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Dise�o de una m�quina empaquetadora de pasto verde para uso ganadero

 

 

Design of a green grass packing machine for livestock use

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Projeto de m�quina de embalagem de grama verde para uso pecu�rio

 

 

 

Dennis Holger Zambrano-Silva ^I

dennis.zambranos@ug.edu.ec

https://orcid.org/0000-0001-7518-0366

 

 

Katusca Tamara Valle-Navarro ^II

katusca.vallen@ug.edu.ec

https://orcid.org/0000-0002-3337-8371

 

 

 

Correspondencia: dennis.zambranos@ug.edu.ec

 

 

Ciencias t�cnicas y aplicadas

Art�culo de investigaci�n

 

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*Recibido: 05 de julio de 2020 *Aceptado: 20 de agosto 2020 * Publicado: 01 de septiembre de 2020

 

 

1. Mag�ster en Sistemas de Producci�n y Productividad, Ingeniero Industrial, Universidad Estatal de Guayaquil, Guayaquil, Ecuador.
2. Mag�ster en Administraci�n de Empresas Menci�n en Recursos Humanos y Marketing, Ingeniera Mec�nica, Universidad Estatal de Guayaquil, Guayaquil, Ecuador.

Resumen

La alimentaci�n es una de las bases fundamentales para el crecimiento y desarrollo de los animales y m�s cuando estos �ltimos son dedicados al pastoreo o cr�a con el fin de obtener productos como la leche o la carne. El pasto verde posee grandes nutrientes que permiten reflejar estas condiciones en el animal y as� poder incrementar los ingresos en el sector agropecuario y ganadero. Es por ello, que se requiere de un forraje y ensilaje para que dicho alimento perdur� durante un tiempo largo y pueda el ganado alimentarse en �poca de sequ�a. Por lo cual, el objetivo general de esta investigaci�n es analizar las caracter�sticas del dise�o de una m�quina empaquetadora de pasto verde para uso ganadero. La metodolog�a empleada se bas� en el desarrollo de t�cnicas de car�cter documental y bibliogr�fico. Los resultados se basaron en los m�dulos mec�nicos y los planos del dise�o para la fabricaci�n de la m�quina. Como conclusi�n se� dise�aron los m�dulos mec�nicos necesarios para la construcci�n de la maquina como lo son, el m�dulo de tolvas que permite la entrada y salida del pasto respectivamente, el m�dulo de transmisi�n que permite el movimiento del sistema de trituraci�n, el m�dulo de trituraci�n que permite el corte del pasto en porciones peque�as,� el m�dulo de la estructura que permite soportar el peso de todos los elementos mec�nicos y adem�s se cre� el sistema neum�tico que permite el sellado de los silos de bolsas pl�sticas.

Palabras Claves: ganado; alimento; pasto verde; empaquetadora

 

Abstract

Food is one of the fundamental bases for the growth and development of animals and more so when the latter are dedicated to grazing or breeding in order to obtain products such as milk or meat. Green grass has great nutrients that reflect these conditions in the animal and thus be able to increase income in the agricultural and livestock sector. For this reason, forage and silage are required so that this food lasts for a long time and the cattle can feed in the dry season. Therefore, the general objective of this research is to analyze the design characteristics of a green grass packing machine for livestock use. The methodology used was based on the development of documentary and bibliographic techniques. The results were based on the mechanical modules and design drawings for the manufacture of the machine. As a conclusion, the mechanical modules necessary for the construction of the machine were designed, such as the hopper module that allows the entry and exit of the grass respectively, the transmission module that allows the movement of the crushing system, the crushing module that allows the cutting of grass in small portions, the module of the structure that allows to support the weight of all the mechanical elements and also created the pneumatic system that allows the sealing of the silos of plastic bags.

Keywords: won; food; green grass; packing

 

Resumo

A alimenta��o � uma das bases fundamentais para o crescimento e desenvolvimento dos animais e ainda mais quando estes se dedicam ao pastoreio ou � cria��o para a obten��o de produtos como o leite ou a carne. A grama possui �timos nutrientes que refletem essas condi��es no animal e, assim, podem aumentar a renda do setor agropecu�rio. Por isso, a forragem e a silagem s�o necess�rias para que esse alimento dure por muito tempo e o gado possa se alimentar na esta��o seca. Portanto, o objetivo geral desta pesquisa � analisar as caracter�sticas de projeto de uma embaladora de grama verde para uso pecu�rio. A metodologia utilizada baseou-se no desenvolvimento de t�cnicas documentais e bibliogr�ficas. Os resultados foram baseados nos m�dulos mec�nicos e desenhos de projeto para a fabrica��o da m�quina. Em conclus�o, foram concebidos os m�dulos mec�nicos necess�rios � constru��o da m�quina, como o m�dulo de tremonhas que permite a entrada e sa�da da erva respetivamente, o m�dulo de transmiss�o que permite a movimenta��o do sistema de tritura��o, o m�dulo de tritura��o que permite o corte da grama em pequenas por��es, o m�dulo da estrutura que permite suportar o peso de todos os elementos mec�nicos e tamb�m criou o sistema pneum�tico que permite a veda��o dos silos de sacos pl�sticos.

Palavras-chave: Ganhou; Comida; grama verde; embalagem

 

Introducci�n

El ganado es una fuente segura de alimentos para la sociedad y es por ello, que su cr�a da garant�a de obtener los productos m�s importantes en el desarrollo de la salud de los individuos, como son la leche y la carne roja. En otras palabras, es un conjunto de animales de cierta especie de los que se cr�an para la explotaci�n, donde el ganado mayor comprende los caballos, asnos, mulas, bovino, etc., y el ganado menor se compone de corderos, cabras, cerdos, etc. (Larousse, 1992).

Los sistemas productores de ganado bovino, por ejemplo, tienen par�metros de funcionamiento. En donde, la mayor�a de los sistemas ganaderos productores de carne, las caracter�sticas que m�s influyen en los costos de operaci�n son: la eficiencia reproductiva de la vaca, que se mide de acuerdo al porcentaje de terneros destetados y el desempe�o productivo del ternero (Zapata, Garay, & Restrepo, 2007).

Un factor importante en el desarrollo del ganado en funci�n del tiempo es la alimentaci�n. Se alimenta con pastos naturales Paspalum notatum, Bothriochloa pertusa, Panicum maximum y Cynodon nlemfluensis (Espinoza Villavicencio, y otros, 2015). Estos son la principal fuente de alimentos para los rumiantes, especialmente en los sistemas extensivos, donde existe la tendencia de un incremento en el uso de los forrajes, como el pasto picado y el heno en la �poca de sequ�a, mientras que en los intensivos tambi�n se les suministra a los bovinos alimentos concentrados.

Las principales limitantes en la producci�n de pastos son la estacionalidad clim�tica, la mayor superficie son pasturas nativas o degradadas, con bajo potencial de producci�n de materia seca y limitado valor nutritivo, manejo inapropiado del pastoreo, ausencia de planes de fertilizaci�n de acuerdo a los requerimientos de las especies y del suelo, escasa producci�n de semillas de pastos, falta de infraestructura como riego, drenajes, construcci�n de callejuelas y cercas que mejoren la eficiencia en el uso de las pasturas.

Del mismo modo, el suministro uniforme de pastos, ha sido el principal problema, en la ganader�a, no solo por sus efectos directos en la producci�n y sus costos, sino por las secuelas en la salud de los animales y en la degradaci�n de los pastizales. El pastoreo diferido, el riego especialmente de pastos para corte y la conservaci�n ya sea como heno o silo, han sido las formas te�ricas de solventar el problema en las regiones con estacionalidad acentuada.

Uno de los factores que permite una mayor proporcionalidad del alimento y as� de la ganancia de peso es la henificaci�n. Esta se ha orientado hacia un cultivo semi-industrializado, con altas inversiones en climas menos h�medos y con elevados precios de venta, casi similares a los alimentos concentrados. Estas actividades requieren alta inversi�n, planificaci�n y un trabajo adicional que a menudo no es compensado en el corto plazo por un cambio en los niveles de producci�n.

Un aspecto a considerar es el ensilaje como t�cnica de empaquetado con el fin de obtener un producto acorde y de calidad necesario para el ganado. Es una t�cnica de conservaci�n de forraje verde mediante fermentaci�n anaer�bica (sin presencia de ox�geno), que cuando est� bien implementada permite mantener y conservar la calidad nutritiva del pasto verde durante mucho tiempo. Adem�s, se destacan por ser los recursos para alimentaci�n invernal, debido a su contenido proteico (>22%) y energ�tico (>2,8 Mcal/kg) (Anrique, 2014).

El punto fundamental es evitar el contacto del forraje ensilado con el aire, lo cual se logra mediante una buena compactaci�n y almacenamiento en un ambiente totalmente herm�tico, lo cual puede lograrse por el acondicionamiento de alguna estructura sellada y/o mediante su cubrimiento con pl�stico.

Esta t�cnica es bastante desarrollada, pero con altos costos de capital para la compra de equipos que son fabricados en el exterior. Es por ello, que se plantea surge la necesidad de la creaci�n de una m�quina trituradora y empaquetadora de pasto para el uso ganadero, la cual es una m�quina empleada para desmenuzar en trozos peque�os las plantas agrarias destinadas a la alimentaci�n del ganado, como lo es el pasto verde.

Esta m�quina consta de una serie de sistemas mec�nicos que tendr�n como fin el accionamiento del sistema de triturador, conformado por un juego de cuatro cuchillas y disco que servir� de soporte donde se triturar� el pasto en trozos peque�os, luego ser�n expulsados a trav�s de una tolva de descarga, en el cual su salida desembocar� en un saco. Seguidamente ser�n sellados, por medio de planchas de termofusi�n, por los extremos superiores, por el cual fue introducido el pasto verde ya desmenuzado, logrando as� la conservaci�n del mismo.

Por lo tanto, el objetivo general de esta investigaci�n es analizar las caracter�sticas del dise�o de una m�quina empaquetadora de pasto verde para uso ganadero. La metodolog�a empleada se bas� en el desarrollo de t�cnicas de car�cter documental y bibliogr�fico.

 

M�todo

La metodolog�a empleada se bas� en el desarrollo de investigaciones de tipo documental y bibliogr�fica a trav�s de medios como textos, documentos y art�culos cient�ficos publicados disponibles en la web. El procedimiento de investigaci�n se deriv� de los siguientes objetivos: Describir las caracter�sticas del ganado, establecer las caracter�sticas de alimentaci�n del ganado, determinar las caracter�sticas del empaquetado y desarrollar el dise�o mec�nico de la m�quina empaquetadora de pasto verde.

 

Resultados

M�dulos mec�nicos necesarios para la fabricaci�n de la m�quina

Para obtener el dise�o de la m�quina es preciso delimitar los m�dulos que son importantes para el desarrollo del objetivo que el empaquetado de pasto verde picado. Este sistema contara con una tolva de alimentaci�n, el sistema de transmisi�n, el sistema de corte por medio de un disco con cuchillas y el m�dulo de sellado. Esto se puede detallar en la Figura 1.

Figura 1. Estructura del modelo mec�nico a implementar en la m�quina empaquetadora de pasto verde.

Fuente: (BLANCO & MONTERO, 2016)

 

Existe un m�dulo importante en el desarrollo de la m�quina. Este es la estructura met�lica que soporta el equipo principal. Se evalu� un perfil cuadrado de 2x2 pulgadas con 100 cent�metro de longitud que act�a como apoyo para la mesa de la m�quina trituradora y empaquetadora de pasto verde, la cual presentar� condiciones en sus extremos de rotaci�n y traslaci�n fija, vi�ndolo como una columna (BLANCO & MONTERO, 2016).

Los resultados se basaron en los c�lculos del factor de fijaci�n de los extremos, longitud efectiva, raz�n de esbeltez, coeficiente cr�tico y el factor de seguridad para que la columna no falle por el peso. Para este �ltimo factor se obtuvo un factor de 1,88 que es mayor a 1, demostrando que no fallar�. La estructura se puede observar en la Figura 2.

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Figura 2. Estructura met�lica de la m�quina.

Fuente: (BLANCO & MONTERO, 2016)

 

Otro componente importante son las tolvas que conforman el sistema de alimentaci�n. Esta estructura por donde introducir� el pasto verde, en su interior posee un volante triturador el cual contiene 4 cuchillas para el triturado del pasto. Se utilizaron ecuaci�n que determinar�n los valores permisibles para su fabricaci�n. Estos son: c�lculo de volumen y espesor de la l�mina met�lica por medio de los esfuerzos normales y cortantes que sufrir� dicha estructura. Las dimensiones del mismo se muestran en la Figura 3.

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Figura 3. Dimensiones de la tolva de alimentaci�n.

Fuente: (BLANCO & MONTERO, 2016)

 

De la misma manera, el sistema de transmisi�n es de suma importancia en el proyecto debido a que permite el movimiento que proviene del motor el�ctrico al disco cortador de pasto verde. Para ello, es necesario el c�lculo de la potencia, c�lculo de potencia transferible, c�lculo de la velocidad lineal, c�lculo de las correas, c�lculo del eje de la transmisi�n y el factor de seguridad para que el eje de transmisi�n no falle el cual es de 184,5. El sistema se visualiza en la Figura 4.

Figura 4. Sistema de transmisi�n utilizado en la m�quina.

Fuente: (BLANCO & MONTERO, 2016)

 

Por otro lado, uno de los principales sistemas de la m�quina es el picador de pasto, el cual se convierte en la columna vertical de la m�quina. Este se encargar� de picar el pasto introducido por la tolva de alimentaci�n. El elemento utilizado es un disco o volante, dispuesto de tal forma que contenga las cuchillas y paletas ubicadas radialmente, las primeras se encargan del picado, mientras que las otras impulsan el pasto verde trav�s del conducto de descarga (BLANCO & MONTERO, 2016).

Para el dise�o de las cuchillas se toma en consideraci�n las ecuaciones de volumen, del peso de las mismas, esfuerzo de corte y factor de seguridad. Este �ltimo arroj� un valor de 76, el cual permite que la cuchilla no falle ante los cortes que har� en el pasto verde. Tambi�n se realizaron los c�lculos para el disco porta cuchilla. Este disco estar� girando a 3600 RPM (dato proporcionado por el motor seleccionado en el m�dulo de potencia) con una velocidad angular de 377 rad/seg calculado en el m�dulo de potencia, tendr� cuatro entradas de 120 mm de longitud, un ancho de 45mm, y un espesor de corte de 3mm (dimensi�n apropiada del trozo de pasto para el consumo de los diversos tipos de ganado, y evitar con esto problemas digestivos en los mismos). El factor de seguridad arrojado es de 1,02 lo cual soportar� las presiones ejercidas sobre �l. Este se puede detallar en la Figura 5.

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Figura 5. (A) Colocaci�n de las cuchillas en el portacuchillas y (B) especificaciones de las cuchillas.

Fuente: (BLANCO & MONTERO, 2016)

 

Seguidamente, se utiliza un sellador que permitir� cerrar el saco relleno de pasto verde que proviene de la zona de corte. Este sistema cuenta con un cilindro neum�tico de doble efecto con v�stago de acero inoxidable y una carrera de 15 cent�metros, ya que este permite mantener el compactado del silo hasta formarse uno nuevo. Las fuerzas que ejercer� este cilindro son: fuerza de avance de 1929,29 KgF, fuerza de retroceso de 1630,25 KgF y una fuerza de compactaci�n de 12,2Kbar. Este cilindro se muestra en la Figura 6.

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Figura 6. Cilindro neum�tico de doble efecto.

Fuente: (BLANCO & MONTERO, 2016)

 

Planos mec�nicos que conforman la maquina empaquetadora

El primer paso son los c�lculos mec�nicos para determinar la estructura met�lica que soportar� el peso de todos los implementos y m�dulos. En la Figura 7 se detalla el plano de dise�o de la estructura base de la m�quina empaquetadora de pasto verde.

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Figura 7. Plano de dise�o de la estructura met�lica que soportar� los dem�s m�dulos y dar� estabilidad a la m�quina empaquetadora de pasto verde.

Fuente: (BLANCO & MONTERO, 2016)

Para el dise�o de las tolvas se aplicaron los c�lculos respectivos arrojado los planos que se muestran en la Figura 8, Figura 9 y Figura 10. Para el sistema m�s importante del dise�o que es el disco con cuchillas se realizaron los c�lculos de esfuerzo que permitan soportar la resistencia generada por el volumen de pasto dentro de la tolva. En la Figura 11 y Figura 12 se pueden observar el plano del disco y el plano de la cuchilla, respectivamente.

En la Figura 13 se detalla el plano general de la maquina empaquetadora de pasto verde.

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Figura 8. Plano de la tolva de alimentaci�n.

Fuente: (BLANCO & MONTERO, 2016)

 

Figura 9. Plano de la tolva de descarga.

Fuente: (BLANCO & MONTERO, 2016)

 

Figura 10. Plano de la tolva de descarga rectangular.

Fuente: (BLANCO & MONTERO, 2016)

Figura 11. Plano del disco portacuchillas.

Fuente: (BLANCO & MONTERO, 2016)

 

Figura 12. Plano de la cuchilla.

Fuente: (BLANCO & MONTERO, 2016)

Figura 13. Diferentes vistas de la secci�n de la tolva de alimentaci�n que corresponde a la m�quina empaquetadora de pasto verde.

Fuente: (BLANCO & MONTERO, 2016)

 

Discusi�n y conclusiones

La alimentaci�n es una de las bases fundamentales para el crecimiento y desarrollo de los animales y m�s cuando estos �ltimos son dedicados al pastoreo o cr�a con el fin de obtener productos como la leche o la carne. El pasto verde posee grandes nutrientes que permiten reflejar estas condiciones en el animal y as� poder incrementar los ingresos en el sector agropecuario y ganadero.

Una de las t�cnicas es el forraje y ensilaje las cuales permiten una mayor perduraci�n del alimento debido a que lo deja herm�tico en un empaque a causa de la no presencia de ox�geno. Esta t�cnica es vital para aquellas zonas donde existen sequias que no permiten obtener el pasto de las praderas, por lo que se recurre a ente tipo de t�cnica para garantizar el alimento a los animales.

Poder producir este tipo de empaquetado requiere de alta inversi�n de capital por parte de los ganaderos. Para los peque�os y medianos productores de leche y carne es casi imposible esta adquisici�n, aunado a que la compra ser�a en el exterior por ser los m�ximos exponentes de esta t�cnica. Para ello se plantea la creaci�n de una m�quina empaquetadora de pasto verde para uso ganadero en la cual se utilizar�an recursos que se encuentran en el pa�s por ser de f�cil acceso.

Se dise�aron los m�dulos mec�nicos necesarios para la construcci�n de la maquina como lo son, el m�dulo de tolvas que permite la entrada y salida del pasto respectivamente, el m�dulo de transmisi�n que permite el movimiento del sistema de trituraci�n, el m�dulo de trituraci�n que permite el corte del pasto en porciones peque�as,� el m�dulo de la estructura que permite soportar el peso de todos los elementos mec�nicos y adem�s se cre� el sistema neum�tico que permite el sellado de los silos de bolsas pl�sticas.

 

Referencias

1.      Anrique, R. (2014). Composici�n de alimentos para el ganado bovino. Chile: Consorcio Tecnol�gico de la Leche y Fundaci�n para la Innovaci�n Agraria. Obtenido de http://uprid2.up.ac.pa:8080/xmlui/handle/123456789/2073

2.      BLANCO, S., & MONTERO, V. (2016). DISE�O DE UNA MAQUINA TRITURADORA Y EMPAQUETADORA DE PASTO VERDE PARA EL USO GANADERO. Carora, Venezuela: Trabajo de grado para optar al titulo de Ingeniero Mecatr�nico de la Universidad Nacional Experimental Polit�cnica Antonio Jos� de Sucre.

3.      Espinoza Villavicencio, J. L., Cer� Rizo, �., Guerra Iglesias, D., Palacios Espinosa, A., Dom�nguez Viveros, J., & Gonz�lez-Pe�a Fundora, D. (2015). Factores ambientales par�metros gen�ticos para algunas caracter�sticas reproductivas en bovinos Chacuba. Revista mexicana de ciencias pecuarias, 6(4), 431-441. Obtenido de http://www.scielo.org.mx/pdf/rmcp/v6n4/2448-6698-rmcp-6-04-00431.pdf

4.      Larousse. (1992). Diccionario enciclopedido Larousse, Tomo IV. Barcelona, Espa�a: Editorial Planeta, S. A.

5.      Zapata, E. A., Garay, O. V., & Restrepo, L. F. (2007). Caracter�sticas de crecimiento en bovinos mestizos en la costa norte Colombiana. Livestock Research for Rural Development, 19, 5., 1-11. Obtenido de https://www.researchgate.net/profile/Oscar_Vergara_Garay/publication/296812154_Growth_traits_in_crossbred_beef_cattle_in_north_Colombia/links/56eff72308ae3c6534365f14.pdf

�2020 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0) (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).