DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y EVALUACIÓN DE UN EQUIPO PARA LA COSECHA MECANIZADA DE CAFÉ EN COLOMBIA DESIGN, CONSTRUCTION AND VALUATION OF A EQUIPMENT FOR HARVESTING COFFEE IN COLOMBIA

RESUMEN

Se diseñó, construyó y evaluó un equipo para la cosecha mecanizada de café aplicando vibraciones e impactos al follaje. La investigación se realizó en tres etapas. En la primera etapa se diseñó y construyó la estructura, tipo pórtico, con los equipos e instrumentos requeridos para generar vibraciones y medir las vibraciones en diferentes partes de los agitadores y deformaciones en la estructura en sitios críticos. En la segunda etapa se obtuvo información del equipo, sin emplear árboles de café, para verificar su funcionamiento y hacer los ajustes requeridos. También se midió la fuerza requerida para transportarlo en campo, la distribución de las cargas en cada una de las cuatro ruedas del equipo y las coordenadas del centro de gravedad. En la tercera etapa se recolectó café con el equipo en árboles de segunda cosecha, sembrados a 2,0 m x 0,7 m, un tallo por sitio, en terreno plano. Los resultados obtenidos en los ensayos realizados indican, en general, buena respuesta de los diferentes componentes del equipo: estructura, cepillos oscilantes, sistema de captura de frutos desprendidos y sistema de tracción. Se observó facilidad para operar el equipo en las distancias de siembra utilizadas. Con el equipo se obtuvo un rendimiento de 129,5 kg/h, se desprendió el 71,7% de los frutos maduros, con 52,3% de frutos verdes en la masa cosechada, calidad que no es aceptable para los estándares colombianos. Se requiere mayor trabajo de investigación, evaluando diferentes frecuencias, densidad de varillas oscilatorias, masas excéntricas de los vibradores, velocidad de avance, carga y concentración de frutos maduros.
con el equipo en árboles de segunda cosecha, sembrados a 2,0 m x 0,7 m, un tallo por sitio, en terreno plano. Los resultados obtenidos en los ensayos realizados indican, en general, buena respuesta de los diferentes componentes del equipo: estructura, cepillos oscilantes, sistema de captura de frutos desprendidos y sistema de tracción. Se observó facilidad para operar el equipo en las distancias de siembra utilizadas. Con el equipo se obtuvo un rendimiento de 129,5 kg/h, se desprendió el 71,7% de los frutos maduros, con 52,3% de frutos verdes en la masa cosechada, calidad que no es aceptable para los estándares colombianos. Se requiere mayor trabajo de investigación, evaluando diferentes frecuencias, densidad de varillas oscilatorias, masas excéntricas de los vibradores, velocidad de avance, carga y concentración de frutos maduros.

Palabras clave

Cosecha mecanizada, cosecha de café, vibradores de follaje, café, recolección.

ABSTRACTS

A coffee harvester model, applying vibrations and impacts to the foliage, was designed, built and tested. The research was conducted in three stages. In stage 1 it was designed and built the device, over the row type, with the equipment and instrumentation required to generate vibrations, measure vibrations in different parts of the agitators and deformations in the structure at critical sites. In the second stage information of equipment was obtained without using coffee trees, to check its performance and make the required adjustments as well. The force required for transporting the equipment in field, the load distribution on each of the four wheels that support the equipment and the coordinates of the center of gravity were also measured. In the third stage data field were collected in 2nd harvest plants (24 months age), planted at 2,0 mx 0,7 m, one stem by site, on flat ground. The results obtained indicate, in general, good response of the different components of the harvester such as structure, oscillating agitators, fruit catching system, drive system. The harvester is ease to operate in the plant spacing used. With the harvester was obtained a yield of 129,5 kg / h, detaching 71,7% of the ripe fruits, with 52,3% of green fruits in the harvested mass, which is not acceptable quality for the Colombian standards. Further research, evaluating different frequencies, oscillatory density rods, eccentric mass vibrators, speed, load and concentration of ripe fruit is required.

Keywords

Mechanized harvesting, coffee harvest, foliage vibrators, coffee, harvesting.

Los equipos utilizados en la cosecha de frutales, mecanizada y semi-mecanizada, por vibración, se pueden dividir en: vibradores de ramas, vibradores de tronco y vibradores de follaje. Con el fin de desarrollar equipos para la cosecha del café se han estudiado a nivel teórico y experimental las propiedades físico-mecánicas de los frutos y las ramas y del sistema fruto-pedúnculo (Adrian y Fridley, 1965; Wang (parte A y B), 1965; Wang y Shellenberger, 1965; Monroe y Wang, 1968; Yung and Wang, 1969; Shellenberger et al., 1969; Martínez et al., 1988 y 1989; Crisosto y Nagao, 1991; Alvarez, 1990 ; Ciro, 1997 y Álvarez,1998).

Los vibradores de tronco son utilizados comercialmente para el desprendimiento de aceitunas (Ortiz y Gil, 1986), nueces, ciruelas, cerezas, manzanas y cítricos (Pellenc et al., 1983 y Srivastava et al., 1993). Para Srisvastava et al., (1993), los árboles que concentran su producción en zonas con mucho follaje requieren de la transferencia de relativa alta energía, cuya aplicación se logra suministrando vibraciones a las ramas o al tallo en sitios adecuados, con características propias para cada cultivo.

De acuerdo con Ortiz y Hernanz (1989), los vibradores de tronco son más rápidos y más fáciles de operar que los vibradores de ramas, por la facilidad de acceso para el mecanismo sujetador del vibrador. Sin embargo, cuando los árboles son grandes o cuando abundan las ramas pendulares, los vibradores de tronco no son los más adecuados debido a que la vibración no se transmite debidamente a los frutos, resultando en un bajo desprendimiento de frutos.

Aristizábal (1998), en CENICAFÉ, siguió el procedimiento referenciado por Martínez et al. (1988) para el diseño de los vibradores multidireccionales y construyó un modelo experimental que generó vibraciones de cuatro lazos a una frecuencia de 50 Hz y amplitud de 2,85 mm. El dispositivo se acopló a 50% de la altura del árbol, los árboles se vibraron durante 20s, obteniendo desprendimiento de 47,8% de frutos maduros y 24,7% de frutos verdes, con un contenido de frutos verdes en la masa cosechada de 8% y un rendimiento de 141,1 kg de café en cereza/hora.

Aristizábal (1998) también diseñó y construyó un modelo experimental para aplicar vibraciones circulares al tallo de árboles de café, variedad Colombia, obteniendo desprendimiento promedio de frutos maduros de 63% y rendimiento en el rango 50 a 118 kg de café en cereza/hora, dependiendo de la cantidad inicial de frutos maduros presentes en el árbol.

La técnica de aplicar vibraciones al follaje para la cosecha mecanizada de diferentes cultivos ha sido investigada en varios países. Actualmente en el mundo los sistemas completamente mecanizados para la recolección del café utilizan el principio de vibración al follaje para el desprendimiento de los frutos, lo recogen, lo limpian y lo ensacan en una sola operación (Honda et al.,1979; Jacquet, 1998; Watson et al., 1979 ; Kashima, 1985).

Para el caso de Brasil, con el uso de las cosechadoras autopropulsadas JACTO se lograron disminuir en un 50% los costos de la cosecha y reemplazar hasta 80 hombres en las mejores condiciones de trabajo en el campo (Sartori et al.,1983; Kashima, 1985; y. Ometto,1987).

Studer (1968), citado por Wong (1995), patentó un agitador de varillas cortas y rígidas y su diseño fue incorporado posteriormente a las cosechadoras de uva y tomates.
Tuck y Brown (1974) derivaron una ecuación para calcular el torque generado por un agitador rotatorio tipo inercial y concluyeron que su valor depende de las masas excéntricas y de la inercia del agitador de varillas. Su análisis está enfocado más al diseño de los agitadores de inercia que a la evaluación de los mismos.

Wong (1995) fue el primero en proponer un modelo dinámico de un agitador de varillas tipo inercial para la cosecha de café. A pesar de que sus análisis son de indudable valor, el propio autor concluye que sus resultados no permiten que sean usados para el diseño de cosechadores.

Debido a las características de los árboles de café, la presencia de frutos en diferentes estados de desarrollo, la baja selectividad, los estrictos estándares de calidad exigidos, las altas densidades de las plantaciones y las pendientes de los terrenos, los equipos para cosechar café aplicando vibraciones al follaje no son viables para la caficultura colombiana.

La topografía de las zonas cafeteras colombianas, la alta distribución de la cosecha, el crecimiento y maduración del fruto, la arquitectura de la planta (Arcila, 1990), las características de crecimiento de la misma, la densidad de siembra, los sistemas de manejo del cultivo, las lluvias durante los ciclos de cosecha y el tamaño de las fincas son los aspectos más importantes a tener en cuenta, no solamente en el diseño de los equipos sino también en su evaluación.

La falta de poda hace que el leño productivo se transforme en leño permanente aumentando el tamaño del esqueleto del cafeto; esto conlleva a cosechas irregulares porque la zona de producción se reduce y aumenta el autosombreamiento (Federación Nacional de Cafeteros de Colombia, 1979).

En esta investigación se diseñó, construyó y evaluó un equipo para la cosecha mecanizada del café, con especificaciones técnicas adecuadas para utilizarlo en cafetales con distancia entre surcos de 2,0 m y en terrenos con pendiente de hasta 30%. La información obtenida será de gran utilidad para futuras investigaciones en Colombia sobre la cosecha mecanizada.

1. MATERIALES Y MÉTODOS

Localización

El cosechador de café por vibración del follaje, denominado COVAUTO (COsechador Vibrador AUTO propulsado), se construyó en el taller de Ingeniería Agrícola de CENICAFÉ. La instalación de sensores e instrumentación telemétrica para el manejo de los datos se realizó en el beneficiadero experimental de la disciplina. Las pruebas de calibración y ajuste y las pruebas preliminares de campo se efectuaron en un lote ubicado en la Granja y en el lote La Guamera en la Estación Central Naranjal de CENICAFÉ ubicados en el municipio de Chinchiná (Caldas), respectivamente.

Materiales y equipos

Los materiales y equipos empleados en esta investigación se utilizaron para la construcción de los diferentes sistemas que componen el COVAUTO, la instrumentación electrónica, el sistema telemétrico de adquisición de datos y las fuentes de potencias seleccionadas para remolcarlo en los lotes.

Metodología

Esta investigación se desarrolló en tres etapas. En la primera etapa se diseñó y construyó la estructura, tipo pórtico, con los equipos e instrumentos requeridos para generar vibraciones y medir las vibraciones en diferentes partes de los agitadores y deformaciones en la estructura en sitios críticos. En la segunda etapa se obtuvo información del equipo, sin emplear árboles de café, para verificar su funcionamiento y hacer los ajustes requeridos. También se midió la fuerza requerida para transportarlo, la distribución de las cargas en cada una de las cuatro ruedas del equipo y las coordenadas del centro de gravedad. En la tercera etapa se recolectó café con el equipo en árboles de segunda cosecha, sembrados a 2,0 m x 0,7 m, un tallo por sitio, en terreno plano.

Etapa 1. Diseño, construcción y ensamble del prototipo experimental COVAUTO

El diseño se realizó utilizando el método del factor de seguridad (Shigley y Mischke, 1990 y Srivastava et al., 1993) y el programa Mechanical Desktop 2.0 y la construcción y ensamble siguiendo las normas de seguridad o de diseño establecidas por la ASABE (American Society of Agricultural and Biological Systems Engineers).

Sistema estructural. Un marco tipo cercha y forma rectangular, fabricado con ángulos de hierro de 5,08 cm (2,0 pulgadas), atiesados en las partes superior y media; ángulos de 3,81 cm (1 ½ pulgadas) que soportan

Figura 1. Prototipo COVAUTO para cosechar café aplicando vibración al follaje,Construido en CENICAFÉ

el peso de todos los componentes y tubos de acero Schedule 40 como base para las ruedas y futuro sistema de dirección hidráulica (Figura 1). La estructura tiene 2 m de ancho, por 2 m de alto y 3 m de largo.

Sistema de potencia. Motor Diesel Perkins de 29,9 kW (40 HP) de potencia y 235 kg de peso, situado en la parte posterior izquierda (mirado de frente) y con un despeje de un metro con respecto al suelo.

Sistema de combustible. Compuesto por la bomba de alimentación de combustible adjunta al motor y un tanque de combustible de 209 L (55 galones), de forma rectangular y ubicado en la parte posterior izquierda y superior de la estructura (mirado de frente).

Sistema hidráulico. En la Figura 2 se presenta el diseño del sistema hidráulico instalado en el COVAUTO, incluyendo los sensores correspondientes con todos sus elementos.
Conjunto de vibradores. Cada uno consta de un eje principal de acero de 6,35 cm (2,5”) de diámetro y dos ejes secundarios de acero de 5,08 cm (2”) de diámetro, unidos a dos placas, también de acero, de 6,35 mm (¼”) de espesor, que integran un sistema de transmisión por piñones (60B27 con manzana para bufin) y cadena ANSI #60 (paso 19,05 mm ó ¾”), que transmiten el movimiento a un par de masas excéntricas de peso variable (2 a 10 kg) y que proporcionan el movimiento vibratorio deseado. En cada uno de los ejes está acoplado un motor hidráulico, responsable de suministrar potencia al sistema.

Porta-varillas oscilatorias. Tubos de acero de 10,16 cm (4,0”) de diámetro, concéntricos con los ejes principales, y unido al conjunto vibrador por medio de bridas de teflón, que tienen movimiento circular independiente de los ejes principales, gracias a los rodamientos rígidos de bolas situados en los extremos (Figura 3).

Varillas oscilatorias. De 40 cm de longitud y 0,95 cm (3/8”) de diámetro, montados a lo largo de los tubos porta- varillas sobre anillos de teflón (inicialmente 20 varillas por cada anillo y entre 9 y 20 anillos por tubo); en un comienzo se realizaron ensayos con macana (Wettinia kalbreyeri). Se ubicaron sensores en algunos de ellos para analizar las fuerzas de impacto y de desprendimiento de granos.

Figura 2. Circuito hidráulico diseñado para el COVAUTO

21 placas fabricadas en PVC, situadas en la parte inferior del vehículo, cuyo objetivo es capturar los frutos que caen, a medida que el COVAUTO pasa por el surco, y descargarlos a unas bandejas situadas a ambos lados de éste (Figura 3).

Figura 3. Detalles de las varillas oscilatorias y del sistema de captura de frutos desprendidos.

Sistema de enganche. Por tratarse inicialmente de una

(a )

Figura 4. COVAUTO en posición de transporte (a) y conjunto tractor-COVAUTO en posición de trabajo (b)

máquina de tiro, el COVAUTO se diseñó para ser remolcado desde un solo punto, mediante una barra de tiro construida de eje cuadrado calibrado de 38,1 mm (1 ½”) de lado y de 2 metros de longitud. En la Figura 4(a) se observa el sistema de enganche en posición de transporte y en la Figura 4(b) en posición de trabajo. En esta última posición el COVAUTO posee dos varillas guías delanteras para levantar las ramas bajas del árbol y conducirlas por encima de las placas hacia el sistema de varillas oscilantes.
Tractor agrícola. La potencia para remolcar el COVAUTO en la Granja (CENICAFÉ) y en cafetales en la Estación Central Naranjal fue suministrada por dos tractores, de doble transmisión, de 15,7 kW (21 HP) y 22,4 kW (30 hp), respectivamente.

Instrumentación electrónica del COVAUTO

Los sensores y los instrumentos de medición y control fueron seleccionados teniendo en cuenta los principales parámetros a evaluar: fuerza de tiro requerida por el COVAUTO, frecuencia de los agitadores, amplitud de oscilación de los dientes y potencia requerida para la operación del sistema vibrador.

En la selección de la instrumentación telemétrica se tuvieron en cuenta las evaluaciones que se hicieron en el campo, específicamente en la Estación Central Naranjal, situada a 12 km del laboratorio de cosecha mecánica de la Disciplina de Ingeniería Agrícola de Cenicafé.

Figura 4. COVAUTO en posición de transporte (a) y conjunto tractor-COVAUTO en posición de trabajo (b)

Celda de carga. Con rango de 0 a 138,9 N y resolución de 1 N, para medir la fuerza de tiro requerida por el COVAUTO, tanto en posición de transporte como en posición de trabajo, instalada entre la barra de tiro del tractor y la barra de enganche del COVAUTO.

Acelerómetros. Se utilizaron acelerómetros referencia ADXL 190, con rango de ± 100 g y resolución de 40 mg, producidos por la empresa Analog Devices.

Control de flujo compensado. Referencia PCM 800, de pistón diferencial, caudales máximo y mínimo de 57 y 5,7 LPM, caída de presión de 1,03 MPa.

Transductor de presión. Referencia K17M0242 HM, rango 0-26,7 MPa, Exactitud y coeficiente térmico 1% ± 0.04%.

Transductor de flujo. Referencia SN 64407-KB, Rango de medición 0-182,4 LPM.

Indicador de RPM. Rango de medición 5-100000 RPM, precisión ± 1 RPM.
Extensómetros eléctricos. Se instalaron 16 deformímetros (strain gauge) en la estructura en pórtico del COVAUTO con el fin de medir los esfuerzos que se generan en condiciones de campo en los puntos considerados críticos. Se hicieron medidas bajo condiciones estáticas y en campo.

Interfaz mecánica de los Acelerómetros. Los acelerómetros se colocaron en puntos estratégicos de las varillas oscilantes del cepillo. La señal eléctrica desde el acelerómetro se transmitió mediante un acople mecánico de escobillas sin pérdidas, gracias a un filtro pasabajos, el cual actuó como un circuito de muestreo y retención. En total se contó con ocho dispositivos de escobillas; seis para los sensores y dos para la aplicación del potencial de polarización al acelerómetro.

Unidad Inteligente de proceso (UIP). Constituida por un microcomputador basado en un microcontrolador de la familia PIC. Realiza las operaciones de adquisición, digitalización y transmisión. El formato final de las señales fue 0 – 5 voltios. Las salidas se llevaron a través de un multiplexador hasta el conversor análogo/digital.

Radio. La transmisión se obtuvo mediante un radio

Motorola de 2 W, en el rango de frecuencias de 470 a 500 MHz.
Receptor. La señal transmitida se recuperó mediante una antena yagi de 10 decibeles de ganancia y conducida al radio receptor, también Motorola.

Software de adquisición. La adquisición, visualización, procesamiento, registro y segunda transmisión era ordenada por un programa en ambiente Windows (LAB-VIEW).
Otros elementos. La unidad telemétrica operó con batería recargable de 12 voltios y 40 amperios, dotada con cargador automático.

Etapa 2. Puesta a punto del sistema telemétrico y el conjunto tractor - COVAUTO

Se verificó el funcionamiento del equipo y se comparó con el previsto en el diseño, sin cafetos, en cuanto al rango de operación del sistema, esto es: rango de frecuencia de los agitadores (8,3 a 16,7 Hz), rango de velocidad de desplazamiento (0,5 a 2 km/h), amplitud de oscilación de los dientes para las diferentes masas definidas en el diseño y para tres materiales de los dientes (2 y 12 cm), potencia requerida en el rango de operación del sistema vibrador (hasta 3 kW/ vibrador) y la potencia requerida en la barra de tiro del COVAUTO para el rango de velocidad obtenido con el desplazamiento del conjunto ( 2,2 – 7,5 kW).
En la Tabla 2 se presentan las características técnicas medidas y evaluadas en el COVAUTO

Tabla 2. Características técnicas del prototipo experimental (COVAUTO)

:

* No disponible.
En la Tabla 3 se presenta el rango de velocidad del conjunto tractor (Kubota) - COVAUTO en posición de trabajo sin carga (evaluación sin cafetos), que varió entre 1,08 y 11,08 km/h. Asímismo, se presentan los valores de tiro para remolcar el COVAUTO en diferentes marchas del tractor Kubota, en terreno plano cubierto con césped. De acuerdo con los valores, el tiro máximo promedio fue de 1800 N, valor que se considera normal para este tipo de equipos.

Tabla 3. Velocidad y fuerza promedio de arrastre (tiro) promedio para el COVAUTO en posición de trabajo sin carga, en terreno plano.

Ensayos preliminares con el COVAUTO

Deformaciones en la estructura del COVAUTO. Fueron ubicadas seis galgas o extensómetros eléctricos en puntos considerados críticos en la estructura en pórtico del COVAUTO. Utilizando el sistema telemétrico para las pruebas de campo se obtuvieron las máximas deformaciones medidas para las galgas cuando el COVAUTO se desplazó en condiciones de transporte y trabajo, en el lote situado en La Granja, durante 15 minutos de operación. Los valores máximos fueron 55 mm y 62 mm, considerados bajos para este tipo de estructura y para esta prueba específica.

Aceleración en las varillas oscilantes. Condiciones de operación del COVAUTO:

- Velocidad de desplazamiento : 1 km / h
- Frecuencia de los agitadores : 13,3 Hz
- Peso de las masas excéntricas en el conjunto vibrador: 4 kg
- Anillos con dedos de macana en el agitador 1 : 5 (tercio superior)
- Anillos con dedos de plástico (prolón) en el agitador 1 : 1
- Anillos con dedos de macana en el agitador 2 : 6 (tercio superior )
- Anillos con dedos de plástico en el agitador 2 : 1.

En el agitador 1 se ubicaron dos acelerómetros (ADXL150 de ANALOG DEVICES), uno con rango ±100g en el extremo de una de las varillas oscilantes, a una altura del suelo de 1,49 m y el otro con rango ±50g en una varilla de plástico a 1,16 m de la superficie del suelo.

En el agitador 2 se ubicaron tres acelerómetros de las mismas características, el primero con rango de ±50g en la mitad de una varilla de macana a 1,41m de la superficie del suelo, el segundo con rango de ±100g en otra varilla de macana a 1,41 m de la superficie del suelo y el tercero con rango de ±50 en el extremo de una varilla de plástico (prolón) a 1,21 m de la misma superficie.

Utilizando el sistema de adquisición con telemetría, se registraron los valores pico medio de las aceleraciones tangenciales y los espectros de magnitud para la aceleración o espectro de las señales.

Para el agitador 1, la varilla de macana en su extremo registró una aceleración tangencial de 22 g, mientras en el extremo de la varilla de plástico se registró una aceleración tangencial de 24 g. Los espectros de magnitud para ambas varillas a la frecuencia de 13,3 Hz (798 cpm) fueron de 11,8g para la varilla de macana y de 17 g para la varilla de plástico (prolón). Como se pudo constatar visualmente y como lo indica el resultado anterior, la varilla de plástico presentó un comportamiento muy flexible para impactar el follaje del árbol.

Para el agitador 2, los resultados muestran:

Aceleración tangencial en el extremo de la varilla de macana : 15 g
Aceleración tangencial en el extremo de la varilla plástica : 22 g
Aceleración tangencial en la mitad de la varilla de macana : 9 g

Los espectros de magnitud para las varillas de macana en la frecuencia de excitación de 13,3 Hz (798 cpm) son de 10 g en el extremo de la varilla y de 7g en la mitad de la varilla. La varilla de plástico en su extremo y a la frecuencia de 13,12 Hz (787 cpm) presenta una aceleración de 17,5 g, valor que indica que es muy frágil para ser considerada como un material promisorio en la aplicación de vibraciones en el follaje del árbol de café.
Aceleración en el árbol. Con el fin de obtener información sobre la respuesta del árbol a las aceleraciones impuestas a las ramas por los dedos o varillas del COVAUTO, conforme con las condiciones de operación indicadas en el numeral anterior, cuando el conjunto tractor-prototipo experimental se desplazó sobre un surco en el lote de La Granja, fue escogido un árbol al azar (altura 2,15 m), al que se le ubicaron acelerómetros biaxiales y uniaxiales, tal como se indica en las Figuras 5a y 5b.

Figura 5a

TABLA 5. Aceleraciones en ramas de café impactadas por las varillas oscilatorias del COVAUTO.

Figura 5b. Esquema de vista en planta de los agitadores y el árbol. Ubicación de los acelerómetros A1, A2, B1, B2,C1,C2.

. Los acelerómetros A1 y A2 fueron ubicados a 14 cm del tronco y a 1,51 m de la superficie del terreno.
. Los acelerómetros B1 y B2 fueron ubicados a 21 cm del tronco y a 1,5 m de la superficie del terreno.
. Los acelerómetros C1 y C2 se ubicaron a 31 cm del tronco y a 1,61 m del suelo.
. El acelerómetro biaxial D fue ubicado en el tronco y a 30 cm de la superficie del suelo.

Los valores de las aceleraciones, sus direcciones y espectros de magnitud se indican en la Tabla 5.

El análisis de los espectros de magnitud indica que el valor de la frecuencia medida en las ramas donde se ubicaron los acelerómetros es igual al registrado en los puntos de las varillas donde se ubicaron los acelerómetros. En general, la frecuencia es la misma en los sitios de medición.

Con relación a la aceleración, las ramas registraron valores muy inferiores a los observados en las varillas oscilantes del COVAUTO. Mientras que en el extremo de las varillas de macana del cepillo 1 se registró una aceleración tangencial de 22 g, el acelerómetro B1 (Tabla 5) ubicado en su línea de acción respondía con (52 + 72)1/2 = 8,6g. En el caso del acelerómetro C1 ,ubicado en la línea del cepillo ó agitador 2, la disminución en la aceleración, cuando se analiza la varilla de macana, prácticamente se reduce a la mitad (pasa de 15g a 7,1g). Una probable explicación a esta disminución en la aceleración puede ser, entre otras; el número de varillas que impactaron la rama bajo las condiciones de operación de estas pruebas. Para una velocidad de desplazamiento de 1 km/h, el tiempo de contacto de los agitadores con el árbol fue de 8s (se observa que en los 3 primeros segundos la aceleración fue muy baja). Durante este tiempo los agitadores rotaron 285,12o. Con anillos de 20 varillas se tendrán aproximadamente impactando la rama 14 varillas y con un “set” de 6 anillos estuvieron en contacto con el árbol 84 varillas, de las 120 que llevaba el agitador en este ensayo.

Etapa 3. Ensayos en campo con el COVAUTO

Los ensayos se realizaron en el lote La Guamera, Estación Central Naranjal, ubicada en el municipio de Chinchiná (Caldas), en tres surcos, de aproximadamente 100 m de longitud cada uno, árboles de variedad Colombia, plantillas de segunda cosecha, sembradas a 2,0 m x 0,70 m. Tres semanas antes de los ensayos se aplicó Ethrel en concentración de 800 ppm. Los resultados obtenidos se presentan en la Tabla 6.

Tabla 6. Desempeño en cosecha del prototipo COVAUTO

*MMC: Frutos maduros en el café cosechado, %

A partir de los resultados presentados en la Tabla 6 se tiene que:

La calidad del café cosechado no es aceptable para los estándares colombianos. Este resultado refleja la baja selectividad de la tecnología y el excesivo tiempo de agitación del follaje de los árboles con las varillas oscilantes, 3,7 min/árbol, notoriamente superior al observado en la cosecha de café en Brasil con equipo similares (2 s/árbol). Para mejorar la calidad de recolección, al igual que en los países que la utilizan, se debe emplear la tecnología en árboles con alto porcentaje de frutos maduros (mayor del 80%) con velocidad de avance de 0,4 a 0,5 m/s, que permite tiempos de agitación de 2 a 3 s/árbol, con menores tiempos cuando la carga de frutos maduros sea baja, situación que se presenta al inicio de la cosecha. La eficacia lograda, aunque fue inferior a la mínima esperada (más del 90%), es aceptable.
El rendimiento obtenido fue bajo. Depende de varios factores, entre ellos la carga de frutos maduros (kg/árbol), la eficacia de desprendimiento y la velocidad de avance del equipo, que en promedio en las pruebas fue muy baja (0,061 m/s), notoriamente inferior a la velocidad observada en los equipos utilizados en la cosecha de café en Brasil (0,4 a 0,6 m/s).

2. CONCLUSIONES

1. Impactando el follaje de árboles de café variedad Colombia, plantillas de 2a cosecha, con 49.7% de frutos

maduros, a 900 cpm con velocidad de avance de 0,061 m/s y con masas desbalanceadas de 10 kg., se desprendió el 71,3% de los frutos maduros presentes en el árbol con alto porcentaje de frutos verdes en la masa cosecha (52,3%) no aceptable para los estándares de Colombia.

2. Cosechadores tipo pórtico, como el COVAUTO ó de similares especificaciones, se pueden utilizar en cafetales sembrados con distancia entre surcos de 2,0m, con pendientes máximas transversal y longitudinal de 47% y 58%, respectivamente.

3. La frecuencia en las ramas del café es igual a la de las varillas que las golpean.

4. Las aceleraciones en las ramas son muy inferiores a las medidas en las varillas oscilantes de macana (Wettinia kalbreyeri).

5. Para remolcar el COVAUTO en terreno plano a una velocidad de 1,0 km/h se requiere una fuerza de 1.800 N.

3. AGRADECIMIENTOS

Los autores manifiestan sus agradecimientos a la Federación Nacional de Cafeteros de Colombia, al Instituto Colombiano para el Desarrollo de la Ciencia y la Tecnología “Francisco José de Caldas” – COLCIENCIAS, por su apoyo financiero; al personal técnico de la Disciplina de Ingeniería Agrícola del Centro Nacional de investigaciones de Café - CENICAFÉ, por todos sus aportes y al personal de Mecánicos y Auxiliares del Taller de Ingeniería Agrícola del Centro Nacional de Investigaciones de Café - CENICAFÉ, por su colaboración en la construcción del prototipo experimental.

4. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

 

Adrian, P. A. and Fridley, R. B. (1965). Dynamic design criteria for inertia type shaker. Transactions of the ASAE 8(4):12-14.
Álvarez, M.F. (1990). Cosecha mecánica de café en ladera. Experimento ING-101, Chinchiná, CENICAFE. Disciplina de Ingeniería Agrícola. 65p. (Informe de año sabático Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín).

Álvarez, T. E. (1998). Estudio de las propiedades físico-mecánicas del sistema fruto-pedúnculo del café variedad Colombia. Medellín, Universidad Nacional de Colombia. Facultad de Ciencias Agropecuarias, 110p. (Tesis: Ingeniera Agrícola).

Arcila, P. J. (1990). Productividad potencial del cafeto en Colombia. Centro Nacional de Investigaciones de Café. Cenicafé. 50 años de CENICAFE. 1938-1988. Conferencias conmemorativas Chinchiná, Cenicafé, p. 105-119.

Aristizábal, D. (1998). Estudio del efecto de la vibración del árbol de café en la selectividad de la cosecha. Chinchiná, Cenicafé,. 46p.

Ciro, V. H. J. (1997). Estudio dinámico de la rama de café para el desarrollo de la cosecha mecánica por vibración. Medellín, Universidad Nacional de Colombia. Facultad de Ciencias Agropecuarias, 98p. (Tesis: Ingeniero Agrícola).

Crisosto, C.,H.; Nagao, A. (1991). Evaluation of fruit removal force of coffe cultivars. HortScience 26(2): 210.

Federación Nacional de Cafeteros de Colombia. FEDERECAFÉ (1979). Manual del cafetero colombiano. 4.ed. Bogotá, FEDERECAFÉ,. 209p.

Honda, A. F., Fava, J. F.M., Sartori, S. y Bastos, M. V. (1979). Efeito da colheita mecânica no cafeeiro. 7° Congresso Brasileiro de Pesquisas Cafeeiras. IBC/GERCA.

Jacquet, M. (1998). La récolte mécanique du café: situation actuelle. Montpellier.

Kashima, T. (1985). Colheita mecanizada do café: equipamentos, desempenho e custo a nível de propriedade. 12° Congresso Brasileiro de Pesquisas Cafeeiras. JACTO.

Martínez, R. A., Vega T. R., Molina, M.E., Aguilar, G.

R., Morales, F. A. (1988). Reporte de investigaciones sobre cosecha mecanizada de café. (Parte I). La Habana. ISCAH,.p 3-89.

Martínez, R. A., Morales, F.J., Gómez, A.D. y Aloysius, H. N. (1989). Determinación de parámetros de un órgano de trabajo para cosecha mecanizada de café por vibración. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias 2(3): 27-49.

Monroe, G. E. and Wang, K.J. (1968). Systems for mechanically harvesting coffee. Transactions of the ASAE 11(3): 270-278.

Ometto, D. A. (1987). A new Brazilian coffee harvester. In: Simposio Internazionale sulla Meccanizzazione Agrícola. Bologna, November, p. 55-58.

Ortiz, C. J. y Gil S.J. (1986). Diseño de vibradores de tronco para la recolección de aceituna. Anales del Instituto Nacional de Investigaciones Agrarias 1(1): 65-84.

Ortiz, C. J. y Hernanz, A. (1989). Técnica de la mecanización agrária. 3.ed. Madrid, Ediciones Mundi-prensa, 641 p.

Pellenc, R., Argenson, M., Bonicelli, B. and Sevilla, F. (1983). Impulse shaking of tree fruit in France. In: International Symposiom on Fruit, Nut and Vegetable Harvesting Mechanization. Bet Dagam, october 5-12, Proceeding.p.97-102.

Sartori, S., Bastos, M. V., Tango, A. H. and Fava J. F. M. (1983).Derriçadora de café montada em trator cafeeiro. 10° Congresso Brasileiro de Pesquisas Cafeeiras. JACTO.

Shellenberger, F. A., Myres, A. L. and Monroe,G.E. (1969).Hand-carried, coffe-harvesting equipment. Transactions of the ASAE 12(6): 763-765.

Shigley, J. E. y Mischke, C.R. (1990). Diseño en Ingeniería Mecánica. 5 ed.(Cuarta edición en español). McGraw – Hill, México, 883 p.

Srivastava A. K., Goering E. C. and Rohrbach, R. P. (1993). Engineering principles of agricultural machines. St. Joseph , ASAE,. 60 p.

Tuck, C. R. and Brown, F.R. (1974). Dynamics of a torsional type inertia shaker. Journal of agricultural Engineering Research 19(3): 213-225.

Wang, K.J. (1965). Mechanical coffee harvesting (Part A, B). Transactions of the ASAE 8(3): 400-405.

Wang, K.J. and Shellenberger, F.A. (1965). Effects of cumulative damage due to stress cycles on selective harvesting of coffee. Transactions of the ASAE 10(2): 252-255.

Watson, A.G., Scudder, R. and Marmo, P.A. (1979). Eficiencia do derricadora e recolhedor de café pela colhedeira mecánica nas variedades catuaí e mundo novo no Estado de Sao Paulo. In: Congresso Brasileiro de Pesquisas Caffeiras, 7 dezembro 4-7,1979. Resumos. Rio de Janeiro,IBC- GERCA, p.7-10.

Wong, C. K. (1995). Dynamics of a torsional type inertial coffee harvester. Ohau , University of Hawaii, 66p. ( Thesis: Magister of Science).

Yung, C. and Wang, K. J. (1969). Response of coffee laterals to circular base motion. Transactions of the ASAE 12(5): 580-583.