REVIEW

  

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Mechanized Harvest of Rice: Experiences and Challenges


ABSTRACT

In Cuba, the rice harvest is an operation that is carried out with the help of agricultural machinery, which represents strong investments. For this reason, the dynamics of the production process requires that the harvesting machines be in perfect technical condition during this period, because of that it is necessary to properly organize and plan the maintenance and repair system to ensure the increase of productivity efficiently. In the present work, the main results and experiences obtained in the research carried out during the mechanized harvesting of rice in Los Palacios Agribusiness Company of Grains in Pinar del Río Province, are stated. That was made to serve as a basis for decision making during the harvest of this precious grain; if one takes into consideration the large number of harvesters of different models that have been introduced in the country in recent years.

Keywords: 

Machinery; productivity; efficiency; operation; maintenance.

 


The rice harvest has very particular characteristics, such as large amount of green matter, very abrasive grain, humid and delicate, which added to the difficulties of the machinery transit due to the poor sustainability of the soil, often under conditions of high degree of humidity; make this work a more complex task than in other crops. This situation causes greater possibilities of finding high losses in the harvesting process (Miranda et al., 2002, 2003; De la Cruz et al., 2013).

In Cuba, losses during rice harvest can reach values up to 30%. It can be due to excess of weeds, action of microorganisms, split grains or very wet grains, deficiency in the planning of the harvest and different regulations of harvesters when grains are maintained with a moisture content higher than 13%, which can make the loss of whole lots (De Datta, 1986; García, 2004).

The development of the mechanization of rice harvest has had a great boom in the last 50 years. There are capitalist countries with a high degree of agricultural mechanization that have the greatest part of their agricultural areas fully mechanized, which has caused a difficult economic-social situation. However, there are still countries with a low degree of mechanization (Miranda et al., 2004, 2005; García y León, 2010; Castell et al., 2015).

Over the last few years, the collection machinery has undergone numerous technical innovations aimed mainly at increasing its work capacity. There have been several investigations related to the mechanization of the crop, harvest, maintenance of harvesters and energy cost of the mechanized harvest (Paneque and Sánchez, 2006; Paneque et al., 2009; Miranda et al., 2016; Crespo et al., 2018). The construction of a harvester is intended to produce a machine of high working capacity, versatility, great quality, comfort and easy maintenance (Miranda et al., 2003; Herrera et al., 2011). In today's world, the competitiveness of companies producing agricultural machines is growing, the trend of designers and manufacturers is to obtain harvesters with higher productivity, reliable and with a minimum use of metal, that is, more efficient machineries (Miranda et al., 2016).

In the present work, the main results and experiences obtained in the investigations carried out during the mechanized harvesting of rice in Los Palacios Agribusiness Company of Grains in the Pinar del Río Province are shown. They are stated in order to serve as a basis of the decision making for the harvest of this precious grain, given the large number of harvesters of different models that have been introduced in the country in recent years.

At the global level, there are basically two technologies for cereal harvesting: cereal harvest by phases and direct harvesting of the cereal.

The harvest of cereal by phases, as the name indicates, is carried out in two phases. The first: the phase of cutting and swathing, in which cutting platforms are used (mowing machines). The second phase is the collection, threshing and cleaning. This is done with threshing machines. This technology of harvesting is used in places where the propagation of weeds is abundant in the crop, where there are very high humidity levels, where the ripening period is not uniform and the growing season is short not allowing the grain to fully mature. Therefore, it is more effective to make the swathing of the harvested product to achieve a faster drying and its subsequent storage is appropriate.

The direct harvest of cereals is based on integrating the cutting, threshing, cleaning and delivery of the grain to the means of transport, all in a continuous technological process carried out by a harvester. For this technology, according to Griffin (1973), the recommended cutting height should maintain a grain-to-straw ratio of 1.0... 1.5, which in turn is a function of the density of plants per m2 and the humidity of the grain is around 18 to 25%. Grain losses should not exceed 4% and impurities 8% (Minag, 2014). The speed of advance must also be adjusted; normally, it is, 4.0... 5.6 km / h, depending on the conditions of the crop and the terrain. The grain loss should be less than 1%, in the cut and concave bars, respectively.

In Cuba, the direct harvesting with harvesters is generally used, but due to the soil conditions and the equipment involved in the process, different methods are used to organize it, which have been previously described by authors such as García (2004) and Miranda (2006), specifically in the conditions EAIG "Los Palacios":

  • The first method is the one used in the rainy season, when the land is hydraulically saturated and it is impossible to enter the transportation means to the field in harvest, so they are used to transport the rice, self-propelled hoppers (tractolva), which use mats as a rolling element. During harvesting, the harvester stores the grain in the hopper. When the filling sensor gives the signal that, the hopper has completed its capacity, the combine stops the cut and the tractolva goes to it, to receive the harvested grain. After having completed its filling, it returns to the road or guardaraya, where the means of transport await for the delivery of the grain (Figure 1). This method has the disadvantage that the time to discharge the harvested grain to the means of transport and the time of movement of the tractolva within the field are very high, so the process is delayed.

  • The second method is the one used when there is no tractolva and the conditions of the fields in harvest do not allow the entry of the means of transport. In this method, the harvester, after filling the hopper, interrupts the cut and goes to the head of the field where the means of transport for unloading the grain are located (Figure 2a). In this method, the harvester loses harvest time due to the delivery of the grain to the means of transport in the road. That stops the flow of the mechanized complex, since the main element of the harvest-transport process interrupts the operation to supply the means of transport the harvested grain.

  • The third method is used mainly during the dry season, where the soil conditions allow the transportation of the crops to the field when they are harvested. In this variant to transport the grain to the trailers, the NEWHOLLAND moving tractor on tires or other tractor whose characteristics allow it, are used. This tractor forms trains of two or three trailers that are moved to the interior of the field in harvest, placing them as close as possible to the harvesters, so that, when they are fully filled, the grain harvested can be unloaded. After the trailers are full, the moving tractor transports them to the road, where they leave them and load the rest. This operation is repeated until the train is formed of two, three or four trailers that are taken to the reception center (Figure 2b).

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FIGURE 1. 

Harvest method where tractolva is used. Source: Miranda (2006).

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FIGURE 2. 

Harvesting methods where tractolva is not used: a) in hydraulically saturated soils; b) in soils with low humidity. Source: Miranda (2006).

This method in rainy season is difficult, because the trailers are stuck, and it is difficult to haul in them by the moving tractors, this causes a great loss of time, affecting the productivity of the process.

In any of the three methods, after the trailers are placed on the road, they are hitched up to each other, to form trains of two, three and even four trailers. Then, the tractors pull these tow trains and transfer them to different drying centers of the Agroindustrial Grain Company (EAIG). They travel long distances through different vials, usually in bad conditions. In the reception center, the trailers, which are heavy, are unhitched from the tractor and are transported, one by one, to the place where the control of the quality is made and later the unloading of the grain is realized by another tractor that provides this service.

This variant of movement of the sets inside the drying centers is not feasible, because there is a loss of time in terms of transport. Therefore, it is advisable to have a moving tractor in the reception center, with the purpose of depersonalizing the tractor of its trailers, that is, the tractor arrives at the drying center, leaves the trailers full and returns with those that are empty left by another tractor (Betancourt y Bullaín, 2007).

The harvest-transport operations of rice form a productive chain, where each of its component links guarantees the correct development of the process. That makes the harvest, a complex where the interaction of each one of the elements allows the normal development of the different operations (Morejón, 2009; Iglesias et al., 2012; Morejón et al., 2012).

In Cuba, the machinery that participates in the rice harvest belongs to a specific Agroindustrial Grain Company and is grouped into mechanized complexes, which in turn make up the productive links of the harvest, an aspect that allows for better attention to the organizational, technical and technological problems that arise during the productive process.

The structure and composition of the productive link of harvest is one of the fundamental aspects that predetermine the efficiency of the technological process of the rice harvest.

Among the causes that make the post-harvest operations of rice more expensive, the transportation of the product from the field in harvest to the center of reception of the grain has a marked influence. The costs corresponding to transportation work can amount from 40 to 60% of the total costs of the harvest process. It is essentially due to the productivity of the harvester, the capacity of the means of transport, the distances to travel to the reception center, the type and conditions of the roads and the waiting times that arise during the harvest-transport-reception process. All this results in low stability of the flow of the technological process and its cost (Morejón, 2016).

For the exploitation of the harvesters and technical means involved in the rice harvesting-transport process, a group of measures prior to cutting are oriented (Ribet, 2012). They are aimed at achieving maximum use of the resources available during the rice campaign, but the exact work patterns to be followed by the harvesters are not precise, depending on the type of field. However, the diversity in the typification of rice fields affects the productivity of the system due to the differences in length and width of them, which means that greater or smaller amount of turns are made in the head of fields and, therefore, the productivity of the harvesters is affected.

In practice, different types of turns are used, as shown in Figure 3 a, b and c. These are characterized by the length of the turn, the number of actions on the organs of direction of movement of the machine (in connecting and disconnecting clutches of lateral friction in turning the guide wheels) and by the minimum width of the swath of turns (González, 1993).

The most used turns during the rice harvest are in besanas*and circular with 900 turns in the engineering systems and 1800 in the traditional systems.

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FIGURE 3. 

Schemes of movement and turns of the harvesters in the rice harvest a) Circulate with turns of 900, in besanas; b and c) circulate with turns of 1800 with Shuttle and circular. Source: (González, 1993).

As it is known, the prolongation of the agrotechnical periods of sowing, attention and harvest of the crops bring with them great losses in the harvest of the crops (Miranda et al., 2010a).The reduction of work periods in the field can be achieved by increasing the number of machines or increasing their productivity. Of all the points of view, the most favorable way is the second one, that is to say, by means of increasing the productivity of the machines and sets that carry out the agricultural work.

The rational use of the shift time of the machines represents a great reserve of the increase of the productivity of these. During the work of a machine or a complex of machines, the shift time is never used completely in the main or useful work, but only a part of it, the rest is lost in the displacement of the empty machines, in turns and stops for various reasons (Herrera et al., 2011; Miranda et al., 2015; Utaro, 2017).

During observation of time of the harvester, as a rule, time expenses are fixed in the following operations:

  1. Preparatory-conclusive operations (Tpc), it includes the preparation of the machine for work and daily maintenance.

  2. The turns and displacements with empty wagons by the field in harvest (Tmov).

  3. The technological service in the grain delivery to the means of transport (Ttec).

  4. Elimination of disruptions of the technological process, related to congestions of vegetable mass during the harvesting process, losses of time due to technological repairs, verification of work, etc. (Tproc).

  5. The technical service to the machine during the work in the field, related to the elimination of small disruptions like tighten belt, chain, springs, dripping oil, fuel, etc. (Tst)

  6. Most of the components of the shift time mentioned are casual productive functions, exploitation and other working conditions of the machine.

The general structure of the turn-time elements can be presented in the form of a diagram, Figure 4.

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FIGURE 4. 

Elements of the time of shift. Source: Miranda (2006).

At national and international level, many investigations have been conducted on the harvest-transport process, not only of rice cultivation, but also of other crops such as barley and sugarcane. In these crops, the technical, technological and organizational aspects and their influence on the quality and efficiency of the process have been studied (Jodosh, 1975; Jordas, 2005).

Considering the aspects pointed out by Bragachini (2000), Kiamco and Nunn (2000), Laguna (2000) and Miranda (2006), it is essential to study the productivity of the harvesters, given that they are the main link in the process under study. In addition, not only the renewal of the harvesters guarantees the efficiency of the harvest - transport process and increases the productivity of the whole system. There are other deficiencies, such as crop peaks as consequence of massive germination, coincidence of the cut-off period with the rainy season and organizational problems when using unsuitable working schemes that affect the increase in transportation cycle time. Besides, wasting time of the harvesters in carrying out maneuvers during the unloading of the harvested grain to the means of transport, deficient use of the load capacities of the means of transport, use of the working width, the speed of movement and bad conditions of the roads. Other deficiencies referred are lack of a well-founded basis for the stage of exploitation and periodicity of technical maintenance and communication problems that make the waiting time for the management and transfer of parts for the solution of failures is higher.

In Cuba, a research conducted by Miranda et al. (2015), showed that the use of shift time during the operation of the CLAAS DOMINATOR 130 harvester during the agrotechnical period of the rice harvest in five agricultural yields varied from 3.7 to 5.8 t / ha (see figure 5). In the observation period of 140.0 hours, 91.7 hours of clean time represented 65.5% of it. Unproductive stops due to technological breaks (Ttec) represented 10.2%. Failures (Tr) consumed 1.5% of the time, preparatory-conclusive time (Tpc) took 3.0%, technical maintenance (Tm) reached a value of 7.0%, the time for organizational stops (To) was 11.5% and the time for the realization of physiological needs and rest (Tdf) reached 1.3%.

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FIGURE 5. 

Behavior of the use of shift time by the combine CLAAS DOMINATOR-130. Source: Miranda et al. (2015)

According to Morejón (2016), the real feeding of the machine is determined by the speed, the real width of work and the yield of the crop. The trend shown in Figure 6 shows the relationship that the higher the yield, the higher the maximum feed of the harvester. However, for the agricultural yield of 4 t/ha, the harvester reaches the highest feed with a value of 10.14 kg/s, observing that for higher values of feeding there are blockages in the machine and physical damage to the harvested product. This value does not depend only on the speed and the agricultural yield.

Another aspect of relevance is the use of the width of work, which was properly used in a 92.96%, because the constructive width of the harvester (Btc) is 5.40 m and a real width (Bc) of 5.02 was obtained m. The average agricultural yield of the grain taken for the calculations was 3.7 t/ha, which was the real production value. The grain content coefficient (α) reached for this yield was 0.25 and the average cut height was 27 cm.

The use of the maximum feeding of the harvester during the harvest in the agricultural yields investigated, ranged between 6.22 and 10.14 kg/s. By the obtained results, it is possible to affirm that an underutilization of the productive potentialities of the machine is evidenced.

The maximum productivity of the harvester is reached when the speed and working width of the combine are optimal (values higher than 98% of the maximum to reach) or when the speed oscillates between 4.10 and 4.20 km/h and, the working width, ranges between 5.30 and 5.40 m. This machine, in the aforementioned conditions, for agricultural yields higher than 4 t/ha should reduce the speed to avoid unnecessary technological stops due to clogging, caused by overfeeding and, in this way, preserve the quality of the harvested product, which is given by surpassing the machine design power capacity.

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FIGURE 6. 

Behavior of the maximum productivity (Wcmáx) and the maximum feeding (AMáx) of the NEW HOLLAND TC-57 combine depending on the agricultural yield of the harvested grain (U). Source: Morejón (2016).

In the analysis of the real feeding in function of the speed developed by the machine in each of the agricultural performances studied, the first tends to increase without feeding blocking, because the maximum value of real feeding of the machine is 5.15 kg/s. This value is lower than the maximum potentially achievable at 4.99 kg/s, which evidences an underutilization in the feeding of the harvester, since they are no longer introduced to the cutting, threshing and cleaning systems of the machine 17.96 t/h of vegetable mass (straw + grain). This behavior is shown in Figure.7.

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FIGURE 7. 

Behavior of the actual speed of the harvester (Vc) and the actual feed (Ar) of the NEW HOLLAND TC-57 combine depending on the agricultural yield of the grain (U). Source: Morejón (2016)

Figures 6 and 7, indicate that when the maximum power of the harvester amounts to 10.14 kg/s and the composition values of the plant mass are optimal, the machine reaches the maximum value of productivity and quality of the harvested grain, which shows that this machine is being underused.

Considering the productivity and maximum feeding of the harvester for different agricultural yields, the percentage of total grain losses was determined, from the losses obtained in the cutting, threshing, separation and cleaning systems.

As it can be seen in Figure 8, for the agricultural yields studied, the percentages of total grain losses as result of the harvester range between 4.2 and 8.2%; which are in the ranges of losses (0.9... 8.5%) obtained in different crops by several authors like García (2004), Miranda et al. (2010) and Pérez et al. (2014). These percentages of losses represent a loss of grain that are between 0.18 and 0.26 t/ha. These results indicate that the correct calibration and adjustment of the grain sieves, the regulation and control of the airflow, the optimum working speed of the machine according to the agricultural performance and the experience of the operator are necessary.

Together with these elements, it can be stated that at low feed values, the damage to the grain and the content of impurities are increased, which is given by the speed regimes developed by the machine.

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FIGURE 8. 

Behavior of the percentage of grain losses (Pgt) as a function of the agricultural yield of the grain (U). Source: (García, 2004).

From the above, it was found that the percentage of peeled and broken grains oscillates between 3.2 and 5% and the percentage of impurities reaches values between 5.7 and 6 (Morejón, 2016), (Figure 9). That evidenced that the percentages of losses of grains, impurities and broken grains are higher than the limits established by the Technical Instruction for Rice Cultivation (2014). Hence, the need for the harvest to be carried out in the established agrotechnical period, to control the regulations of the threshing system, specifically, the separation between the concave and the threshing drum, as well as to control the airflow in the separation and cleaning system of the grain.

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FIGURE 9. 

Behavior of the percentage of peeled and broken grains (Gpq) and percentage of impurities (I) as a function of the maximum power of the harvester (Amáx). Source: (Morejón, 2016).

Analyzing Figure 10, it is observed that as the maximum feeding of the harvester increases, the percentage of broken and peeled grains (Gpq) due to the machine's effect decreases, since grain damage decreases as the yield increases, which is because the straw serves as protection against the abrupt contact of the grain with the working organs.

As it is known, the speed of displacement of the combine harvest influences on the feeding of the combined, consequently it is necessary to establish a relation between the speed and the feeding, so that the latter is "uniform".

In Figure 10a, the tendency of the working speed of the harvesters is shown for the yields studied. Values between 4.41and 2.9 km/h were reached, which is lower than the recommended working speed for cereal harvesters at international level that is between 6.5 and 3 km/h. It is necessary to point out that these low speeds limit their productivity since they can not develop their feeding potential due to not being able to work at the required regimes (Miranda, 2006; Morejón, 2016).

To achieve an increase in the speed of the harvesters during the harvest, it is necessary to carry out an analysis on the need to use them when the terrain conditions allow it (little rainy season), replace the mats with tire bearings (which decreases vibrations in the machines). That would enable it to reach speeds very close to those established internationally and increase productivity (Figure 10b). However, when the operator does not know the real feeding of the machine, tends to limit the speed of the same with the increase of the agricultural yield in order to avoid feeding obstruction.

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FIGURE 10a. 

Actual working speed (Vr) of the New Holland L-520 combine. Source: Miranda (2006).

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FIGURE 10b. 

Speed (Vrac) of the harvester based on the optimum feed (Ar) calculated. Source: Miranda (2006).

 

REFENCES

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Alexander Miranda Caballero, Inv. Titular, Director del Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba, e-mail: alex@inca.edu.cu

Yanoy Morejón Mesa, Profesor Auxiliar, Director del Centro de Mecanización Agropecuaria, Universidad Agraria de La Habana, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba, e-mail: ymm@unah.edu.cu

Pedro Paneque Rondón, Profesor e Investigador Titular, Universidad Agraria de La Habana, Facultad de Ciencias Técnicas, Centro de Mecanización Agropecuaria, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba, e-mail: panequerondon1940@gmail.com

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REVISIÓN

 

La cosecha mecanizada de arroz: experiencias y retos


RESUMEN

En Cuba la cosecha del arroz es una operación que se realiza con ayuda de la maquinaria agrícola lo que representa fuerte inversiones; por tal razón la dinámica del proceso productivo exige que las máquinas cosechadoras se hallen en perfecto estado técnico durante este período, motivo por el cual se hace necesario organizar y planificar debidamente el sistema de mantenimiento y reparaciones para asegurar el aumento de la productividad de forma eficiente. En el presente trabajo se enuncian los principales resultados y experiencias obtenidas en las investigaciones realizadas durante la cosecha mecanizada del arroz en la Empresa Agroindustrial de Granos Los Palacios en la provincia de Pinar del Río con el objetivo de servir de base para la toma de decisiones a la hora enfrentar la cosecha de este preciado grano; si se toma en consideración el gran número de cosechadoras de diferentes modelos que se han introducido en el país en los últimos años.

Palabras clave: 

maquinaria; productividad; eficiencia; operación; mantenimiento.


La cosecha de arroz presenta características muy particulares, tales como: gran cantidad de materia verde, grano muy abrasivo, húmedo y delicado, que sumado a las dificultades del tránsito de la maquinaria por la escasa sustentabilidad del suelo, frecuentemente en condiciones de elevado grado de humedad, hacen de esta labor una tarea más compleja que en otros cultivos. Esta situación provoca mayores posibilidades de encontrar altas pérdidas en el proceso de cosecha (Miranda et al., 2002, 2003; De la Cruz et al., 2013).

En Cuba las pérdidas durante la cosecha de arroz pueden llegar a alcanzar valores de hasta el 30%, debido a: exceso de arvenses, acción de los microorganismos, granos partidos o granos muy húmedos, deficiencia en la planificación de la cosecha y diferentes regulaciones de los cuando estos se mantienen con un contenido de humedad superior al 13%, por lo cual pueden perderse lotes enteros (De Datta, 1986; García, 2004).

El desarrollo de la mecanización de la cosecha de arroz ha tenido un gran auge en los últimos 50 años. Existen países capitalistas con un alto grado de mecanización agrícola que tienen una mayor parte de sus áreas agrícolas totalmente mecanizadas, lo que ha ocasionado una difícil situación económica-social. Sin embargo, todavía existen países con un bajo grado de mecanización (Miranda et al., 2004, 2005; García y León, 2010; Castell et al., 2015).

En el transcurso de los últimos años la maquinaria de recolección ha experimentado numerosas innovaciones técnicas dirigidas principalmente a aumentar su capacidad de trabajo. Se han realizado varias investigaciones relacionadas con la mecanización del cultivo, la cosecha, el mantenimiento de las cosechadoras, el costo energético de la cosecha mecanizada (Paneque y Sánchez, 2006; Paneque et al., 2009; Miranda et al., 2016; Crespo et al., 2018). El objetivo final de una cosechadora es el de obtener una gran capacidad de trabajo, versatilidad, obtención de un producto de alta calidad, confort y fácil mantenimiento de las mismas (Miranda et al., 2003; Herrera et al., 2011). En el mundo actual la competitividad de las empresas productoras de máquinas agrícolas es cada vez mayor, la tendencia de los diseñadores y fabricantes es obtener cosechadoras de mayor productividad, fiables y con un uso mínimo de metal, en fin, más eficientes (Miranda et al., 2016).

En el presente trabajo se enuncian los principales resultados y experiencias obtenidas en las investigaciones realizadas durante la cosecha mecanizada del arroz en la Empresa Agroindustrial de Granos Los Palacios en la provincia de Pinar del Río con el objetivo de servir de base para la toma de decisiones a la hora enfrentar la cosecha de este preciado grano; si tomamos en consideración el gran número de cosechadoras de diferentes modelos que se han introducido en el país en los últimos años.

A nivel mundial existen fundamentalmente dos tecnologías para la cosecha de cereales: cosecha de cereales por fases y cosecha directa de cereales.

La cosecha de cereales por fases, como su nombre lo indica se realiza en dos fases. La primera: la fase de corte e hilerado, en la cual se utilizan plataformas de corte (máquinas segadoras). La segunda fase es la recogida, trilla y limpieza; esta se realiza con máquinas trilladoras. Esta tecnología de cosecha se utiliza en lugares donde la propagación de malezas es abundante en el cultivo, donde existen niveles de humedad muy altos, donde el período de maduración no es uniforme y la temporada de crecimiento es corta; no posibilitando que el grano se madure completamente. Por tanto, es más efectivo realizar el hilerado del producto cosechado para lograr un secado más rápido y su posterior almacenaje sea el adecuado.

La cosecha directa de cereales, se basa en integrar el corte, la trilla, la limpieza y la entrega del grano a los medios de transporte, todo en un proceso tecnológico continúo realizado por una cosechadora Para esta tecnología, según Griffin (1973), la altura de corte recomendada debe mantener una relación grano-paja de 1,0…1,5; lo cual a su vez está en función de la densidad de plantas por m2 y la humedad del grano se encuentra alrededor del 18 a 25%. Las pérdidas de grano no deben exceder el 4% y las impurezas el 8% (Minag, 2014). La velocidad de avance debe también ser ajustada, normalmente es de 4,0…5,6 km/h dependiendo de las condiciones del cultivo y el terreno. La pérdida de grano deberá ser menor de 1% en la barra de corte y cóncavo, respectivamente.

En Cuba se utiliza generalmente la cosecha directa con máquinas cosechadoras, pero por las condiciones del suelo y de los equipos involucrados en el proceso se utilizan distintos métodos para la organización del mismo, los cuales han sido descritos con anterioridad por autores como García (2004) y Miranda (2006), específicamente en las condiciones EAIG “Los Palacios”:

  • El primer método es el que se utiliza en época de lluvia, cuando el terreno está hídricamente saturado y se hace imposible la entrada de los medios de transporte al campo en cosecha, por lo que se utilizan para transportar el arroz, tolvas autopropulsadas (tractolva), que como elemento de rodaje utilizan esteras. Durante la realización de la cosecha, la cosechadora va almacenando el grano en la tolva, cuando el sensor de llenado emite la señal de que la tolva ha completado su capacidad, la cosechadora detiene el corte y la tractolva se dirige hacia ella, donde recibe el grano cosechado, después de haber completado su llenado, regresa al camino o guardarraya, donde esperan los medios de transporte para efectuar la entrega del grano (Figura 1). Este método tiene como desventaja que el tiempo de descarga del grano cosechado a los medios de transporte y el tiempo de movimiento de la tractolva dentro del campo, son muy elevados, por lo que se atrasa el proceso.

  • El segundo método es el que se utiliza cuando no se cuenta en la cosecha con tractolva y las condiciones de los campos en cosecha no permiten la entrada de los medios de transporte. En este método la cosechadora después de haber llenado la tolva interrumpe el corte y se dirige a la cabecera del campo donde se encuentran los medios de transporte para realizar la descarga del grano (Figura 2a). En este método la cosechadora pierde tiempo de cosecha debido a la entrega del grano a los medios de transporte en la guardarraya, esto detiene el flujo del complejo mecanizado, puesto que el elemento principal del proceso cosecha-transporte interrumpe la operación para suministrar a los medios de transporte el grano cosechado.

  • El tercer método se utiliza fundamentalmente en época poco lluviosa donde las condiciones de los suelos permiten la entrada de los medios de transporte al campo en cosecha. En esta variante se utiliza para transportar el grano hasta los remolques el tractor movedor NEW HOLLAND sobre neumáticos u otro tractor que sus características lo permitan. Este tractor forma trenes de dos o tres remolques que son trasladados hacia el interior del campo en cosecha, situándolos lo más cerca posible de las cosechadoras, para que cuando estas tengan totalmente llenas sus tolvas se pueda efectuar la descarga del grano cosechado. Después de estar llenos los remolques, el tractor movedor los traslada hacia el camino, donde los deja y engancha los restantes, esta operación se repite hasta que quede formado el tren de dos, tres o cuatro remolques que son llevados hacia el centro de recepción (Figura 2b).

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FIGURA 1. 

Método de cosecha donde se emplea tractolva. Fuente: Miranda (2006).

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FIGURA 2. 

Métodos de cosecha donde no se utiliza tractolva: a) en suelos hídricamente saturados; b) en suelos con baja humedad. Fuente: Miranda (2006).

Este método en época de lluvia se dificulta, debido a que los remolques se atascan, y se dificulta el tiro de los mismos por los tractores movedores, esto ocasiona una gran pérdida de tiempo, afectándose la productividad del proceso.

En cualquiera de los tres métodos, después que los remolques son colocados en el camino, se enganchan unos con otros, para formar trenes de dos, tres y hasta cuatro remolques, luego los tractores de tiro enganchan estos trenes de remolques y lo trasladan a los diferentes secaderos de la EAIG recorriendo largas distancias a través de diferentes viales generalmente en malas condiciones, una vez estando en el centro de recepción, los remolques son pesados, se desenganchan del tractor de tiro y se transportan uno por uno hasta el lugar donde se realiza el control de la calidad y posteriormente se realiza la descarga del grano por otro tractor que brinda este servicio.

Esta variante de movimiento de los conjuntos dentro del secadero no es factible, porque hay pérdida de tiempo en cuanto al transporte, por lo que es recomendable la existencia de un tractor movedor en el centro de recepción, con el propósito de despersonalizar el tractor de sus remolques, o sea el tractor llega al secadero, deja los remolques llenos y regresa con los que se encuentren vacíos dejados por otro tractor (Betancourt y Bullaín, 2007).

Las operaciones de cosecha-transporte del arroz conforman una cadena productiva, donde cada uno de sus eslabones componentes garantiza el correcto desarrollo del proceso, siendo la cosecha, un complejo donde la interacción de cada uno de los elementos posibilita el desarrollo normal de las diferentes operaciones (Morejón, 2009; Iglesias et al., 2012; Morejón et al., 2012).

En Cuba, la maquinaria que participa en la cosecha de arroz, pertenece a una determinada Empresa Agroindustrial de Granos (EAIG) y se agrupa en complejos mecanizados, que a su vez conforman los eslabones productivos de la cosecha, aspecto que permite lograr una mejor atención a los problemas organizativos, técnicos y tecnológicos que surjan durante el proceso productivo.

La estructura y composición del eslabón productivo de cosecha es uno de los aspectos fundamentales que predeterminan la eficiencia del proceso tecnológico de la cosecha del arroz.

Entre las causas que encarecen las operaciones poscosecha del arroz, la transportación del producto desde el campo en cosecha hasta el centro de recepción del grano, posee una marcada influencia. Los costos correspondientes a los trabajos de transportación pueden ascender del 40…60% del total de los costos del proceso de cosecha, lo cual está dado esencialmente por la productividad de la cosechadora, la capacidad de los medios de transporte, las distancias a recorrer hasta el centro de recepción, el tipo y condiciones de los viales y los tiempos de espera que surgen durante el proceso cosecha-transporte-recepción, esto trae como consecuencia la baja estabilidad de flujo del proceso tecnológico y su costo (Morejón, 2016).

Para la explotación de las cosechadoras y medios técnicos que participan en el proceso cosecha-transporte del arroz se orientan un grupo de medidas previas al corte Ribet (2012), las cuales están dirigidas a lograr el máximo aprovechamiento de los recursos disponibles durante la campaña arrocera, pero no se precisan con exactitud los patrones de trabajo a seguir por las cosechadoras en función del tipo de campo. Sin embargo, la diversidad en la tipificación de los campos arroceros incide en la productividad del sistema debido a las diferencias en cuanto a longitud y ancho de éstos, que hace que se realicen mayor o menor cantidad de giros en las cabeceras de campos y por consiguiente se afecte la productividad de las cosechadoras.

En la práctica se emplean distintos tipos de giros como se muestra en la Figura 3 a, b y c, estos se caracterizan por la longitud del giro, el número de acciones sobre los órganos de dirección del movimiento de la máquina (en conectar y desconectar los embragues de fricción lateral en girar las ruedas guías) y por la anchura mínima de la franja de giros (González, 1993).

Los giros más utilizados durante la cosecha del arroz son: en besanas y circular con giros de 900 en los sistemas ingenieros y de 1800 en los sistemas tradicionales.

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FIGURA 3. 

Esquemas de movimiento y giros de las cosechadoras en la cosecha de arroz a) circular con giros de 900, en besanas hacia fuera; b y c) circular con giros de 1800 con lanzadera y circular. Fuente: González (1993).

Como es conocido, la prolongación de los períodos agrotécnicos de siembra, atención y cosecha de los cultivos traen consigo grandes pérdidas en la cosecha de los cultivos (Miranda et al., 2010a). La disminución de los períodos de trabajo en el campo es posible lograrlo mediante el aumento de la cantidad de máquinas o elevando la productividad de éstas. De todos los puntos de vista, el camino más favorable es el segundo, es decir, mediante el aumento de la productividad de las máquinas y conjuntos que realizan las labores agrícolas.

La utilización racional del tiempo de turno de las máquinas presenta una gran reserva de la elevación de la productividad de éstas. Durante el trabajo de una máquina o un complejo de máquinas, el tiempo de turno nunca se utiliza completamente en el trabajo principal o útil, sino solamente una parte de éste, el resto se pierde en el desplazamiento de las máquinas en vacío, en giros y paradas por diversas causas (Herrera et al., 2011; Miranda et al., 2015; Utaro, 2017).

Durante la observación del cronometraje de la cosechadora, como regla, se fijan los gastos de tiempo en las siguientes operaciones:

  1. Operaciones preparativas-conclusivas (Tpc), la misma incluye la preparación de la máquina para el trabajo y el mantenimiento diario;

  2. Los giros y desplazamientos en vacío por el campo en cosecha (Tmov);

  3. El servicio tecnológico en la entrega del grano al medio de transporte (Ttec);

  4. Eliminación de desarreglos del proceso tecnológico, el cual se relacionan los atoramientos de masa vegetal durante el proceso de cosecha, pérdidas de tiempo por reparaciones tecnológicas, comprobación del trabajo, etc. (Tproc);

  5. El servicio técnico a la máquina durante el trabajo en el campo, relacionado con la eliminación de pequeños desarreglos: apriete correa, cadena, resortes, goteo de aceite, combustible, etc. (Tst)

  6. La mayoría de los componentes del tiempo de turno mencionado son funciones casuales productivas, e explotación y de otras condiciones de trabajo de la máquina.

La estructura general de los elementos tiempo de turno se puede presentar en forma de un esquema, Figura 4.

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FIGURA 4. 

Elementos del tiempo de turno. Fuente: Miranda (2006)

En el ámbito nacional e internacional se han realizado múltiples investigaciones sobre el proceso cosecha-transporte, no solo del cultivo del arroz, sino de otros cultivos como la cebada y la caña de azúcar. En estas se han estudiado los aspectos técnicos, tecnológicos y organizativos y su influencia en la calidad y eficiencia del proceso (Jodosh, 1975; Jordas, 2005).

Considerándose los aspectos señalados por Bragachini (2000); Kiamco y Nunn (2000); Laguna (2000); Miranda (2006), es imprescindible el estudio de la productividad de las cosechadoras, dado que estas constituyen el eslabón principal del proceso objeto de estudio y que no solo la renovación de las cosechadoras garantiza la eficiencia del proceso de cosecha - transporte y aumenta la productividad de todo el sistema, dado que existen otras deficiencias, como son: picos de cosechas como consecuencia de germinaciones masivas, coincidencia del período de corte con el período de lluvias, problemas de organización al utilizar esquemas de trabajo no apropiados que inciden en el aumento del tiempo de ciclo de transportación, pérdidas de tiempo de las cosechadoras en la realización de maniobras durante la descarga del grano cosechado a los medios de transporte, deficiente utilización de las capacidades de carga de los medios de transporte, aprovechamiento del ancho de trabajo, la velocidad de movimiento malas condiciones de los viales, falta de una base fundamentada para la etapa de explotación y de la periodicidad de los mantenimientos técnicos, problemas de comunicación que hacen que el tiempo de espera para la gestión y traslado de piezas para la solución de las fallas sea superior.

En Cuba investigaciones realizadas por Miranda et al. (2015), demostraron que la utilización del tiempo de turno durante la explotación de la cosechadora CLAAS DOMINATOR 130 durante el período agrotécnico de la cosecha de arroz en cinco rendimientos agrícolas que variaron de 3,7…5,8 t/ha, (ver figura 5); en periodo de observación de 140,0 horas totales con 91,7 horas de tiempo limpio equivalente al 65,5% del tiempo total; por las paradas improductivas ocasionadas en su mayoría por las paradas tecnológicas (Ttec) las cuales representa el 10,2% de este tiempo total, las paradas por fallas (Tr) el 1,5%, el tiempo preparativo-conclusivo (Tpc) fue de 3,0%, los mantenimientos técnicos (Tm) alcanzó un valor de 7,0 %, el tiempo por paradas organizativas (To) fue de un 11,5% y el tiempo para la realización de necesidades fisiológicas y descanso (Tdf) alcanzó el 1,3%.

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FIGURA 5. 

Comportamiento de la utilización del tiempo de turno por la cosechadora CLAAS DOMINATOR-130. Fuente: Miranda et al. (2015)

Según Morejón (2016), la alimentación real de la máquina está determinada por la velocidad, el ancho real de trabajo y el rendimiento del cultivo. La tendencia que se muestra en la Figura 6, muestra la relación de que a mayor rendimiento, mayor será la alimentación máxima de la cosechadora, sin embargo para el rendimiento agrícola de 4 t/ha, la cosechadora alcanza la mayor alimentación con un valor de 10,14 kg/s, observándose que para valores superiores de alimentación se producen atascamientos en la máquina y daños físicos al producto cosechado, este valor no depende solamente de la velocidad y del rendimiento agrícola. Otro aspecto de relevancia es el aprovechamiento del ancho de trabajo, el cual fue aprovechado en un 92,96%, pues el ancho constructivo de la cosechadora (Btc) es 5,40 m y se obtuvo un ancho real (Bc) de 5,02 m. El rendimiento medio agrícola del grano tomado para los cálculos fue de 3,7 t/ha, siendo este el valor real de producción. El coeficiente contenido del grano (α) alcanzado para este rendimiento fue de 0,25 y la altura media de corte fue de 27 cm.

El aprovechamiento de la alimentación máxima de la cosechadora durante la cosecha en los rendimientos agrícolas investigados, osciló entre 6,22...10,14 kg/s. Por los resultados obtenidos se puede afirmar que se evidencia una subutilización de las potencialidades productivas de la máquina.

La productividad máxima de la cosechadora se alcanza cuando la velocidad y el ancho de trabajo de la misma son óptimos (valores superiores al 98% de los máximos a alcanzar) o sea cuando la velocidad oscila entre 4,10…4,20 km/h y el ancho de trabajo oscila entre 5,30…5,40 m. Esta máquina en las condiciones antes mencionadas, para rendimientos agrícolas superiores a 4 t/ha debe reducir la velocidad para evitar paradas tecnológicas innecesarias por atascamiento, ocasionadas por la sobrealimentación y de esta forma conservar la calidad del producto cosechado, lo cual está dado por sobrepasar la capacidad de alimentación de diseño de la máquina.

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FIGURA 6. 

Comportamiento de la productividad máxima (Wcmáx) y la alimentación máxima (Amáx) de la cosechadora NEW HOLLAND TC-57 en función del rendimiento agrícola del grano cosechado (U). Fuente: Morejón (2016).

En el análisis de la alimentación real en función de la velocidad desarrollada por la máquina en cada uno de los rendimientos agrícolas estudiados, la primera tiende a aumentar sin que se produzca el atascamiento, pues el valor máximo de alimentación real de la máquina es 5,15 kg/s. Este valor es inferior al máximo potencialmente alcanzable en 4,99 kg/s, lo que evidencia una subutilización en la alimentación de la cosechadora, pues se dejan de introducir a los sistemas de corte, trilla y limpieza de la máquina 17,96 t/h de masa vegetal (paja + grano); este comportamiento se muestra en la Figura.7.

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FIGURA 7. 

Comportamiento de la velocidad real de la cosechadora (Vc) y la alimentación real (Ar) de la cosechadora NEW HOLLAND TC-57 en función del rendimiento agrícola del grano (U). Fuente: Morejón (2016).

Las Figuras 6 y 7, indican que cuando la alimentación máxima de la cosechadora asciende a 10,14 kg/s y los valores de composición de la masa vegetal son óptimos, la máquina alcanza el máximo valor de productividad y de calidad del grano cosechado, lo que evidencia que esta máquina está siendo subutilizada.

Considerando la productividad y la alimentación máxima de la cosechadora para distintos rendimientos agrícolas, se determinó el porcentaje de pérdidas totales de grano, a partir de las pérdidas obtenidas en los sistemas de corte, trilla, separación y limpieza.

Como se aprecia en la Figura 8, para los rendimientos agrícolas estudiados los porcentajes de pérdidas totales de grano por efecto de la cosechadora oscilan entre 4,2… 8,2%; los cuales se encuentran en los rangos de pérdidas (0,9…8,5%) obtenidos en diferentes cultivos por varios autores; entre los que se pueden citar: García (2004); Miranda et al. (2010); Pérez et al. (2014). Estos porcentajes de pérdidas representan una pérdida de grano que se encuentran entre 0,18…0,26 t/ha. Estos resultados indican que es necesaria la correcta calibración y ajuste de las zarandas, la regulación y control del flujo de aire, la velocidad de trabajo óptima de la máquina en función del rendimiento agrícola y la experiencia del operador.

Unido a estos elementos, se puede plantear que en bajos valores de alimentación se incrementan los daños al grano y el contenido de impurezas; lo cual está dado por los regímenes de velocidad desarrollados por la máquina.

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FIGURA 8. 

Comportamiento del porcentaje de pérdidas de granos (Pgt) en función del rendimiento agrícola del grano (U). Fuente: (García, 2004).

A partir de lo planteado anteriormente se obtuvo que el porcentaje de granos pelados y quebrados oscila entre 3,2…5% y el porcentaje de impurezas alcanza valores entre 5,7…6 (Morejón, 2016). (Figura 9), evidenciándose que los porcentajes de pérdidas de granos, impurezas y granos quebrados y/o partidos son superiores a los límites establecidos por el Instructivo Técnico del cultivo del arroz (2014). De ahí la necesidad de que la cosecha se realice en el período agrotécnico establecido, de controlar las regulaciones del sistema trilla, específicamente la separación entre el cóncavo y el tambor trillador y de controlar el flujo de aire en el sistema de separación y limpieza del grano.

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FIGURA 9. 

Comportamiento del porcentaje de granos pelados y quebrados (Gpq) y del porcentaje de impurezas (I) en función de la alimentación máxima de la cosechadora (Amáx). Fuente: Morejón (2016).

Analizándose la Figura 10 se observa que a medida que aumenta la alimentación máxima de la cosechadora el porcentaje de granos quebrados y pelados (Gpq) por efecto de la máquina va decreciendo, pues el daño del grano disminuye conforme aumenta el rendimiento, lo cual está dado porque la paja sirve de protección contra el contacto brusco del grano con los órganos de trabajo.

Como se conoce sobre alimentación de la combinada influye la velocidad de desplazamiento de la cosechadora, por lo que es necesario establecer una relación entre la velocidad y la alimentación, para que esta última sea “uniforme”.

En la Figura 10a, se representa la tendencia de la velocidad de trabajo de las cosechadoras para los rendimientos estudiados, donde se alcanzaron valores de 4,41…2,9 km/h, lo cual es inferior a la velocidad de trabajo recomendada para cosechadoras cereales a nivel internacional que es de 6,5…3 km/h, es necesario señalar que estas bajas velocidades limitan la productividad de las mismas ya que no pueden desarrollar su potencialidad de alimentación al no poder trabajar a los regímenes requeridos (Miranda, 2006; Morejón, 2016).

Para lograr un aumento de la velocidad de las cosechadoras durante la realización de la cosecha es necesario realizar un análisis sobre la necesidad de utilizar cuando las condiciones del terreno lo permitan (época poca lluviosa), sustituir las esteras por rodamientos de neumáticos (lo que disminuye las vibraciones en las máquinas), lo que le posibilitaría alcanzar velocidades muy cercanas a las establecidas internacionalmente y aumentar la productividad. (Figura 10b) Pero cuando el operador no conoce la alimentación real de la máquina, tiende a limitar la velocidad de la misma con el aumento del rendimiento agrícola por miedo a que ocurra el atoramiento de la misma.

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FIGURA 10a. 

Velocidad real (Vr) de trabajo de la cosechadora New Holland L-520. Fuente: Miranda (2006).

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FIGURA 10b. 

Velocidad (Vrac) de la cosechadora en función de la alimentación óptima (Ar) calculada. Fuente: Miranda (2006).

Las investigaciones realizadas durante la cosecha mecanizada del arroz, así como los resultados obtenidos en la Empresa Agroindustrial de Granos Los Palacios, provincia de Pinar del Río, pueden ser utilizados para el desarrollo de la mecanización eficiente y sirven de base para la toma de decisiones, a la hora de enfrentar la cosecha mecanizada del arroz y otros granos en Cuba.

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