La aplicación de tecnologías de automatización en cosechadoras de granos, ¿las transformó en autónomas?

Ing. Agr. (Dr.) Mario De Simone -Profesional Asesor de Nivel Internacional – Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria Las últimas dos décadas reflejan el gran progreso de múltiples tecnologías asociadas con la automatización de los equipos. Los principales fabricantes y algunas empresas especializadas están uniendo estas tecnologías a fin de brindar mejoras en la agricultura. Este […]
octubre 26, 2021

Ing. Agr. (Dr.) Mario De Simone -Profesional Asesor de Nivel Internacional – Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria

Las últimas dos décadas reflejan el gran progreso de múltiples tecnologías asociadas con la automatización de los equipos. Los principales fabricantes y algunas empresas especializadas están uniendo estas tecnologías a fin de brindar mejoras en la agricultura. Este artículo es una breve instantánea del estado actual de algunas de esas tecnologías cuyo futuro para las máquinas agrícolas resulta impensable, pero sin perder de vista a la Argentina real de hoy.

Los grandes conflictos mundiales, en particular la segunda guerra mundial, impactaron de inmediato con la escasez en la mano de obra ocupada en los procesos de producción agrícola. El camino de solución fue mecanizar las labores agrícolas qué, además de resultar ineludible en esos tiempos se ha prolongado hasta nuestros días.

En el balance de los primeros 100 años desde la creación de ASABE (American Society of Agricutural and Biological Engineers) se incluye a la cosechadora de granos entre los 10 hitos de la ingeniería que cambiaron el mundo.

La cosechadora Massey-Harris Modelo 20, introducida en 1938 operada por una sola persona proporcionó, en ese momento, un valioso alivio a la escasez de mano de obra durante la Segunda Guerra Mundial. La innovación en su desarrollo se sostenía en 3 pilares: reemplazaba los bujes por rodamientos de acero, era capaz de transmitir más potencia entre sus ejes al reemplazar las correas planas por correas de goma con perfil “V” y con el empleo de neumáticos se le confería gran versatilidad.

Cosechadora autopropulsada Massey-Harris Modelo 20 – Museo Henry Ford – Michigan

“En la actualidad, los ingenieros continúan desarrollando cosechadoras más eficientes, buscan incrementar su capacidad operativa tanto como resulte posible, producir mejor calidad de grano y ofrecer al operario un ambiente de trabajo ergonómico y seguro”

Los avances en I+D se enfocaron y enfocan en los sistemas de: 1) corte y recolección, 2) trilla separación y limpieza, 3) transporte y almacenaje de los granos, 4) unidad de potencia transmisión y rodaje, que componen a la cosechadora de granos o combinada.

En apretada síntesis se lograron sistemas de corte de alta eficiencia, cabezales más anchos equipados con lonas o drapers, sistemas de trilla y separación versátiles y con altísima capacidad de proceso, mejoras sustanciales en el diseño de las zarandas y en los mecanismos de ventilación, motores de potencia constante con más de 600 HP, trasmisiones CVT (continuously variable transmissions) y trenes de rodaje con neumáticos radiales y/o carriles de goma.

Los carriles de goma son versátiles y reducen la compactación del suelo

Así las cosas, si se compara aquella Massey-Harris del año 1938 con una cosechadora Clase IX actual se observa que la capacidad de trabajo se incrementó de 1,5 a 10,8 ha/h y dado que los rindes de los cultivos también crecieron, la capacidad de proceso se incrementó desde 3 a más 40 tn/h de grano.

Bien es sabido que durante la jornada de trabajo el contenido de humedad del material cosechado fluctúa y, como consecuencia sus propiedades físicas también. En razón de ello el operario se ve obligado, cada tanto, a detener la cosechadora para realizar ajustes en el sistema de trilla separación y limpieza.

A partir de los años 90’ se coincide que el incremento en la capacidad operativa de la combinada debía ser acompañado indefectiblemente con automatismos en sus sistemas, de otra manera sería imposible que una sola persona pudiera realizar con eficiencia los ajustes necesarios en estos “costosos gigantes” a lo largo de toda la jornada.

La automatización

De tal suerte, la automatización de estos equipos agrícolas fue ganando un gran interés de manera paulatina y a la vez que se impulsó inversiones muy importantes. Los avances recientes y más significativos hacia la automatización se centran en: (1) la guía automática (2) el funcionamiento equilibrado de los sistemas y (3) sistemas de comunicación.

Los sistemas de guía automática, disponibles comercialmente desde hace aproximadamente 20 años, dirigen con la precisión basada en sistemas de navegación por GPS, reducen la fatiga del operador a la vez que le permiten controlar mejor la operación de la cosechadora y aplicar técnicas agronómicas avanzadas, como el tráfico controlado.

Se han desarrollado tecnologías automatizadas durante las últimas dos décadas para mejorar la eficiencia operativa, por ejemplo: las CVT que alivian el proceso de selección de combinaciones de la transmisión y el régimen del motor, el operador selecciona la velocidad mientras la CVT se ajusta automáticamente para optimizar las RPM del motor de acuerdo con los requisitos de potencia para cargas variables.

Durante la operación de cosecha los parámetros de limpieza del grano, como la velocidad del ventilador y las aberturas de las zarandas se pueden ajustar automáticamente al subir o bajar pendientes y así mejorar la calidad del grano a la vez que se minimizan las pérdidas. Los sistemas de visión artificial de la calidad del grano también se pueden utilizar para ajustar automáticamente estos parámetros.

El caudal de aire se reduce al subir (izq.) es intermedio en terreno plano (centro) y máximo al bajar (der.)

La transmisión infinitamente variable (IVT) de John Deere automatiza una serie de funciones de gestión del motor y la transmisión, que normalmente debía ser ejecutada por el operador, mientras proporciona un rango de velocidad infinitamente variable entre cero y el máximo.

El sistema de gestión electrónica coordina automáticamente el motor y la transmisión para proporcionar la velocidad deseada bajo cargas e índices de alimentación variables.

Transmisión infinitamente variable (IVT)

Al presionar los frenos de pie, el Auto Clutch integrado reduce la velocidad y, en última instancia, detiene el vehículo sin usar el embrague o una selección de marchas. El IVT incluye la función PowerZero, que puede mantener el vehículo parado incluso bajo carga o en una pendiente.

Además, el ajuste activo de John Deere puede ajustar automáticamente la velocidad del ventilador y las aberturas de las zarandas para minimizar la pérdida de grano al ascender o descender colinas.

Case IH y New Holland ofrecen una gama de CVT con una escala continua de relaciones de transmisión, que también incluyen la función de parada activa para que la máquina se detenga y arranque en pendientes o acelere suavemente bajo carga sin utilizar un embrague o freno. Estos equipos también ofrecen la posibilidad de ajustar la velocidad del ventilador de limpieza conforme se transita por terrenos ondulados.

Transmisión variable continua (CVT)

El sistema CEMOS de CLAAS incluye varias tecnologías adicionales para optimizar el rendimiento de las máquinas agrícolas; la versión CEMOS DIALOG proporciona indicaciones al operador para configurar los sistemas de la cosechadora y lograr su rendimiento óptimo. La versión CEMOS AUTOMATIC utiliza el sensor de visión artificial de la calidad del grano para configurar automáticamente a la cosechadora y optimizar la limpieza del grano con las funciones AUTO CLEANING y AUTO SEPARATION.

Sistema CLAAS CEMOS y sensor de imagen de grano

La función AUTO SLOPE optimiza el flujo de grano y la separación en pendientes al reducir automáticamente la velocidad del ventilador de la cosechadora al ascender colinas y aumentarla al descender.

El sistema CLAAS CRUISE PILOT controla automáticamente la velocidad para optimizar las operaciones de recolección. Este sistema puede monitorear múltiples parámetros de la cosechadora, incluida la velocidad de avance, la carga del motor, el volumen de cultivo en el alimentador y la calidad del grano para ajustar la velocidad de la cosechadora y mantener la eficiencia bajo cargas variables.

Se han desarrollado varias soluciones telemáticas para la comunicación, pero es poco probable que estos sistemas sean directamente aplicables en el corto plazo. Se ha producido un desarrollo limitado en las comunicaciones de máquina a máquina. Los fabricantes de equipos han desarrollado varias soluciones de comunicación telemática para permitir la gestión automatizada en el campo, pero no está claro qué tan abiertas son estas plataformas de comunicación ni qué tan bien interactúan varios de los sistemas.

Los desarrollos con el fin de monitorear el desempeño de la cosechadora y automatizar los sistemas que la componen, se basan en sensores, unidades centrales de computación y la mecatrónica. Esta área de la ingeniería no es más que la conjunción indisoluble de la mecánica (MECA) con la electrónica (TRÓNICA) vale decir el avance tecnológico que se logra al vincular la mecánica y la hidráulica, con la electrónica.

Estas tecnologías incluyen sensores y sistemas electro mecánicos-hidráulicos desarrollados mediante procesos de I+D muy costosos qué bajo el resguardo de patentes transitan, en términos generales, 3 etapas. La primera etapa es su aplicación en automóviles de alta gama y la fabricación industrial con el objetivo es amortizar la inversión en el menor tiempo posible; la segunda etapa incluye una aplicación más masiva en automóviles y otras máquinas con el objetivo de generar retribución económica a la inversión; y la tercera etapa es su aplicación en las máquinas agrícolas dadas las retribuciones económicas de menor cuantía que generan.

Se espera que el funcionamiento equilibrado de los sistemas que integran a la cosechadora mejore con la automatización al mejorar la eficiencia, confiabilidad, precisión y menor necesidad de la intervención humana. Sin embargo, el progreso de la automatización y la robótica en la agricultura ha sido lento en comparación con el progreso en la fabricación industrial, donde se realizan tareas repetitivas, predeterminadas y bien definidas en entornos relativamente estáticos.

Las operaciones agrícolas se llevan a cabo en entornos complejos y dinámicos, que requieren sistemas más sofisticados. Este requisito a menudo surge como la barrera principal para el desarrollo y la aplicación de estas tecnologías en la agricultura. Un factor asociado y crítico que limita la aplicación de sistemas robóticos automatizados (ARS) en la agricultura ha sido la falta de justificación económica, pero esta deficiencia probablemente se superará a medida que las tecnologías sean más accesibles en términos económicos.

Si bien los avances alcanzados en materia de autorregulación de los equipos de cosecha, dos décadas eran meramente conceptuales o de “ciencia ficción”; hasta hoy sólo permiten hacer más seguro y eficiente el trabajo de los maquinistas mientras operan estos “costosos y confiables gigantes” y mediante los sistemas de control automático de alimentación incrementar entre 5 y 6 % la capacidad de cosecha medida en toneladas y/o hectáreas por hora. Pensar que estas máquinas son autónomas o afirmar que se operan mediante inteligencia artificial, no se ajusta en los más mínimo a la realidad.

Durante la cosecha de soja el 70% de las pérdidas se producen el cabezal y ninguna máquina está hoy en condiciones de monitorearlas y mucho menos reducirlas mediante autorregulaciones.

El equipo que necesariamente deben formar el productor y su contratista de cosecha hoy es más necesario que nunca, toda vez que resulta imprescindible monitorear en el campo a estos “costosos gigantes” y “llevar a la tecnología por el camino correcto” con el propósito de mejorar la rentabilidad de la producción.

El Kit integrado por el aro y el frasco para evaluar las pérdidas que el INTA propone aún sigue siendo el método más práctico y objetivo disponible para hacer de la cosecha una operación inteligente y eficiente.

Corresponde destacar lo que el INTA siempre señala: La mejor cosechadora de Argentina es la que cosecha con menor cantidad de pérdidas. Entre productor, contratista y profesional podemos lograr que esa máquina sea la que vaya a cosechar a su lote.

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