarios por concepto de alimentación de pasto fresco para yunta en labores agrícolas,  sobre la base de la metodología específica desarrollada para tal fin, asciende a 55,89 MJ/h, en las condiciones de la finca “Las Papas” y existe una  tendencia polinomial de segundo orden entre la energía consumida en pasto por los bueyes y el área laborada alcanzando valores de 149,13  Mcal/ha.