Modelo matemático para la demanda de potencia de un aparato de corte de eje vertical para trituración de rastrojos

Mathematically modelling the power requirement for a vertical shaft mowing machine

En el presente trabajo se desarrolla un modelo matemático para la determinación de la demanda de potencia del órgano de corte de una trituradora de eje vertical, considerando la particular influencia del régimen cinemático en la potencia de corte, que se diferencia de otros modelos de trituradoras. Se simula la influencia de las velocidades de rotación y de traslación del órgano de corte en la demanda de potencia. Los resultados demuestran que si la velocidad de traslación permanece constante, con la variación de la velocidad angular de las cuchillas no se producen cambios en la potencia de corte, pero sí en el resto de los términos que determinan la demanda total de potencia. Al aumentar la velocidad de traslación la demanda de potencia crece. Este comportamiento de la trituradora de eje vertical permite lograr una adecuada calidad en la trituración de los rastrojos con menor velocidad angular del órgano de corte, disminuyendo la demanda de energía de la demolición de rastrojos.

Introducción

En los trópicos es necesario desarrollar tecnologías para el uso de la materia orgánica, que sean eficaces, para incrementar la producción de alimentos y reforzar la fertilidad de la tierra, lo que requiere fraccionar, reposicionar o colocar los rastrojos en contacto con la superficie del suelo, en dependencia  del  tipo  de  labranza que será realizado (Levien et al., 1998). Sin embargo, los rastrojos que quedan en el campo constituyen un serio problema para la preparación del suelo antes de la siembra, por lo que los agricultores los queman o, seguido del uso de trituradoras, realizan la aradura, enriqueciendo el suelo con materia orgánica (Hegg, 1999).

Se han utilizado varios tipos de segadoras o trituradoras para el tratamiento de rastrojos. Los resultados de investigaciones sobre estas máquinas indican que los parámetros geométricos y cinemáticos de sus órganos de corte influyen sobre la calidad y la eficiencia del trabajo que llevan a cabo (Chattopadhyay y Pandey, 1999 y 2001; Levien et al., 1998; Moore y Benez, 1997; Morad, 1995).

Para disminuir la demanda de energía en la trituración de rastrojos se requiere utilizar un órgano de corte diferente, que permita disminuir la velocidad de las cuchillas y, consecuentemente, la demanda de energía, manteniendo la calidad del trabajo. Una solución puede consistir en el empleo de órganos de corte por impacto con eje de rotación vertical y múltiples cuchillas (Figura 1).

La bibliografía reporta varios modelos para determinar la demanda de potencia de trituradoras de mayales y otras, en las cuales se considera que el radio y la longitud de corte permanecen práctica-mente constantes (Pérez de Corcho, 2006; Srivastava et al., 1993). En las desbrozadoras y trituradoras de eje vertical ambos parámetros  dependen  de  su  régimen  cinemático,  por  lo  que  se  requiere  un modelo que considere este comportamiento.