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Evaluación energética de la labor de rotura con tracción animal y tractor MTZ-510. Estudio de caso: Granja Guayabal, San José de las Lajas, La Habana, Cuba
Energetic evaluation of the ploughing using animal traction and MTZ-510 tractor. Case of study: Cuba, Havana, San José de las Lajas, Guayabal Farm
Roberto González Valdés1, Armando Garcia de la Figal1, Yanoy Morejón Mesa2 y Dianne Morales Rodriguez3
1 Dr.C., Prof. Titular, Universidad Agraria de La Habana, Fac. de Ciencias Técnicas, San José de las Lajas, La Habana, Cuba, CP: 32700. E-mail: RValdes@isch.edu.cu
2 Ing., Prof., Universidad Agraria de La Habana , Fac. de Ciencias Técnicas.
3 Ing. Egresado de la Universidad Agraria de La Habana , Fac. de Mecanización.
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RESUMEN. El presente trabajo se realizó en la finca “Guayabal”, área docente y de investigación del Instituto de Ciencia Animal (ICA), Provincia La Habana, Cuba, con el objetivo de realizar una evaluación energética comparativa de la labor de rotura del suelo Ferralítico Rojo con tracción motorizada (tractor MTZ-510+arado ADI-3) y tracción animal (yunta+arado criollo #2), el estudio se desarrolló para 1 ha de tierra, determinándose la productividad de ambos métodos de rotura, obteniéndose un valor de 0,24 ha/h para la tracción motorizada y de 0,05 ha/h para la tracción animal. Se utilizaron métodos establecidos por diversos autores y la ecuación racional de tiro propuesta por Goriachkin, V. P., obteniéndose un gasto total de energía: con tracción motorizada de 1278,91 MJ/ha; con tracción animal de 1213,23 MJ/ha. La eficiencia energética de la energía directa con respecto a la energía secuestrada total en la motorizada es de 9,57 % y la animal de 5,6 %, y la eficiencia energética de la energía directa respecto a la energía gastada a partir de la suministrada en la tracción motorizada es de 11,38 % y con tracción animal es de 7,09 %. Sin embargo, la energía secuestrada total por m3 de volumen roturado para una ha es 21,22 % mayor para el tiro animal que para el motorizado. Se incluye el análisis económico teniendo en cuenta los costos de inversión, depreciación, mantenimientos, reparaciones y de las diferentes fuentes de energía, obteniéndose un costo total en la labor de rotura con tracción animal superior a la tracción motorizada en 78,10 peso.
Palabras clave: energía, evaluación, tracción, rotura.
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ABSTRACT. The present work was carried out in “Guayabal” farm, an investigative educational area of the Institute of Animal Science (ICA), Havana province, Cuba, with the objective of carrying out a comparative energy evaluation during ploughing labor in a Red Ferralític soil using motorized traction (MTZ-510 tractor + ADI-3 plow) and animal traction, the study was developed for 1 ha, being determined the productivity of both ploughing methods, being obtained a 0,24 ha/h value for the motorized traction and of 0,05 ha/h for the animal traction. During the experiment deferent methods proposed by several authors and the rational equation given by Goriachkin, V. P., being obtained a total energy expense using motorized traction of 1278,91 MJ/ha and using animal traction of 1213,23 MJ/ha. The efficiency in the use of energy expressed as direct energy with regard to the total energy sequestered in the motorized and the animal labor were 9,57 and 5,6 %, respectively; and the energy efficiency of the direct energy regarding the kidnapped energy starting from the given in the motorized traction was 11,38% and with animal traction 7,09 %. However, the total kidnapped energy for one m3 of plowed soil was 21,22 % higher for the animal shot than for the motorized. An economic analysis is included keeping in mind the investment costs, depreciation, maintenances and repairs, as well as, the costs of the different energy sources, being obtained a total cost in the ploughing with superior animal traction to the traction motorized in 78,10 peso.
Keywords: energy, evaluation, traction, ploughing.
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INTRODUCCIÓN
En la actualidad los gastos de energía se encuentran específicamente a partir de los combustibles fósiles, como es el caso del petróleo; esto esta influenciado por las políticas neoliberales y el consumismo excesivo de los países desarrollados que han provocado las llamadas “Guerras de Intervención” en los países productores de petróleo y, debido a lo cual, en la actualidad el precio del barril de petróleo sobrepasa los cien dólares.
La producción agrícola depende en gran medida del consumo de energía, específicamente en las labores agrícolas como es el caso de la preparación de suelo y, dentro de ella, su proceso fundamental: la aradura o rotura que representa un consumo cerca del 30 al 35% de los costos de producción y aproximadamente el 40% de los gastos energéticos de los trabajos agrícolas, por lo que la aradura debe realizarse con la máxima calidad, con un estricto cumplimiento de las exigencias agrotécnicas y con el propósito de optimizar los gastos económicos y energéticos, debido a su gran influencia en los rendimientos y los costos de producción.
Para países pobres y subdesarrollados la FAO recomienda animales de tiro, teniendo en cuenta sus perspectivas y desarrollo, así como el ahorro de combustibles fósiles (Ezcurra, 1990).
En la agricultura cubana actual se utilizan tanto la tracción animal, como la motorizada, pero debido a los elevados costos de los hidrocarburos es necesario considerar la eficiencia que pueden tener estos métodos en la agricultura para garantizar la sostenibilidad social y medioambiental.
Por las razones antes expuestas es necesario comparar la eficiencia energética y económica de estos métodos en la agricultura contemporánea y futura, de tal forma que permita brindar alternativas ante el agotamiento acelerado de los combustibles fósiles.
MATERIALES Y MÉTODOS
Determinación de la productividad en la labor de aradura
Se establece como objetivo de la investigación la evaluación energética comparativa de la labor de rotura del suelo Ferralítico Rojo con tracción motorizada (tractor MTZ-510+arado ADI-3) y tracción animal (yunta+arado criollo #2), para una hectárea de tierra, determinándose la productividad y los gastos totales de energía gastados en ambos métodos de rotura, en las condiciones de la finca “Guayabal”, área docente y de investigación del Instituto de Ciencia Animal (ICA), Provincia La Habana, Cuba.
La productividad de los agregados agrícolas es la cantidad de trabajo realizada en la unidad de tiempo, con determinada calidad. La cantidad de tiempo de trabajo realizado se mide en ha o su equivalente en: caballerías –muy utilizado aún en Cuba–, e inclusive, teóricamente pudiera ser en m2.
Como se muestra en (1), la productividad horaria Wh (ha/h), depende de la velocidad de trabajo, ancho de trabajo y el coeficiente de utilización del tiempo de turno.
(1)
Donde:
Cw-coeficiente de conversión. Si Vr está dado en km/h, Cw=0,1; si Vr está dado en m/s, Cw=0,36;
Vr-velocidad de trabajo, m/s o km/h;
Br-ancho de trabajo, m;
t-coeficiente de utilización del tiempo de turno.
Metodología para la evaluación energética de la rotura del suelo
La evaluación energética es un procedimiento de análisis que consiste en la identificación y medida de las cantidades de energía asociada a los productos y equipos que intervienen en la producción de un determinado bien (Chapman, 1974) y (Pimentel, 1980).
Según se muestra en las expresiones propuestas por Fluck (1981, 1985, 1992) y Hetz y Barrios (1997) para calcular la energía secuestrada total en las labores mecanizadas, no puede ser utilizada como tal en la tracción animal pues no se tienen en cuenta algunos factores que intervienen en el proceso. En la labor de aradura del suelo con tracción animal es de suma importancia calcular la energía secuestrada del personal auxiliar que alimenta y ofrece cuidados a la yunta de bueyes durante su tiempo libre, así como la energía intrínseca de los alimentos obtenidos en un área determinada destinada para los animales, para lo cual se consideraron las equivalencias energéticas propuestas por Hernández, (2005).
En las investigaciones se incluye la utilización de la ecuación racional del académico soviético Goriachkin V. P. (1965) para la determinación de la energía secuestrada directa que se requiere para mullir e invertir el prisma en la labor con tracción motorizada y animal. Todo lo anterior fundamenta la necesidad de establecer una metodología para el cálculo de la energía secuestrada total, que precise todos los elementos anteriormente expuestos.
Para proceder a la determinación de la energía secuestrada total Est (MJ/ha), se realiza la suma de las energías secuestradas que intervienen en el proceso de la rotura del suelo según la (2):
(2)
Donde:
Esfw-energía secuestrada por la fuerza de trabajo del operador, MJ/ha;
Esc- energía secuestrada en combustible, MJ/ha;
Esmat - energía secuestrada de los materiales en el proceso, MJ/ha;
Esmr - energía secuestrada en los mantenimientos y reparaciones, MJ/ha;
Esfl -Energía secuestrada en los filtros y lubricantes, MJ/ha.
La energía secuestrada por la fuerza de trabajo del operador Esfw (MJ/ha), se calcula (ver (3)), sobre la basa de la energía secuestrada del hombre por hora de trabajo, el número de hombres y la productividad:
(3)
Donde:
Esh- energía secuestrada del hombre por hora de trabajo, MJ/h;
nh - número de hombres que laboran en el agregado;
W/h - productividad del agregado, ha/h.
La energía secuestrada por el combustible Esc (MJ/ha), se determina como se muestra en (4),sobre la base del consumo de combustible por maquinaria, la energía específica del combustible, así como por el nivel de carga del motor.
(4)
Donde:
gtc-consumo total de combustible para una hectárea da tierra en la aradura, L/ha;
Ecomb-energía especifica del combustible, MJ/L;
Cc- nivel de carga del motor (se encuentra en un rango entre 0,85 -0,90. Tomándose un nivel de carga equivalente a 0,85).
La energía secuestrada de la yunta referente al alimento suministrado para realizar el trabajo Esyunta (MJ/ha), se determina según se muestra en (5); el volumen de la materia seca consumida por la yunta para una hectárea de tierra y por la equivalencia energética del cultivo.
(5)
Donde:
VMS-volumen de materia seca consumida por la yunta, kgMS/ha;
Equivac-equivalencia energética del cultivo presente en el área destinada a la alimentación, MJ/kgMS.
Según se muestra en (6), la energía secuestrada en los materiales para la construcción del tractor y su apero Esmat (MJ/ha), depende de la masa del agregado, la equivalencia energética de su peso y la vida útil de cada uno de ellos:
(6)
Donde:
Gtt,Gta-masa del tractor y el apero (masa del agregado), kg;
Eeqivt, Eeqiva-equivalencia energética del peso del tractor y el apero (equivalencia energética del peso del agregado), MJ/kg;
Vut, Vua-vida útil del tractor y el apero (vida útil del agregado), h.
Según (7), para expresar Esmat en MJ/ha, se divide la energía secuestrada de los materiales por la productividad horaria: :
(7)
Para la determinación de la energía secuestrada en mantenimientos y reparaciones de la maquinaria Em (MJ/ha), se emplea básicamente la energía secuestrada en la masa de la maquinaria:
(8)
Para la energía secuestrada correspondiente a los filtros y lubricantes de la maquinaria Efl (MJ/ha), se determina una fracción de la energía secuestrada en el combustible Esc:
(9)
Determinar la energía directa de la tracción mecanizada en la labor de aradura para la inversión del prisma en el suelo.
Como se muestra en (10), la energía directa de la tracción mecanizada Ed (MJ/ha), en la labor de aradura para el mullido y la inversión del prisma de suelo, correspondiente al tractor con el arado ADI-3, depende de la fuerza racional de tiro del arado, de la potencia total de tiro y de la productividad del agregado laborando el suelo:
(10)
Donde:
Ntot- potencia total de tiro necesaria, kW.
Para determinar la potencia total de tiro, Ntot se determina a través de (11):.
(11)
Donde:
Px-fuerza racional de tiro del arado, kN;
v-velocidad de desplazamiento del apero, m/s.
Calculando la fuerza racional de tiro Px (kN), según Goriachkin V. P., mediante (12):
(12)
Donde:
fc-coeficiente de fricción por deslizamiento y rodadura suelo-metal: de 0,4-0,6;
Q-fuerza o peso del arado, kN;
Kd-coeficiente que tiene en cuenta la resistencia a la deformación del suelo, kPa;
n-número de órganos del arado;
a-profundidad de trabajo de los órganos de trabajo del arado, m;
b-ancho de trabajo de un cuerpo de arado, m;
e-coeficiente de empuje lateral, que depende de la forma de la superficie de trabajo del arado y de la velocidad de trabajo; por datos experimentales, e se toma entre 2-5·kN·s2/m4.
Metodología para la evaluación económica de la rotura del suelo
En este estudio se incluye un análisis económico teniendo en cuenta los costos de inversión, depreciación, mantenimientos y reparaciones, así como los costos de las diferentes fuentes de energía.
El análisis económico de la rotura del suelo tiene en cuenta los costos de inversión, depreciación, mantenimientos y reparaciones, así como los costos de las diferentes fuentes de energía.
Para el análisis económico se utilizaron las Normas Cubanas 34-37 y 34-38 vigentes en 2003. Se utilizó como tracción motorizada el agregado formado por un tractor MTZ-510 y un arado de disco integral modelo ADI-3; para la labor con tiro animal una yunta de bueyes de 500 kg de masa promedio y un arado criollo número 3. Para el cálculo de los gastos equivalentes o transferidos (costos de producción) se considerar, además de los gastos directos, la efectividad del proceso, donde intervienen el capital de inversión o inversión inicial (González, 1996).
ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
Análisis comparativo de los resultados del cálculo energético para ambos métodos de rotura
En la Tabla 1 se expresan los gastos de energéticos obtenidos de los elementos que intervienen en la labor de rotura del suelo para la tracción motorizada y animal. Los gastos de la energía secuestrada de la fuerza de trabajo Esfw muestran que la tracción motorizada representa un 3,96% de la animal, debido a que la energía que gasta un boyero es mucho mayor que la gastada por un operador de tractor. Además, la productividad obtenida fue de 0,24 ha/h para la tracción motorizada y de 0,05 ha/h para la tracción animal, debido a que el tiempo total para roturar una hectárea de tierra es de 4 horas para el agregado con tractor y de 20 horas para el agregado con tracción animal. Como se observa en la Tabla 1 los gastos energéticos en combustible de la tracción mecanizada representan un 84,09% de los gastos totales. Los gastos energéticos en materiales, mantenimientos y reparaciones, filtros y lubricantes difieren de la tracción motorizada respecto a la tracción animal, con valores de: 53,92 MJ/ha, 69,56 MJ/ha y 53,78 MJ/ha respectivamente.
La energía secuestrada total de la tracción animal es menor a la motorizada en sólo 65,68 MJ/ha, representando la primera un 94,86 % de la segunda. Por otro lado, la eficiencia energética de la energía directa con respecto a la energía secuestrada total en la motorizada es de 9,57 % y la animal de 5,6 %; la eficiencia energética de la energía directa respecto a la energía gastada a partir de la suministrada en la tracción motorizada es de 11,38 % y con tracción animal es de 7,09 %.
Sin embargo, si se comparan ambas forma de tracción por unidad de volumen trabajado en m3 -para 1 ha roturada- la energía secuestrada total del tiro animal es de 0,674 MJ/m3, mientras que para la motorizada es de 0,556 MJ/m3, por lo que la primera es 21,22 % mayor que la segunda, mientras que, comparados sobre la base de el área trabajada por ha, la segunda (la motorizada) es 5,14 % superior a la de tiro animal.
TABLA 1. Gastos energéticos de los elementos que intervienen en la labor de rotura (MJ/ha)
Análisis comparativo de los resultados del cálculo económico para ambos métodos de rotura
En la Tabla 2 se exponen los costos de producción de los elementos que intervienen en la labor de rotura del suelo con tracción motorizada y animal, observándose que en el caso de la tracción animal no se incluyen los costos por concepto de combustible, ni los costos por concepto de aceites y lubricantes.
Los costos por concepto de salario, amortización y el capital de inversión muestran que la tracción motorizada es menor que la tracción animal, debido a la diferencia de productividad entre ambos sistemas, los hombres/horas necesarios para la labor y el mantenimiento y cuidado de los animales. Pero se observa que en los costos por concepto de combustible de la labor motorizada representan un 28,09% de los costos totales, lo que demuestra la importancia de la utilización adecuada de los recursos energéticos en la agricultura mecanizada. Además los costos por concepto de mantenimientos y reparaciones de la labor con tracción animal representan un 24,39 % de la motorizada.
Los costos totales de la labor de rotura de los suelos para la tracción animal son superiores en 78,10 pesos a la motorizada, debido a los mayores costos de salario y el menor valor de la productividad del trabajo del primeroTABLA 2. Costos de producción de los elementos que intervienen en la labor de rotura (peso/ha)
CONCLUSIONES
· Se establece la metodología para el cálculo de la energía secuestrada total en la labor de rotura del suelo con tracción animal, que incluye la expresión de la energía secuestrada de la yunta referente al alimento suministrado y el cálculo de la energía directa a través de la ecuación racional de tiro de Goriachkin, V. P.
· La energía secuestrada total de la labor de aradura en la tracción motorizada tiene un valor de 1 278, 91 MJ/ha y la tracción animal 1 213,23 MJ/ha, representando la tracción animal un 94,86 % de la motorizada.
· La eficiencia energética de la energía directa con respecto a la energía secuestrada total en la motorizada es de 9,57 % y la animal de 5,6 %, y la eficiencia energética de la energía directa respecto a la energía gastada a partir de la suministrada en la tracción motorizada es de 11,38 % y con tracción animal es de 7,09 %.
· La energía secuestrada total por unidad de volumen trabajado en m3 -para una 1 ha roturada- para el tiro animal es de 0,674 MJ/m3, mientras que para la motorizada es de 0,556 MJ/m3, por lo que la primera es 21,22 % mayor que la segunda, mientras que, comparados sobre la base de el área trabajada por ha, la segunda es 5,14 % superior a la de tiro animal.
· Los costos de producción totales muestran que la tracción motorizada representa un 44,14 % de la tracción animal, siendo los costos totales de la tracción motorizada de 51,52 peso/ha y la tracción animal un valor de 116,71 peso/ha.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CHAPMAN, P.F. The energy cost: A review of methods, Energy Pilicy, 2(2): 91-103, 1974.
EZCURRA L. F., Animales de tiro. Perspectiva y desarrollo,- 41pp., FAO, Rome, 1990.
FLUCK, R.: Net energy sequestered in agricultural labor, Transaction of the ASAE, 24(6): 1449–1455, 1981.
FLUCK, R. Energy sequestered in repairs and maintenance of agricultural machinery, Transaction of the ASAE, 28(3): 738–744, 1985.
FLUCK, R: Energy for farm production, 287pp., (Ed), Vol. 6 of Energy for World Agricultura, Elsevier, Ámsterdam, 1992.
GONZALEZ VALDES, R.: Explotación del parque de maquinaria, pp. 111, Editorial Félix Varela, MES, La Habana , Cuba, 1996.
GORIACHKIN, V.P.: Obras escogidas, Editorial Kolos, Moscú, 1965.
HERNÁNDEZ, T. M.: Requerimiento de energía del ser humano, Informe de Reunión de Expertos FAO/OMS/UNU 2001 FAO/WHO/UNU, Dpto. Bioquímica y Fisiología, Instituto de Nutrición, La Habana, Nov. 2005.
HETZ, E.; A. BARRIOS: Reducción del costo energético de labranza/siembra utilizando sistemas conservacionista en Chile, Agro-Ciencia, 13(1): 41–47, Chile, 1997a.
HETZ, E.; A. BARRIOS: Costo energético de las operaciones agrícolas mecanizadas más comunes en Chile, Agro Sur, 24(2): 146–161, Chile, 1997b.
HETZ, E.: Energy utilization in fruit production in Chile, AMA, 29(2): 17–20, Tokio, Japan, 1998.
NC 34-37: Metodología para la evaluación tecnológica explotativa, Máquinas Agrícolas y Forestale, 2 Edición, La Habana, Cuba, Vig. febrero 2003.
NC 34-38: 03: Máquinas agrícolas y forestales. Metodología para la evaluación económica, La Habana, Cuba, Vig. febrero 2003.
PIMENTEL, D.: Handbook of energy utilization in agriculture, pp. 475, CRC Press, Boca Ratón, Florida, USA, 1980.
Recibido 01/09/08, aprobado 22/07/09, trabajo 48/09, investigación.