Projeto de Abonadora Centrífuga

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<p>UNIVERSIDAD DE LOS ANDES</p><p>FACULTAD DE INGENIERÍA</p><p>DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA</p><p>DOCUMENTO DE PROYECTO DE GRADO:</p><p>DISEÑO DE UNA ABONADORA CENTRIFUGA MONO PLATO PARA UNA MOTOCICLETA</p><p>ADAPTADA PARA LA ACTIVIDAD AGRÍCOLA</p><p>PRESENTADO POR:</p><p>DAVID ANDRÉS MORATO GUTIÉRREZ</p><p>ASESOR:</p><p>CARLOS FRANCISCO RODRIGUEZ HERRERA</p><p>BOGOTA D.C.</p><p>DICIEMBRE 2021</p><p>Resumen</p><p>Este proyecto presenta el desarrollo de una abonadora centrífuga de plato único como</p><p>accesorio para una motocicleta modificada. Partiendo del contexto del proyecto, de los</p><p>antecedentes de este tipo de maquinaria fertilizadora y del presente de estas en la</p><p>agricultura nacional, se propone un conjunto de requisitos y restricciones. Se evaluaron</p><p>los posibles subconjuntos del sistema en función de los objetivos de diseño. Luego se</p><p>seleccionó una opción y se desarrolló el diseño detallado por subsistemas, obteniendo</p><p>cada uno de los parámetros y valores del diseño. A continuación, se construyó un</p><p>prototipo, basado en una abonadora comercial disponible, adaptándolo para cumplir con</p><p>los parámetros mencionados.</p><p>Abstract:</p><p>This project presents the development of a single plate centrifugal fertilizer spreader as an</p><p>attachment for a modified motorcycle. Starting with the context of the project, the</p><p>background of this type of fertilizing machinery and the present of these in the national</p><p>agriculture, a set of requirements and restrictions are proposed. Possible subassemblies of</p><p>the system were evaluated against the design objectives. After this, an option was selected</p><p>and the detailed design by subsystems was developed, obtaining each one of the</p><p>parameters and values of the design. A prototype was then constructed, based on a</p><p>commercially available fertilizer spreader, adapting it to comply with the aforementioned</p><p>parameters.</p><p>Índice:</p><p>Resumen .............................................................................................................................................. 2</p><p>Introducción: ....................................................................................................................................... 5</p><p>Especificación de Diseño ................................................................................................................... 16</p><p>1. Prologo: .................................................................................... ¡Error! Marcador no definido.</p><p>2. Objetivo de Diseño: ............................................................................................................... 16</p><p>3. Requerimientos del sistema: ................................................................................................. 16</p><p>4. Restricciones: ........................................................................................................................ 17</p><p>Diseño conceptual: ............................................................................................................................ 17</p><p>Combinación de alternativas para subsistemas: ............................................................................... 18</p><p>Matriz de calificación: ....................................................................................................................... 24</p><p>Diseño detallado: .............................................................................................................................. 25</p><p>Diseño sistema de almacenamiento: Tolva................................................................................... 25</p><p>Densidad aparente del fertilizante granular: ............................................................................ 25</p><p>Volumen de la tolva: ................................................................................................................. 26</p><p>Angulo de reposo y ángulo de caída de la tolva:....................................................................... 26</p><p>Variante de método para la obtención del volumen de la tolva: ............................................. 28</p><p>Aproximación del diámetro y altura de la tolva: ....................................................................... 29</p><p>Estimación del ancho mínimo de la descarga de la tolva: ........................................................ 30</p><p>Cálculo del lado inclinado de la base (generatriz): .................................................................... 33</p><p>Cálculo de esfuerzos: ................................................................................................................. 33</p><p>Presión en el fondo de la tolva: ................................................................................................. 33</p><p>Presión en la pared de la tolva: ................................................................................................. 34</p><p>Diseño sistema de dispersión: Compuerta ................................................................................... 35</p><p>Peso de la columna de fertilizante encima de la compuerta: ................................................... 36</p><p>Fuerza de arrastre de la compuerta: ......................................................................................... 36</p><p>Carga que soporta la compuerta: .............................................................................................. 37</p><p>Fuerza requerida para mover la compuerta: ............................................................................ 37</p><p>Diseño sistema de dispersión: Disco ............................................................................................. 39</p><p>Velocidad angular: ..................................................................................................................... 41</p><p>Paletas de impulso: ................................................................................................................... 41</p><p>Diseño sistema de energía: PTO .................................................................................................... 42</p><p>Diseño sistema de acople: Carretilla ............................................................................................. 44</p><p>Prototipo: .......................................................................................................................................... 47</p><p>Mecanizado de tolva ..................................................................................................................... 47</p><p>Material ..................................................................................................................................... 51</p><p>Corte .......................................................................................................................................... 52</p><p>Doblado ..................................................................................................................................... 52</p><p>Soldadura .................................................................................................................................. 52</p><p>Resultado ................................................................................................................................... 53</p><p>Mecanizado de tapa de salida para tolva...................................................................................... 53</p><p>Corte .......................................................................................................................................... 54</p><p>Soldadura: ................................................................................................................................. 55</p><p>Resultado ................................................................................................................................... 55</p><p>Mecanizado pieza de acople de tolva a chasis .............................................................................. 56</p><p>Corte ..........................................................................................................................................</p><p>tomada de visita a la empresa IDEAGRO.</p><p>Imagen 35. Abonadora boleadora, tomada de visita a la empresa IDEAGRO.</p><p>Imagen 36. Abonadora boleadora, tomada de visita a la empresa IDEAGRO.</p><p>Prototipo:</p><p>Tal como se planteó en la sección de diseño detallado de la carretilla, se decidió adquirir</p><p>una abonadora boleadora de la empresa IDEAGRO S.A.S. que fuera en términos de diseño,</p><p>componentes y prestaciones, óptima para poder modificarse y adaptarse al diseño</p><p>detallado de los subsistemas realizado previamente. Basándose en las dimensiones de</p><p>esta abonadora y habiendo decidido utilizar tanto el chasis como la caja de engranajes de</p><p>esta, se adaptan las dimensiones y geometrías de cada uno de los subsistemas restantes</p><p>para poder presentar un prototipo que represente una solución ingenieril viable al</p><p>problema descrito en el contexto de este proyecto.</p><p>Mecanizado de tolva</p><p>Por medio de las dimensiones planteadas para la tolva como lo son: diámetro de entrada,</p><p>diámetro de salida, altura, generatriz y ángulo de diseño, se plantea un diseño en 2D que</p><p>representa la sección lateral de la misma. Este planteamiento se desarrolla de manera</p><p>geométrica, con el objetivo de plantear esta lamina troncocónica, que luego de un</p><p>proceso de doblado y acople entre los extremos de la sección (soldadura), conforma la</p><p>tolva cónica diseñada para la abonadora.</p><p>Imagen 37. Esquematico del analisis gemetrico la lamina por revolucion de un cono</p><p>truncado. [25]</p><p>Esta lamina no representa a su totalidad la tolva diseñada en la sección del diseño</p><p>detallado de este proyecto, ya que, al haber decidido utilizar el chasis de la abonadora de</p><p>la impresa IDEAGRO es necesario mantener la dimensión que existe entre los puntos de</p><p>restricción de la tolva y de la compuerta de dosificación la cual se encuentra semi -</p><p>acoplada en el punto inferior de la tolva.</p><p>Según esto, para poder realizar la corrección de las dimensiones de la tolva antes diseñada</p><p>con la que conformara la lámina que se mecanizara. Se debe dejar en claro, que</p><p>parámetros tales como el volumen total (requerimiento funcional de la abonadora) y el</p><p>ángulo de caída se deben mantener en el diseño para asegurar un flujo masico del</p><p>material y que logre ser viable su implementación en el campo.</p><p>La corrección se realiza en función de 3 parámetros específicos: Primero, el tamaño de la</p><p>compuerta de deslizamiento que tiene una configuración geométrica con respecto al eje</p><p>del PTO y los puntos que restringen el deslizamiento vertical de la misma. En segundo</p><p>lugar, el ancho de 33 cm que existe entra las barras paralelas del chasis que sostienen la</p><p>tolva. Y, por último, no perder la funcionalidad del agitador, ya que, si se tiene un</p><p>diámetro de salida muy justo con respecto al orificio de guía para el eje giratorio del PTO,</p><p>el agitador no tendría espacio para girar y evitar la aglomeración de material.</p><p>Imagen 38. Tapa inferior de la tolva adquirida junto con su respectiva compuerta de</p><p>deslizamiento semicircular.</p><p>Tal como se observa en la imagen, la parte inferior de la tolva (tapa) tiene una geometría</p><p>rectangular de 15.5 cm x 13.5 cm, circunscrito en un círculo con de diámetro 16.5 cm, para</p><p>que se asegure de abarcar todos los elementos pasantes necesarios para la</p><p>implementación de la compuerta mencionados previamente. Teniendo en cuenta, este</p><p>valor de corrección para el diámetro inferior, se decide aplicar esta misma magnitud</p><p>correctiva en el superior, para así, mantener tanto el volumen como el ángulo de reposo</p><p>de la tolva.</p><p>𝐷 = 0.7306 𝑚 → 𝐷 = 0.79074 𝑚</p><p>𝐷 = 0.10486 𝑚 → 𝐷 = 0.165 𝑚</p><p>Con esta corrección efectuada para ambos diámetros, y con el fin de lograr cumplir con los</p><p>requerimientos volumétricos para el fertilizante dentro de la tolva, se calculó una nueva</p><p>altura de la tolva cónica (siendo esta la única variable sin restante con modificar) en</p><p>función de los valores radiales de salida y entrada antes calculados y el volumen en</p><p>función de la densidad aparente del granel obtenido por dos aproximaciones en la sección</p><p>de diseño detallado del sistema de almacenamiento.</p><p>𝑉 =</p><p>ℎ ∗ 𝜋</p><p>3</p><p>∗ 𝑅 + 𝑅 + (𝑅 ∗ 𝑅 )</p><p>ℎ ∗ 𝜋 =</p><p>𝑉</p><p>𝑅 + 𝑅 + (𝑅 ∗ 𝑅 )</p><p>∗ 3</p><p>ℎ =</p><p>0.082𝑚</p><p>0.39537 𝑚 + 0.0825 𝑚 + (0.39537 ∗ 0.0825)</p><p>∗ 3</p><p>𝜋</p><p>ℎ = 0.4001 𝑚</p><p>De esta manera se realiza la representación gráfica de la lámina diseñada para la</p><p>fabricación de la tolva en el programa Autodesk Inventor 2020, para su posterior</p><p>mecanizado. Teniendo esto en cuenta, por medio de la empresa INGENIERÍA Y</p><p>MECANIZADOS CNC DE COLOMBIA LTDA se procede a realizar el corte de la lámina para su</p><p>posterior enrolado y soldado.</p><p>Imagen 39. Modelamiento en 2D de la lámina para tolva.</p><p>Material</p><p>Para el material de esta lamina, se optó por acero Cold Rolled (CR). El cual es, el resultado</p><p>del proceso de laminación en frío de bobinas laminadas en caliente, donde se obtienen</p><p>espesores más delgados. El CR tiene una mayor aptitud al conformado y un mejor aspecto</p><p>superficial.</p><p>Como el nombre lo indica, el acero es procesado en frio. Es fabricado de acero en caliente,</p><p>el cual ha sido limpiado químicamente antes de ser enrollado. El proceso de formado en</p><p>frio reduce el espesor del acero y al mismo tiempo cambia sus propiedades mecánicas.</p><p>Este debe seguir un proceso donde es cubierto con una capa delgada de aceite para</p><p>prevenir que el oxígeno tenga contacto con la superficie y forme oxido. Este acero de</p><p>bajo-medio carbón tiene buena soldabilidad y ligeramente mejor maquinabilidad que los</p><p>aceros con grados menores de carbón. Se presenta en condición de calibrado (acabado</p><p>frío). Debido a su alta tenacidad y baja resistencia mecánica es adecuado para</p><p>componentes de maquinaria.</p><p>Imagen 40. Propiedades químicas del acero Cold Rolled. [26]</p><p>Se utiliza en operaciones de deformación plástica como remachando y extrusión. Se utiliza</p><p>también en componentes de maquinaria debido a su facilidad para conformarlo y</p><p>soldarlo. Piezas típicas son los pines, cuñas, remaches, rodillos, piñones, pesadores,</p><p>tornillos y aplicaciones de lámina. Teniendo de esta manera los siguientes valores para su</p><p>desempeño mecánico:</p><p>- Dureza 126 HB (71 HRb)</p><p>- Esfuerzo de fluencia 370 MPa (53700 PSI)</p><p>- Esfuerzo máximo 440 MPa (63800 PSI)</p><p>- Elongación máxima 15% (en 50mm)</p><p>- Reducción de área 40%</p><p>- Módulo de elasticidad 205 GPa (29700 KSI)</p><p>- Maquinabilidad 76% (AISI 1212 = 100%)</p><p>Para el caso específico de la lámina para la tolva, se seleccionó un calibre 14 (1,9 mm),</p><p>óptimo para este tipo de procedimientos. Además de tener un valor mucho más</p><p>económico y asequible en pro del requerimiento de bajo costo planteado para el</p><p>proyecto.</p><p>Corte</p><p>Este corte se realizó por medio de una cortadora laser Yawei HLE-1530 de la empresa</p><p>INGENIERÍA Y MECANIZADOS CNC DE COLOMBIA LTDA, con un trabajo de</p><p>precisión asegurado para estos tipos de acero.</p><p>Imagen 41. Cortadora laser Yawei HLE-1530. [27]</p><p>El resultado de este corte fue una lámina con la geometría propuesta anteriormente lista</p><p>para comenzar un proceso de rolado.</p><p>Doblado</p><p>Este proceso de doblado se realizó con un contacto asociado a la empresa a la que se</p><p>encargó el corte, el cual tiene a su disposición una dobladora/roladora Kazaneve ISO 9001</p><p>CE, con la que se le dio la forma cónica a la lámina.</p><p>Imagen 42. Roladora Kazaneve ISO 9001 CE. [28]</p><p>Soldadura</p><p>El contacto asociado que se encargó del proceso de doblado de la máquina, sueldo los</p><p>extremos libres de la lámina para que esta mantuviera de manera óptima su forma cónica,</p><p>esto por medio de 12 puntos de soldadura. Los cuales tal como se mencionó, ayudaron a</p><p>la composición optima de la forma de la tolva, pero es necesario unir de manera total los</p><p>extremos libres de la lámina, para garantizar el almacenamiento del fertilizante.</p><p>Resultado</p><p>Reuniendo el resultado de cada uno de los procesos plateados previamente, se obtiene</p><p>una pieza tronco –</p><p>cilíndrica con las especificaciones planteadas en la sección de diseño</p><p>específico para el dispositivo del sistema de almacenamiento (tolva cónica), como se</p><p>evidencia en las siguientes imágenes:</p><p>Imagen 43 y 44. Tolva tronco - cónica diseñada y manufacturada en acero 1018, como</p><p>solución al sistema de almacenamiento.</p><p>Mecanizado de tapa de salida para tolva</p><p>Con estas configuraciones de dimensiones de tolva en cuenta, se procede a escanear la</p><p>tapa inferior de la tolva original en una impresora para poder importar la silueta tipo JPG a</p><p>la herramienta de diseño computacional Autodesk AutoCAD 2020, con el fin plantear su</p><p>geometría y la ubicación de los orificios de acople lo más aproximado posible.</p><p>Imagen 44. Modelamiento CAD de tapa circular para la abonadora diseñada.</p><p>Corte</p><p>Tal como la tolva, la lámina seleccionada para realizar esta tapa fue Cold Rolled calibre 14,</p><p>cortada en la maquina laser de la empresa mencionada previamente:</p><p>Imagen 45. Corte de tapa para tolva en posición de soldadura.</p><p>Soldadura:</p><p>Teniendo en cuenta la igualdad entre el diámetro de ambos elementos (salida de tolva y</p><p>tapa), se logra por medio de un proceso de soldadura por electrodo TIG, y posterior pulido</p><p>acoplar de manera óptima ambas piezas previamente mecanizadas, así:</p><p>Imagen 46 y 47. Antes y después del proceso de soldadura por TIG y pulido.</p><p>Resultado</p><p>Se obtiene un sistema completo de tolva con tapa inferior, a la cual se le mecanizaron 3</p><p>tipos de orificios: un primer orificio central pasante para el agitador del material el cual se</p><p>mueve por medio del eje de salida del PTO. Un segundo orificio desfasado por el que sale</p><p>el fertilizante, con las mismas dimensiones que el que posee la compuerta del sistema de</p><p>dosificación presentada. Por último, 6 orificios distribuidos en la circunferencia de la tapa</p><p>para poder restringir el deslizamiento de la compuerta, pero no evitar su movimiento semi</p><p>rotacional, tal como se observa a continuación:</p><p>Imagen 48. Tolva acoplada a sistema de dosificación por tapa de salida.</p><p>Mecanizado pieza de acople de tolva a chasis</p><p>Tal como se mencionó previamente una de las correcciones necesarias para el sistema de</p><p>almacenamiento, en este caso una adición, es una pieza responsable de lograr acoplar la</p><p>tolva cónica con perfiles siempre circulares, a los 4 puntos de acople que se encuentran en</p><p>una configuración rectagonal entre sí, posicionados en dos barras rectas paralelas donde</p><p>se predisponía acoplar la tolva original de la abonadora boleadora adquirida.</p><p>Para suplir esta tarea, y dado la geometría circular del perfil en cualquier punto de las</p><p>paredes de la tolva se decidió deseñar y mecanizar una camisa para esta. Esta camisa, se</p><p>resume en una lámina rectangular que tenga los orificios en las posiciones específicas para</p><p>acoplarse por medio de un miembro roscado a las barras paralelas del chasis antes</p><p>mencionadas, además de tener un orificio central principal con el diámetro</p><p>correspondiente de la tolva a una altura de 12,5 cm desde de su diámetro de salida.</p><p>𝐷 = 0.165 𝑚</p><p>𝐷 = 0.29𝑚</p><p>De esta manera se modela en Autodesk Inventor Professional 2020, la camisa diseñada</p><p>basada en en la configuracion rectangular que tienen entre si los orificios de las barras del</p><p>chasis y el diametro obtenido previamente.</p><p>Imagen 49. Modelo CAD de camisa para tolva.</p><p>Se decide realizar esta pieza de acople, con el mismo acero al bajo carbono Cold Rolled</p><p>calibre 14 con él que se mecanizo la tolva, esto basado en que es necesario realizar un</p><p>proceso de soldadura para acoplar esta camisa al cuerpo de la tolva, conformando así una</p><p>sola pieza que sea fácil de ensamblar a al chasis de la abonadora.</p><p>Corte</p><p>Este corte al igual que la lámina de la tolva se realizó por medio de la cortadora laser</p><p>Yawei HLE-1530 de la empresa INGENIERÍA Y MECANIZADOS CNC DE COLOMBIA</p><p>LTDA, siguiendo el “metal sheet” obtenido del diseño CAD postulado previamente.</p><p>Obteniendo una lámina con la geometría propuesta para esta camisa de acople y lista para</p><p>soldarse a la tolva.</p><p>Imagen 50. Corte de la camisa de acople para tolva</p><p>Soldadura</p><p>Tal como se planteó previamente, se debe realizar un proceso de soldadura entre el</p><p>diámetro interno de 29cm del orifico de la camisa a las paredes externas de la tolva a una</p><p>altura aproximada de 12.5cm con respecto a su diámetro inferior. Esta soldadura, al igual</p><p>que todas realizadas en la sección de prototipo, se desarrollaron por medio de soldadura</p><p>por electrodo tipo MIG para aceros al carbono y evidenciado así:</p><p>Imagen 51 y 52. Antes y después del proceso de soldadura por TIG.</p><p>Resultado</p><p>De esta manera se obtiene un sistema tolva – camisa soldado listo para acoplarse al chasis</p><p>de la abonadora, por medio de 4 uniones roscadas</p><p>Imagen 53 y 54. Sistema tolva – camisa acoplado al chasis de la abonadora.</p><p>Mecanizado del plato centrifugo</p><p>Consecuente al diseño planteado en la sección de diseño específico para el dispositivo de</p><p>dispersión, se desarrolló un modelo CAD del plato de la herramienta Autodesk Inventor,</p><p>para su posterior corte.</p><p>Imagen 55. Modelo CAD del disco centrifugo de dispersión.</p><p>Teniendo en cuenta la facilidad de mecanizado para el acero Cold Rolled utilizado en las</p><p>otras piezas, se selecciona este mismo material para el desarrollo de este plato.</p><p>Corte</p><p>Este corte también se realizó por medio de la cortadora laser Yawei HLE-1530 de la</p><p>empresa INGENIERÍA Y MECANIZADOS CNC DE COLOMBIA LTDA, siguiendo el</p><p>“metal sheet” obtenido del diseño CAD postulado previamente. Obteniendo un disco con</p><p>las especificaciones en tamaño y perforaciones necesarias para ensamblar las paletas de</p><p>dispersión de posición variable y acoplarse en el sistema de rotación impulsado por el</p><p>PTO:</p><p>Imagen 56. Corte de disco centrifugo.</p><p>De esta manera, el corte del disco representa el resultado final de este elemento.</p><p>Mecanizado de pieza para la transmisión de movimiento rotacional (PTO – plato)</p><p>Teniendo en cuenta el diseño plano del disco centrifugo, es necesario añadir algún</p><p>elemento que logre trasmitir el movimiento rotacional del eje de salida del PTO al disco y</p><p>así poder esparcir el fertilizante.</p><p>En el diseño original de la abonadora boleadora adquirida, el elemento de dispersión es</p><p>una única pieza por inyección polimérica, donde el disco posee en su orifico central</p><p>(donde pasa el eje de salida de la caja de engranajes) un cuello / manzana, que a su vez</p><p>posee un orificio transversal. Este, por medio de un pasador que atraviesa</p><p>simultáneamente el cuello del disco y el eje de salida del PTO en una perforación a lo largo</p><p>su longitud, restringe el deslizamiento vertical por gravedad del disco, transmite el</p><p>movimiento rotacional antes mencionado:</p><p>Imagen 57. Disco de dispersión centrifugo de la abonadora boleadora de IDEAGRO.</p><p>Imagen 58. Eje de salida del PTO.</p><p>Teniendo este nuevo requerimiento de funcionalidad necesario para la operatividad</p><p>correcta del sistema de dispersión, se tomó la decisión de intentar replicar esta manzana</p><p>que tiene la pieza original, entendiendo este, como la opción menos costosa y que se</p><p>acopla de manera viable a las restricciones geométricas generadas por el calibre de la</p><p>lámina del disco.</p><p>De esta manera se desarrolla un modelo CAD en la herramienta computacional Autodesk</p><p>Inventor Professional 2020, con el fin de poder mecanizar esta pieza. Pasando así por;</p><p>procesos de corte (obteniendo el tamaño nominal del buje), proceso de mecanizado en</p><p>fresadora (obteniendo los orificios pasantes transversales y longitudinales), y un último</p><p>proceso de soldadura (uniendo de esta manera el disco y el buje).</p><p>Imagen 59. Modelo CAD del buje de transmicion eje – disco.</p><p>Corte/Mecanizado</p><p>Esta pieza, dada su geometria, se decide en pro de la practicidad en su mecanizado,</p><p>utilizar un tubo de ¾” para poder obtener la longitud de 1.5 cm planteda en su diseño.</p><p>Posterior a esto se decide</p><p>utilizar una fresadora para generar tanto el orificio por donde</p><p>esta guiado de manera longitudinal el eje de salida del PTO, como el orificio transversal</p><p>que atravieza un elemento de restrccion para trasmitir movimiento.</p><p>Imagen 60. Buje de transmicion cortado y mecanizado</p><p>Soldadura</p><p>Tal como se menciono, se busca conformar una solo pieza entre este buje de transmicion</p><p>y el plato centrifujo, siendo necesario realizar un proceso de soldadura que logre unir</p><p>ambos elementos para que sea viable su operatividad.</p><p>Imagen 61 y 62. Sistema de disco centrifugo despues de proceso de soldadura.</p><p>Resultado</p><p>Con la pieza de disco centrifugo terminada, es posible acoplar por medio de un pasador, el</p><p>eje de salida del PTO con los orificios destinados para las restrcciones de deslizamineto y</p><p>de transmicion de movimeinto planteadas previamente, evidenciando el siguiente</p><p>sistema:</p><p>Imagen 63. Disco centrifugo acoplado a eje de salida del PTO.</p><p>Mecanizado de las paletas de dispersión</p><p>Las paletas de dispersión, las cuales son las responsables de la proyección del fertilizante,</p><p>tienen como objetivo de mecanizado, la facilidad y practicidad para su mantenimiento y</p><p>cambio en un ámbito de implementación real de la abonadora, tal como se mencionó en</p><p>la sección de diseño detallado. De esta manera y teniendo en cuenta las especificaciones</p><p>de diseño planteadas, se desarrolla el diseño computacional en Autocad Inventor 2020:</p><p>Imagen 64. Modelo CAD de paletas de dispersión.</p><p>Corte</p><p>Teniendo en cuenta las restricciones de mecanizado planteada, se decidió utilizar una</p><p>canaleta de aluminio estándar para poder modificarla y obtener así la geometría</p><p>plasmada. Se realiza el corte de la canaleta por medio de cegueta y las perforaciones por</p><p>medio de una broca 15/64” implementada en un taladro:</p><p>Imagen 65 y 66. Corte de canaleta para conformacion de paletas.</p><p>Resultado</p><p>De esta manera de obtiene el prototipo final para el sistema de dispersión, plato</p><p>centrifugo - paletas de dispersión:</p><p>Imagen 67. Acople de paleta a disco centrifugo.</p><p>Imagen 68. Acople de paleta a disco centrifugo.</p><p>Ensamble del prototipo</p><p>Después de tener cada uno de los sistemas de prototipo planteados, sin mencionar los</p><p>sistemas que se implementaron de la abonadora boleadora adquirida, se logra obtener un</p><p>prototipo funcional, con las especificaciones de diseño planteadas para cada uno de sus</p><p>elementos.</p><p>Imagen 69. Ensamble de prototipo para abonadora centrifuga monoplato.</p><p>Imagen 70. Ensamble de prototipo para abonadora centrifuga monoplato.</p><p>Resultados</p><p>Radio de giro:</p><p>Después de realizar el diseño detallado de cada uno de los subsistemas como se presentó</p><p>previamente, y antes del proceso de modelado y manufactura, es pertinente encontrar el</p><p>valor de radio de giro tanto de la motocicleta modificada (tal como lo planteo Simón</p><p>Escobar Molina en “Diseño de un sistema de grada de disco acoplable a una motocicleta y</p><p>el respectivo sistema de sujeción”) como del sistema integrado con abonadora acoplada.</p><p>A continuación, se realiza el análisis geométrico del radio de giro de la motocicleta con el</p><p>sistema de fertilización acoplado. Este radio es uno de los aspectos más cruciales de su</p><p>rendimiento a baja velocidad, la cual es una de las condiciones de operación del proceso</p><p>de fertilización en la motocicleta. Este valor se obtiene con la distancia entre los ejes y el</p><p>ángulo máximo que permite la llanta delantera. Es importante que, no se encuentren</p><p>problemas de interferencia con el nuevo sistema en el caso de un giro cerrado.</p><p>En primer lugar, se obtiene el radio de giro de la motocicleta modifica sin sistemas</p><p>adicionales con la formula expresada a continuación. Para luego, realizar las correcciones</p><p>en las distancias de ejes con la abonadora acoplada, esto con el fin de obtener una</p><p>correlación entre valores y una confirmación con el valor de radio de giro de la</p><p>motocicleta adaptada para el trabajo agrícola (4.9m), obtenido por Simón Escobar en</p><p>“Diseño de un sistema de grada de disco acoplable a una motocicleta y el respectivo</p><p>sistema de sujeción”.</p><p>Es importante resaltar que los cálculos y análisis realizados se basan en geometrías y</p><p>dimensiones de la Yamaha XTZ 125, mencionada anteriormente como objeto principal de</p><p>estudio para el diseño y desarrollo de la abonadora.</p><p>𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑔𝑖𝑟𝑜 = 2 ∗</p><p>𝐿</p><p>sin(90 − 𝜙 )</p><p>Teniendo en cuenta y según el manual de servicio de la motocicleta la distancia entre ejes</p><p>es de 1.34m y al incorporar el nuevo tren trasero adaptado al trabajo agrícola, este nuevo</p><p>eje se encuentra 0.2m más alejado de la medida antes mencionada (Miguel Ángel Diaz en</p><p>“Desarrollo de una adaptación de motocicletas para desarrollar actividades agrícolas”).</p><p>Teniendo así, una distancia entre ejes de 1.54m. Por otro lado, en las referencias del</p><p>fabricante encontramos un ángulo máximo de giro de la rueda delantera de 55°.</p><p>Imagen 37. Esquemático de la motocicleta sujetada a una estructura de arado propuesta</p><p>por Miguel Ángel Díaz Caviedes en “Desarrollo de una adaptación de</p><p>motocicletas para desarrollar actividades agrícolas”.</p><p>De esta manera se obtiene:</p><p>𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑔𝑖𝑟𝑜 = 2 ∗</p><p>1.34 𝑚</p><p>sin(90 − 55)</p><p>𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑔𝑖𝑟𝑜 = 4.672 𝑚</p><p>Ahora utilizando las dimensiones de la carretilla que transporta la abonadora se obtiene</p><p>un nuevo radio que disminuye dado el cambio de distancia entre el eje de la motocicleta y</p><p>el del apero en cuestión:</p><p>𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑔𝑖𝑟𝑜 = 5.3698 𝑚</p><p>Ficha técnica:</p><p>Se recopilo cada uno de los datos, parámetros y valores obtenidos los diseños detallados</p><p>desarrollados para cada uno de los subsistemas:</p><p>Ficha técnica</p><p>Capacidades Resultado</p><p>Densidad Aparente [kg/m^3] 1150</p><p>Angulo de reposo material granulado [°] 29,984</p><p>Angulo de caída de la tolva [°] 34,98</p><p>Volumen total tolva [m^3] 0,07375</p><p>Altura de la tolva [m] 0,503</p><p>Diámetro de entrada de la tolva [m] 0,7306</p><p>Esfuerzo critico aplicado a la tolva (CAS) 1,35</p><p>Diámetro de salida de la tolva [m] 0,10486</p><p>Generatriz de la tolva [m] 0,5499</p><p>Presión en el fondo de la tolva [Pa] 5763,802</p><p>Presión en la pared de la tolva [Pa] 2896,512</p><p>Peso del fertilizante sobre la compuerta [N] 58,842</p><p>Fuerza de arrastre de la compuerta [N] 3,1948</p><p>Carga que soporta la compuerta [N] 62,0368</p><p>Fuerza requerida para mover la compuerta [N] 2,396</p><p>Velocidad del plato [m/seg] 1,5707</p><p>Relación de trasmicion a plato [RPM] 1:1.</p><p>Radio de giro de la moto [m] 4,672</p><p>Radio de giro de la abonadora [m] 5,3698</p><p>Conclusiones:</p><p>- Se concluye que es posible encontrar alternativas ingenieriles viables y funcionales</p><p>para sustituir las maquinarias comunes para la tecnificación y el trabajo agrícola.</p><p>- Se logro desarrollar un prototipo de abonadora centrifuga mono plato basado en</p><p>el proceso de diseño especifico de los subsistemas planteados para el proyecto.</p><p>- Es posible diseñar y mecanizar aperos de trabajo agrícola basado en la</p><p>implementación de la motocicleta como protagonista en la tecnificación agrícola</p><p>colombiana.</p><p>Trabajos futuros:</p><p>- Desarrollo y mecanizado de una pieza de extensión para el eje de salida del PTO, el</p><p>cual se encuentra en un desfase cercano a los 2cm del orificio de la tolva destinado</p><p>para que el eje pasara a través de él, y así, su extremo superior libre unido al</p><p>agitador de fertilizante sea útil en el sistema.</p><p>Imagen 38. Desfase entre eje de salida del PTO y la tapa de la tolva.</p><p>Este desfase es producto del proceso de doblado de la lámina de la tolva, el cual, al ser un</p><p>desarrollo totalmente análogo y con base a pericia del operario, no siempre se obtiene el</p><p>perfil circular optimo deseado. Generando que la camisa de acople coincidiera con las</p><p>paredes de la tolva a una altura menor de lo esperada con respecto a la base de esta. Por</p><p>lo que, un elemento de extensión el cual se acople al extremo libre</p><p>superior del eje de</p><p>salida del PTO, sería una solución ingenieril viable para lograr un óptimo funcionamiento</p><p>de la abonadora.</p><p>Imagen 39. Modelo CAD elemento de extensión para eje de PTO.</p><p>- Reducir los costos para el desarrollo de la abonadora, en pro de su facilidad de</p><p>adquisición, teniendo en cuenta sus materiales y procesos de fabricación.</p><p>- Optimizar el sistema de acople a la motocicleta modificada, desarrollando a fondo</p><p>el análisis estático de la unión de la abonadora con la configuración agrícola de la</p><p>motocicleta.</p><p>- Realizar pruebas de comprobación en una situación de fertilización de cultivos real.</p><p>Bibliografía</p><p>[1] J. Figueroa, «Diseño de una maquina abonadora para distribuir fertilizante inorganico</p><p>en terrenos de bajo costo,» 2014.</p><p>[2] C. Valero, «Las abonadoras,» ETSI Agronomos Madrid, pp. 1-5.</p><p>[3] EcuRed, «EcuRed,» [En línea]. Available: https://www.ecured.cu/Abonadora. [Último</p><p>acceso: 2021].</p><p>[4] L. R. Garcia, «Tractores y maquinas: Todo sobre maquinaria agricola,» 03 05 2017. [En</p><p>línea]. Available: https://www.tractoresymaquinas.com/tipos-abonadoras-ventajas-</p><p>inconvenientes/#32_Abonadoras_por_gravedad.</p><p>[5] Gaher, «GaherMetalic,» [En línea]. Available:</p><p>https://www.gahermetalic.com/125/abonadora-pendular-aip/.</p><p>[6] Kongskilde, «kongdkilde,» [En línea]. Available: https://www.kongskilde.com/us/es-</p><p>ES/Agriculture/Discontinued/Soil/Fertilising-Technique/High-Capacity-</p><p>Spreader/WING-JET-S-4000.</p><p>[7] AZUTEC, «Abonadora de espalda para aplicacion de fertilizante granulado de la cruz</p><p>REF:2S,» [En línea]. Available:</p><p>https://connectamericas.com/sites/default/files/company_files/ABONADORA%20DE</p><p>%20ESPALDA%20UNIFICADO%20COMPRIMIDO_0.pdf.</p><p>[8] Agrofacil, [En línea]. Available: https://www.agrofacil.co/producto/abonadora-de-</p><p>espalda-agricola/.</p><p>[9] Cespedaila, «Cespedalia España,» [En línea]. Available:</p><p>https://www.cespedalia.com/abonadoras-manuales-y-arrastradas/8-texas-cs2500-</p><p>abonadora-esparcidora-manual-25-litros-5708906489671.html.</p><p>[10] M. A. D. Caviedes, «Desarrollo de una adaptacion de motocicletas para desarrollar</p><p>actividades agricolas,» Bogotá , 2018.</p><p>[11] ANDI, «Las Motocicletas en Colombia,» 2017. [En línea]. Available:</p><p>http://www.andi.com.co/Uploads/LasMotocicletasEnColombia.pdf%20%5bImagen%</p><p>2011.</p><p>[12] A. A. Rodriguez, «Adaptacion de una motocicleta para la actividad agricola,» Bogotá,</p><p>2020.</p><p>[13] D. Carvajal, «Diseño de un toma fuerza mecanico para motocileta,» Bogotá, 2020.</p><p>l14] A. Salamanca y S. Sadeghian, «La densidad aparente y su relacion con otras</p><p>propiedades en la zona cafetera colombiana».</p><p>[15] R. G. Riascos, «Propiedades generales de los fertilizantes».</p><p>[16] P. Maldonado, «Influencia del tipo de material superficie de contacto y altura de</p><p>almacenaje sobre el angulo de reposo en materiales granulares,» 2019.</p><p>[17] R. S. Bonifacio, «Diseño de tolvas».</p><p>[18] A. J. P. Guerra, «Diseño mecanico de tolvas industriales,» Mecanotecnia, 2019. [En</p><p>línea]. Available: http://mecanotecnia.blogspot.com/2019/03/diseno-mecanico-de-</p><p>tolvas-industriales.html.</p><p>[19] Problemas y Ecuaciones, [En línea]. Available:</p><p>https://www.problemasyecuaciones.com/geometria3D/volumen/tronco/cono/calcul</p><p>adora-area-volumen-formula-demostracion.html.</p><p>[20] A. J. P. Guerra, «Diseño mecanico de tolvas industriales Vol3,» Mecanotecnia, 2019.</p><p>[En línea]. Available: http://mecanotecnia.blogspot.com/2017/04/diseno-mecanico-</p><p>de-tolvas-industriales.html.</p><p>[21] C. A. C. Patiño y N. S. Rodriguez, «Diseño un sistema de dosificacion de materias</p><p>primas para la compañia de ingenieria y mantenimiento CIM S.AS.,» Bogotá, 2019.</p><p>[22] AgroTecnica, «La tecnologia en las abonadoras de proyeccion,» Sobre el papel, pp. 38-</p><p>44, 2011.</p><p>[23] A. Kraszkiewicz, A. Pecyna, S. Pascuzzi, F. Santoro y A. Przywara, «Experimental Study</p><p>of Disc Fertilizer Spreader Performance,» 2020.</p><p>[24] Argselmash, [En línea]. Available: https://argselmash.com.ar/cajas-de-cambio-para-</p><p>sembradoras/.</p><p>[25] AulaFacil, [En línea]. Available: https://www.aulafacil.com/cursos/maquetas/diseno-</p><p>y-realizacion-de-maquetas-de-papel-a-partir-de-recortables/desarrollo-sobre-el-</p><p>papel-de-un-tronco-de-cono-de-revolucion-l12083.</p><p>[26] Metaza, «Metaza Colombia,» [En línea]. Available: https://metaza.com.co/productos-</p><p>industria/acero-cold-rolled/.</p><p>[27] Applied, «Applied Machinery,» [En línea]. Available:</p><p>https://www.appliedmachinery.com.au/machinery/97307/yawei-hle-1530-2kw.</p><p>[28] OLX: MIDCO, «OLX Colombia,» 2021. [En línea]. Available:</p><p>https://www.olx.com.co/item/roladora-para-lamina-8-mm-iid-1100522842.</p><p>[°°°</p><p>29]</p><p>C. A. C. PATIÑO y N. S. RODRIGUEZ, «DISEÑO DE UN SISTEMA DE DOSIFICACIÓN DE</p><p>MATERIAS PRIMAS PARA LA,» Bogotá, 2019.</p><p>57</p><p>Soldadura .................................................................................................................................. 57</p><p>Resultado ................................................................................................................................... 58</p><p>Mecanizado del plato centrifugo .................................................................................................. 58</p><p>Corte .......................................................................................................................................... 59</p><p>Mecanizado de pieza para la transmisión de movimiento rotacional (PTO – plato) .................... 60</p><p>Corte/Mecanizado ..................................................................................................................... 61</p><p>Soldadura .................................................................................................................................. 62</p><p>Resultado ................................................................................................................................... 62</p><p>Mecanizado de las paletas de dispersión ...................................................................................... 63</p><p>Corte .......................................................................................................................................... 64</p><p>Resultado ................................................................................................................................... 64</p><p>Ensamble del prototipo ................................................................................................................. 65</p><p>Resultados ......................................................................................................................................... 66</p><p>Radio de giro: ................................................................................................................................ 66</p><p>Ficha técnica: ................................................................................................................................. 68</p><p>Conclusiones: .................................................................................................................................... 68</p><p>Trabajos futuros: ............................................................................................................................... 69</p><p>Referencias: .......................................................................................... ¡Error! Marcador no definido.</p><p>Introducción:</p><p>En el campo agrícola es de suma importancia la preparación de los terrenos, ya que</p><p>esta es fundamental para los próximos trabajos de siembra, siempre teniendo en</p><p>cuenta que la tierra sea virgen o que se requiera remover los residuos de una antigua</p><p>cosecha.</p><p>Normalmente en la agricultura nacional, los pequeños y medianos empresarios</p><p>agricultores no son capaces de adquirir maquinaria agrícola para la mejora de sus</p><p>trabajos. Fundamentalmente esto se debe a los costos que se necesita para su</p><p>adquisición y la poca llegada que estos tienen a sus alejados pueblos. [1]</p><p>Los empresarios agrícolas normalmente deben acceder a trabajos manuales y/o</p><p>animales, lo que causa que contraten a un número indeterminado de personas que</p><p>serán los responsables de realizar los trabajos de preparación de los terrenos antes de</p><p>la siembra.</p><p>Por otro lado, existen empresarios que alquilan maquinaria para trabajos previos</p><p>(arado, rastra, etc.), esto ocasiona pérdidas de tiempo, y 5 que sea probable que el</p><p>cliente que brinde el servicio no lo haga de la manera que uno lo desee. Esto ocasiona</p><p>perdida de dinero, tiempo y molestias innecesarias. El uso de diversas maquinarias</p><p>implica perdidas de diversa índole. [1]</p><p>Por ende, existe un problema también en el uso de los fertilizantes inorgánicos que al</p><p>no ser utilizados de la mejor manera pueden causar problemas en el producto final y</p><p>posteriormente en todo lo relacionado al mercado.</p><p>En el mundo existen maquinas abonadora de fabricación extranjera con capacidades</p><p>superiores y/o similares al prototipo propuesto con costos mucho más elevados que</p><p>pueden llegar a alcanzar los 80.000 USD (ochenta mil dólares americanos), el costo</p><p>puede variar dependiendo de la marca y la capacidad. De esta forma se justifica el</p><p>diseño de una maquina abonadora arrastrada por un costo mucho menor al antes</p><p>mencionado. [1]</p><p>Con una maquina abonadora diseñada con productos que se encuentren en el</p><p>mercado nacional pues habrá beneficios en lo laboral, ya sea por los profesionales que</p><p>estén involucrados para su desarrollo o ya sea en lo educativo, ya que el empresario</p><p>agricultor aprenderá sobre el diseño de maquinaria agrícola que le permitirá</p><p>supervisar con mucho mejor calidad los trabajos en sus terrenos, además, que puede</p><p>enseñar a sus trabajadores.</p><p>Los fertilizantes orgánicos son muy recomendados para todo tipo de siembra en la</p><p>agricultura, pero para un nivel competitivo de mercado, la preparación de esta toma</p><p>tiempo o es difícil de adquirirlos, entonces es necesario una correcta elección y</p><p>utilización de los fertilizantes inorgánicos para poder salvaguardar la integridad de los</p><p>suelos.</p><p>Por ello, la importancia de esta tesis radica en mejorar la calidad del trabajo de</p><p>fertilización de los terrenos diseñando una maquina abonadora para fertilizante granular</p><p>orgánico o inorgánico.</p><p>Para esto es importante, conocer a fondo ambas clases de equipos, tanto las abonadoras</p><p>diseñadas para acoplarse a equipos agrícolas como tractores, como los equipos que</p><p>forman parte del presente del agro en países con cultivos en su mayoría por tecnificar,</p><p>como abonadoras por carretilla o boleadoras.</p><p>Según lo anterior, dentro de las abonadoras comerciales implementadas en tractores, se</p><p>encuentran diferentes clases, siendo las más empleadas; abonadoras por gravedad,</p><p>abonadoras centrifugas y abonadoras neumáticas, las cuales serán expuestas para su</p><p>posterior análisis:</p><p>En primer lugar, las abonadoras por gravedad se caracterizan porque el fertilizante cae de</p><p>la tolva al suelo por su propio peso. La distribución transversal obtenida con ellas es muy</p><p>homogénea, siendo la anchura de trabajo (distancia entre pasadas consecutivas) igual a la</p><p>anchura del elemento distribuidor. Tradicionalmente estas máquinas son remolcadas o</p><p>semi -suspendidas con un caudal Q(kg/h) dosificado por elementos accionados y aplicado</p><p>por el distribuidor de forma proporcional al avance del tractor, dado su accionamiento</p><p>desde las ruedas de la máquina. Estas máquinas permiten la aplicación de fertilizante</p><p>tanto pulverulento como granulado, perlado o cristalizado siendo su mayor inconveniente</p><p>la dificultad de transporte en caminos rurales y su escasa capacidad de trabajo S, en</p><p>(ha/h). Esta última se deriva de una moderada velocidad de aplicación (4-8km/h), pero</p><p>fundamentalmente de su reducida anchura útil, en este caso igual a la anchura del</p><p>elemento distribuidor (1.75 a 2,5 m limitada por el máximo ancho de transporte en</p><p>carretera) en los modelos tradicionales, hoy casi eliminados del mercado de los países</p><p>desarrollados. [2]</p><p>Imagen 1. Abonadora por gravedad antigua con salida por banda inclinada. [3]</p><p>En la actualidad, de los distintos tipos que han aparecido en el mercado: con el</p><p>dosificador-distribuidor de tornillo sinfín, de rejilla, de rodillo, de cadenas, de platos</p><p>giratorios y de fondo móvil, el sistema que más se ha asentado es el de tornillo sinfín con</p><p>tolva central. Estas máquinas permiten anchuras de trabajo mucho más elevadas (hasta</p><p>12m en los llamados distribuidores de gran superficie) pues van provistas de un sistema</p><p>de plegado de los brazos para el transporte. Estas abonadoras están especialmente</p><p>indicadas en la distribución de abonos pulverulentos (abonos simples) más baratos que los</p><p>abonos compuestos típicamente granulados: las grandes explotaciones agrícolas proceden</p><p>a la adquisición de abonos simples</p><p>a granel para posteriormente establecer sus propias</p><p>formulaciones. [2]</p><p>Los distribuidores de gran superficie se presentan actualmente como grandes remolques</p><p>de uno o de dos ejes con carga de 6 o de 10 toneladas; la dosificación del caudal de abono</p><p>se obtiene por medio de banda transportadora y trampilla.</p><p>Imagen 2. Abonadora por gravedad plegable Super Brutus 30000. [4]</p><p>En segundo lugar y la de mayor relevancia para el proyecto, se encuentran las abonadoras</p><p>centrifugas. Estas constituyen el tipo de máquina más extendido para la aplicación de</p><p>fertilizantes sólidos. Su sencillez constructiva y su reducido coste han facilitado su</p><p>divulgación y extensión.</p><p>El caudal de abono Q (kg/min) dosificado por una trampilla de apertura regulable, es</p><p>depositado en el o los dispositivos giratorios (discos o tubo), desde los cuales es</p><p>impulsado a todo lo ancho de la máquina, con una elevada anchura de distribución, de</p><p>hasta 40 m. En contraposición con las abonadoras por gravedad, la distribución</p><p>transversal del abono no es homogénea en toda su anchura, por lo que exige el</p><p>solapamiento o 'recubrimiento' entre pasadas. Es decir, la anchura útil de trabajo de la</p><p>máquina (hasta 30m en abonadoras de doble disco) es inferior a la anchura total de la</p><p>distribución o 'alcance' de las partículas (Ortiz Cañavate, 1995 y 1989). La misma norma</p><p>(UNE68-088-88) establece las condiciones de ensayo para la evaluación de la anchura útil</p><p>de trabajo en abonadoras centrífugas. Esta se establece para cada tipo de abono</p><p>granulado, pues las propiedades físicas del mismo influyen en el alcance y distribución de</p><p>sus partículas. [2]</p><p>Existen dos grupos de abonadoras centrífugas: de discos y pendulares, en ambos casos</p><p>accionados por la toma de tuerza del tractor, pero mientras el movimiento de los discos es</p><p>uniforme (siendo la velocidad de rotación constante, y la velocidad tangencial constante),</p><p>el movimiento del tubo pendular es oscilatorio (𝑣 = 0, a 𝑣 = 𝑣 , a 𝑣 = 0). Por lo</p><p>tanto, las regulaciones de dicha dosis superficial consisten en la regulación del caudal y de</p><p>la velocidad real de avance de la máquina. La anchura útil de trabajo viene determinada</p><p>principalmente por los elementos de esparcido (como antes se ha dicho), los cuales</p><p>pueden variarse en los siguientes términos: Tipo de discos, en parámetros como su</p><p>diámetro, forma, tipo, tamaño y posición de las paletas. Altura de los discos (de la</p><p>máquina) sobre el suelo, e inclinación. En algunos casos, punto de caída del abono sobre</p><p>el disco. [2]</p><p>Imagen 3. Abonadora centrifuga mono disco, tomada de visita a la empresa IDEAGRO.</p><p>Imagen 4. Abonadora centrifuga pendular. [5]</p><p>Las pequeñas variaciones del régimen del motor no van a influir en la dosis superficial</p><p>aplicada. Sin embargo, variaciones en la velocidad real de avance, sí influyen en la</p><p>homogeneidad longitudinal. El resbalamiento, por tanto, afecta de una forma constante (y</p><p>hay que tenerlo en cuenta compensándolo con el caudal: a mayor resbalamiento, menor</p><p>caudal en la misma proporción). Para compensar estas diferencias, la mayor parte de las</p><p>casas comerciales ofertan dispositivos electrónicos de control de la dosis, que consisten</p><p>en un sensor de la velocidad real de avance del tractor, un procesador y un actuador sobre</p><p>la apertura de la trampilla reguladora del caudal (caudal proporcional al avance).</p><p>Simultáneamente a la modificación del caudal, el sistema aporta al tractorista información</p><p>actualizada referente al fertilizante remanente en la tolva, es decir, a la autonomía en</p><p>superficie abonable para una anchura de trabajo prefijada por el operario y a la dosis real</p><p>aplicada empleando para ello sensores de peso en la base de la tolva; la presencia</p><p>dispositivos de calibración dinámica es importante para evaluar la fiabilidad de las medias.</p><p>Estos sistemas se adaptan también en las modernas abonadoras de gravedad de gran</p><p>superficie. El viento es otro aspecto para tener en cuenta a la hora de realizar la operación</p><p>de abonado Las abonadoras centrífugas de discos pueden disponer de uno o dos de dichos</p><p>elementos. Estas últimas permiten alcanzar máximas anchuras útiles de trabajo. Una</p><p>ventaja adicional de las abonadoras centrífugas de doble disco respecto a las de disco</p><p>simple es la posibilidad de inhabilitar uno de los discos a la hora de fertilizar los bordes de</p><p>la parcela con lo que es posible evitar la emisión de abono fuera del cultivo. Este aspecto</p><p>medioambiental está cobrando cada vez más importancia en los países de agricultura más</p><p>avanzada, donde el nivel de fertilización es muy elevado. La oferta en el mercado de</p><p>abonadoras centrífugas es enorme; capacidades desde 2001 y desde 6 m de anchura útil,</p><p>hasta 25001 y hasta 36 m en los tipos más usuales, hasta 80001 en los remolques de gran</p><p>capacidad; montadas a los tres puntos hasta 2000 kg, y remolcadas las de mayor</p><p>capacidad.</p><p>Imagen 5. Abonadora centrifuga doble plato. [4]</p><p>En tercer lugar, tenemos a las abonadoras neumáticas, siendo estas las más complejas en</p><p>sentido de mecanizado, control y tecnologías. Estas máquinas, las más modernas, son el</p><p>resultado de un interés muy acuciante en el Norte de Europa por reducir las dosis de</p><p>fertilizante con niveles de homogeneidad superficial aceptables. Estas máquinas son</p><p>aplicables a la distribución de micro gránulos por procedimientos neumáticos similares a</p><p>las sembradoras neumáticas. Se caracterizan por la presencia de una barra con toberas de</p><p>salida (la anchura útil es igual al número de toberas por la distancia entre toberas, máximo</p><p>12m), una tolva, un dosificador y un ventilador para el arrastre del abono hasta los puntos</p><p>de salida. El elemento dosificador puede estar accionado por la rueda motriz de la</p><p>máquina, con lo que el caudal Q dosificado es proporcional al camino recorrido, e</p><p>independiente de la velocidad de avance; la máquina, de forma similar a lo que ocurre en</p><p>las sembradoras neumáticas, mantiene un flujo de aire suficiente para el transporte de las</p><p>partículas, en el que se inyecta el producto a mayor o menor caudal. [2]</p><p>Estas máquinas están especialmente indicadas para las distribuciones de dosis bajas 50-</p><p>100kg/ha y no deben emplearse en dosis superiores a 800-1000kg/ha debido a la</p><p>aparición de obturaciones (tampoco fueron diseñadas al efecto). En nuestro país están</p><p>poco extendidas debido al mayor coste del equipo en comparación con las abonadoras</p><p>centrífugas. Sin embargo, son idóneas para distribuciones muy homogéneas, en equipos</p><p>de gran superficie. Se ofertan equipos mixtos autopropulsados, para la aplicación de</p><p>productos líquidos o sólidos indistintamente. [2]</p><p>Imagen 6. Abonadora neumática de precisión WING JET S4000. [6]</p><p>Tal como se mencionó, posterior a la presentación y análisis de las diferentes y más</p><p>importantes maquinarias de fertilización acopladas a vehículos motorizados para el</p><p>trabajo agrícola en el mercado, se presentan las alternativas de artefactos para el</p><p>desarrollo de esta tarea que se utilizan actualmente en el agro nacional, para así, tener un</p><p>visión amplia y nítida de todos los productos ingenieriles en el proceso de abonado.</p><p>Según lo anterior, a nivel nacional (similar en toda Latinoamérica) se encuentran dos</p><p>clases de variantes que se pueden encontrar comercialmente en el mercado para suplir la</p><p>tarea de fertilización y preparación de terrenos y cultivos. Estas dos clases de abonadoras</p><p>son similares en el hecho de que ambas operan por tracción y control humano, pero</p><p>varían básicamente en la configuración de sus elementos de alimentación y dispersión, sin</p><p>mencionar las variantes de proyección del granel que se presenta en este último sistema.</p><p>Por consiguiente, la primera clase son las denominadas abonadoras de espalda. Esta</p><p>abonadora es un implemento que resuelve los problemas prácticos del sector agrícola al</p><p>incorporar alta tecnología con las mejores cualidades de uso y duración. Esta soluciona</p><p>el</p><p>problema básico de aplicación de abonos en períodos en que la maquinaria pesada no</p><p>puede ingresar al lote de cultivo, ya sea por problemas de humedad del suelo o por la</p><p>inevitable destrucción de gran parte de las plantas por su altura. Este modelo de chorro es</p><p>recomendable para efectuar tareas totales o complementarias de aplicación de cualquier</p><p>tipo de abono granulado en cultivos en surco: caña de azúcar, maíz, palma africana, sorgo</p><p>etc. [7]</p><p>El producto sale por gravedad, la máquina posee unas platinas guillotinas que se abren y</p><p>cierran según la necesidad de aplicación previamente graduadas según requerimientos.</p><p>Imagen 7. Abonadora de espalda de la empresa AGROFACIL. [8]</p><p>La máquina se debe llenar cuando el operario la tenga terciada a la espalda. Se debe tener</p><p>la precaución de mantener cerradas las salidas. Nunca llenar la máquina sobre las</p><p>mangueras. La tapa debe protegerlo a nivel del cuello y cabeza; una vez llena la máquina</p><p>se baja la tapa quedando el producto cubierto. Se lleva la máquina al sitio de iniciación,</p><p>cabeza de surco, se abren las platinas por intermedio de las crucetas, se procede a andar y</p><p>con la palanca de agitación, se da comienzo a mover el batidor para que el contenido</p><p>pueda fluir fácilmente. Al llegar al extremo del surco se cierran las salidas y se traslada de</p><p>surco, dejando uno de por medio ya que la máquina en cada recorrido esta abonando dos</p><p>surcos a la vez. [7]</p><p>Imagen 8. Abonadora de espalda de la empresa AGROFACIL. [8]</p><p>El abono debe ser tratado previamente ya que posee terrones grandes los cuales deben</p><p>ser desbaratados; al abono debe estar con una humedad relativamente baja, de lo</p><p>contrario se obstruirán los salideros, el material a aplicar debe estar bien peletizado y</p><p>seco. Después de cada aplicación, la máquina debe lavarse. Cuando se deba guardar por</p><p>varios días aplicar A.C.P.M. para que no se peguen las todas las partes que poseen un</p><p>movimiento relativo: salideros, batidor, rache. Por poseer control de salida está equipada</p><p>para dosificar la cantidad que requiera el cultivo según prescripción que indique el</p><p>Agrónomo, lo cual deberá hacerse con medidas de campo. [7]</p><p>En segundo lugar, y con mayor congruencia con la orientación de este proyecto, se</p><p>encuentran las abonadoras boleadoras o abonadoras de arrastre manual. Este tipo de</p><p>fertilizadoras se han impuesto en el mercado global agrícola, dado que, utilizando un</p><p>sistema de carretilla impulsado por un operario permite llegar a lugares con difícil acceso</p><p>de un cultivo o terreno, sin mencionar que es el mismo operario quien por medio de un</p><p>sistema de dosificación integrado a una palanca o perilla, controla la magnitud del caudal</p><p>de fertilizante necesario para el proceso.</p><p>Imagen 9. Abonadora boleadora manual Texas CS2500. [9]</p><p>Estas, emplean el mismo sistema de dispersión que una abonadora centrifuga por platos.</p><p>Un recipiente almacena el granel y por medio de gravedad lo deja caer de manera</p><p>controlada a través de una trampilla hacia un plato. Este plato, se mueve de manera</p><p>centrifuga, dicho movimiento rotacional, transmitido desde una caja de engranajes que</p><p>funciona en función del arrastre de la carretilla y que transforma perpendicularmente la</p><p>rotación de las ruedas.</p><p>Por otro lado, el sistema de dosificación mencionado se compone de una compuerta</p><p>deslizante, en unos casos giratoria y en otros de movimiento lineal. Esta compuerta se</p><p>acciona por medio de un sistema de palancas o guayas que desliza la compuerta hasta la</p><p>posición que el operario decida, todo esto teniendo en cuenta el tipo de fertilizante que se</p><p>utilizara y la relación que se deba depositar para el terreno a cultivar según el manual del</p><p>material. Para el caso de la abonadora boleadora, al utilizar la dispersión por proyección,</p><p>el material óptimo de trabajo es el fertilizante granular.</p><p>Imagen 10. Abonadora boleadora, tomada de visita a la empresa IDEAGRO.</p><p>Dentro del contexto de desarrollo del proyecto mencionado, es importante plantear la</p><p>realidad de las motocicletas en el país para lograr justificar la transición de maquinaria</p><p>agrícola que usualmente se emplea en tractores y motocultores, a un vehículo con</p><p>enfoque netamente en el ámbito de movilidad, como lo es la motocicleta.</p><p>Estos vehículos de dos ruedas llevan consigo la identidad del colombiano, y representan</p><p>una constante en la cotidianidad de millones de personas en todos los ámbitos y clases</p><p>sociales presentes en el país. Tal como lo plantea la Cámara de la Industria Automotriz en</p><p>el documento Las Motocicletas en Colombia: aliadas del Desarrollo del País donde se</p><p>reporta que hasta 2017 1 de cada 6,7 colombianos posee una motocicleta, habiendo en el</p><p>país alrededor de 7,2 millones de motocicletas. Respecto al crecimiento del sector, se</p><p>reporta que de 2010 a 2016 la cantidad de motocicletas aumento en un 39,6%. Aunque en</p><p>2017 las ventas se disminuyeron un poco respecto a 2016, se puede afirmar que el de las</p><p>motocicletas es un sector que se ha venido haciendo muy fuerte en el país, no solo por</p><p>ventas, sino también en producción. En el reporte mencionado anteriormente se</p><p>menciona que alrededor 97% de las motos vendidas en Colombia son producidas en el</p><p>mismo país, el porcentaje restante corresponden a motos de alta gama o deportivas. [10]</p><p>Las corporaciones FENALCO y ANDI informan que hasta el mes de septiembre en el 2017</p><p>se han vendido 367 929 motocicletas en el país, así mismo reportan “53,8% de los</p><p>motociclistas pertenecen a los estratos 1 y 2, y el 98,56% a los estratos 1, 2, 3 y 4. El 91,9%</p><p>de los motociclistas son empleados, trabajadores independientes o estudiantes, por lo</p><p>que la motocicleta es un pilar del desarrollo económico, que apoya la subsistencia de 7,8</p><p>millones de familias populares”, en su boletín de prensa de septiembre de 2017. [10]</p><p>Tal como lo plantea Miguel Ángel Díaz Caviedes en “Desarrollo de una adaptación de</p><p>motocicletas para desarrollar actividades agrícolas”: “La anterior información representa</p><p>otro hecho respecto a las motocicletas en Colombia y es que estas son compradas y</p><p>usadas en su mayoría por los sectores más pobres. Además, son usadas por trabajadores</p><p>independientes, pues según reporta ANDI en 2016 el 32,9% de los compradores de motos</p><p>son trabajadores independientes, y además en el mismo año se reporta que el 22,4% de</p><p>las personas que adquirieron una motocicleta lo hicieron con la intención de aumentar sus</p><p>ingresos. Se calcula que alrededor de 2 millones de motocicletas en el país son usadas</p><p>como herramientas de trabajo”. [10]</p><p>Todo esto se soporta en la siguiente grafica donde se evidencia la evolución y crecimiento</p><p>de la motocicleta como vehículo de transporte en zona rurales. Todo esto dado a las</p><p>facilidades económicas que brinda la adquisición de una moto en casi cualquier zona del</p><p>territorio nacional, sin mencionar, el excelente desempeño que cumplen la mayoría de las</p><p>motos de trabajo y tipo “off road”, en terrenos difíciles, como los que se encuentran en las</p><p>zonas aledañas a las grandes ciudades en Colombia.</p><p>Imagen 11. Crecimiento de las motocicletas por zona (2011-2016). [11]</p><p>Especificación de Diseño</p><p>La capacidad de producción agrícola en Colombia, dado todos los recursos naturales que</p><p>posee el país, es sin duda uno de los puntos más fuertes y con mayor proyección de</p><p>explotación y desarrollo para el beneficio de la nación. Por lo que, la necesidad de avanzar</p><p>en búsqueda de una agricultura colombiana intensiva, tecnificada y rentable, es más que</p><p>evidente. Todo esto, sin remplazar el papel y el valor que le otorgan los campesinos y</p><p>agricultores en este proceso desde hace tantos años.</p><p>Por consiguiente, este proyecto se torna interesante, ya que, logra involucrar al vehículo</p><p>más asequible para la población rural (motocicleta), como protagonista en la realización</p><p>de tareas agrícolas en el ámbito del cultivo y la ganadería. Además, al estar enfocado</p><p>específicamente en</p><p>suplir una tarea tan recurrente y desgastadora como lo es el fertilizar,</p><p>se logra justificar la integración de la motocicleta como máquina de trabajo agrícola en</p><p>pro de un agro colombiano más tecnificado.</p><p>Teniendo así, como resultado final de este proyecto el diseño total de un apero,</p><p>específicamente una abonadora centrifuga mono disco, que será transportada en una</p><p>motocicleta modificada para el trabajo agrícola. Además, de la fabricación de un prototipo</p><p>con el objetivo de una posible continuación del proyecto en puntos como los sistemas de</p><p>sujeción a la motocicleta, la óptima implementación de este y respectivas pruebas de</p><p>funcionamiento en el campo. Sin mencionar, que tanto el sistema que permite la</p><p>implementación y el transporte de la abonadora, como él toma fuerzas para transferir la</p><p>potencia del motor del vehículo a al disco centrifugo, son la continuación de dos proyectos</p><p>de grado que se realizaron de la mano, con el mismo objetivo general. [12] [13]</p><p>1. Objetivo de Diseño:</p><p>Diseñar un dispositivo que logre acoplarse a una motocicleta de trabajo agrícola para</p><p>realizar una tarea de dispersión de abono y fertilizante, facilitando y tecnificando la labor</p><p>agrícola de los campesinos colombianos.</p><p>2. Requerimientos del sistema:</p><p>- Ser fácil de ensamblar y desensamblar, además de que su manufactura y</p><p>mantenimiento deben ser económicos, siendo posible que cualquier persona sin</p><p>capacitación previa lo realice. (campesinos)</p><p>- Ser capaz de trabajar sin tener una fuente externa adicional al sistema de la</p><p>motocicleta agrícola.</p><p>- Poder utilizarse para diferentes cultivos que hacen parte del presente y el futuro</p><p>del agro colombiano.</p><p>- Poder distribuir 100kg de fertilizante para una hectárea de cultivo</p><p>3. Restricciones:</p><p>- Uso de fertilizantes granulados. (partículas de 1 a 6 milímetros de diámetro,</p><p>tamaños que permiten una dosificación más precisa).</p><p>- Diseño orientado a la implementación del apero en una Yamaha XTZ 125 adaptada</p><p>al trabajo agrícola:</p><p>a. Máximo peso cercano a los 300 kg contando el peso del fertilizante</p><p>b. Operar a velocidades entre a los 10 y 15km/h</p><p>c. Integrarse con los sistemas diseñados previamente o de fábrica.</p><p>d. Distancia mínima del sistema al suelo 246mm</p><p>e. Proteger la integridad del operario en el proceso de fertilización.</p><p>- Mínimo 1 hectárea de terreno fertilizado entre recarga de la tolva</p><p>Diseño conceptual:</p><p>Posterior al planteamiento de las restricciones y requerimientos del proyecto, se logra</p><p>obtener una vista detallada del sistema general, que daría una solución ingenieril optima</p><p>al problema propuesto en esta tesis previamente. Esto, en apoyo con la toda la</p><p>información recolectada en la presente funcional y realístico de este tipo de máquinas</p><p>permite determinan los subsistemas que conformarían el diseño.</p><p>Con estos subconjuntos planteados, se procede a realizar una lluvia de ideas que traiga</p><p>consigo una cantidad significativa de opciones viables para cada uno de los subsistemas,</p><p>los cuales, permitan desarrollar una imagen gráfica de cada una de las combinaciones</p><p>entre estos. Entendiendo que, para todo problema ingenieril existe un número infinito de</p><p>soluciones en función de la combinación de todas posibles respuestas que pueden suplir</p><p>el problema.</p><p>Teniendo un número considerable de combinaciones de subsistemas, junto con su</p><p>respectiva representación gráfica, se somete cada una de las opciones a una evaluación en</p><p>una matriz por puntajes. Evaluación, que tendrá como criterios de calificación los</p><p>requerimientos y restricciones planteados previamente, utilizando una escala de 1 a 5</p><p>para evaluar cada opción dentro de su respectivo subsistema, obteniendo así, un puntaje</p><p>global por combinación para seleccionar la que mejor se desempeñe contra las</p><p>especificaciones de diseño.</p><p>- Sistema de almacenamiento:</p><p>Dispositivo de almacenamiento:</p><p>Elemento que almacena el fertilizante para su posterior dispersión en el</p><p>cultivo.</p><p>- Sistema de dosificación:</p><p>Dispositivo de dosificación:</p><p>Elemento que controla la cantidad de fertilizante que sale del sistema de</p><p>almacenamiento.</p><p>- Sistema de dispersión:</p><p>Dispositivo de dispersión:</p><p>Elemento que deposita el fertilizante en el suelo.</p><p>- Sistema de acople:</p><p>Dispositivo de acople:</p><p>Elemento o conjunto de elementos que acoplan la abonadora con la</p><p>motocicleta, teniendo en cuenta las modificaciones realizadas para el trabajo</p><p>agrícola de la misma</p><p>- Sistema de energía:</p><p>Dispositivo que administre energía:</p><p>Elemento que administra energía al sistema para el desarrollo de la actividad.</p><p>Combinación de alternativas para subsistemas:</p><p>Se tuvieron en consideración 6 diferentes combinaciones de las opciones de solución</p><p>planteadas para los diferentes subconjuntos del sistema. De las cuales se descartaron dos</p><p>y se dio paso a un proceso de materialización grafica e ingenieril, todo esto teniendo en</p><p>cuenta que se evaluaron las combinaciones contra los requerimientos y restricciones</p><p>planteadas para el proyecto en pro de su objetivo general.</p><p>Opción 1:</p><p>Estatus: Descartada.</p><p>Sistema de</p><p>almacenamiento</p><p>Sistema de</p><p>dosificación</p><p>Sistema de</p><p>dispersión</p><p>Sistema de</p><p>acople</p><p>Sistema de</p><p>Energía</p><p>Depósitos Salida regulable Lanzamiento Carretilla PTO</p><p>Paquete original</p><p>Boquillas</p><p>intercambiables</p><p>Conducto por</p><p>gravedad</p><p>Uniones a la</p><p>plataforma Gravedad</p><p>Compartimiento</p><p>cucharas</p><p>Movimiento de la</p><p>moto</p><p>El paquete original en las diferentes presentaciones que se manejan en el mercado</p><p>permite reducir costos en elementos de almacenamiento, pero tiene dimensiones muy</p><p>limitadas que no permiten transportar la cantidad de fertilizante que debe depositar la</p><p>abonadora entre recargas. Por esto, sería necesario transportar mientras se realiza la</p><p>fertilización del terreno, más paquetes originales del fertilizante para remplazar el que se</p><p>acabe. Lo que vuelve tedioso la labor de la fertilización, además, variables como el peso</p><p>serian limitadas.</p><p>Opción 2:</p><p>Estatus: Descartada.</p><p>Sistema de</p><p>almacenamiento</p><p>Sistema de</p><p>dosificación</p><p>Sistema de</p><p>dispersión</p><p>Sistema de</p><p>acople</p><p>Sistema de</p><p>Energía</p><p>Depósitos Salida regulable Lanzamiento Carretilla PTO</p><p>Paquete original</p><p>Boquillas</p><p>intercambiables</p><p>Conducto por</p><p>gravedad</p><p>Uniones a la</p><p>plataforma Gravedad</p><p>Compartimiento</p><p>cucharas</p><p>Movimiento de la</p><p>moto</p><p>Un sistema basado en un comportamiento de cucharas se trata de una volumen</p><p>controlado y conocido, que determinaría la dosis requerida a abonar por área o planta. Lo</p><p>que facilitaría la forma de medición ya que la variable a controlar sería un volumen en</p><p>función de una geometría otorgada al o los elementos de recolección (cucharas) y no un</p><p>caudal, siendo posible aumentar la precisión de la dosis suministrada al terreno. Sin</p><p>embargo, al implementar un sistema como este el costo de manufactura y energía se</p><p>aumentarían, dado el aumento en la cantidad y calidad de elementos a manufacturar, y de</p><p>algún tipo de fuente o conexión adicional a alguna fuente existente que se deban</p><p>implementar para que el sistema opere. Sin mencionar, que como requerimiento la</p><p>abonadora debe desarrollar la tarea de fertilización de cultivos con diferentes necesidad</p><p>nutricionales y minerales, por lo que tener un volumen único de control del fertilizante</p><p>limita la operación de la solución.</p><p>Opción 3:</p><p>Estatus: Descartada.</p><p>Sistema de</p><p>almacenamiento</p><p>Sistema de</p><p>dosificación</p><p>Sistema de</p><p>dispersión</p><p>Sistema de</p><p>acople</p><p>Sistema de</p><p>Energía</p><p>Depósitos Salida regulable Lanzamiento Carretilla PTO</p><p>Paquete original</p><p>Boquillas</p><p>intercambiables</p><p>Conducto por</p><p>gravedad</p><p>Uniones a la</p><p>plataforma Gravedad</p><p>Compartimiento</p><p>cucharas</p><p>Movimiento de la</p><p>moto</p><p>El sistema de energía debe lograr que el sistema de dispersión opere y logre administrar el</p><p>fertilizante al cultivo. Por consecuente, un sistema que no sea una toma fuerzas pero que</p><p>tenga como generador de energía el movimiento de la moto, seria algún tipo</p><p>de árbol de</p><p>levas que unido al movimiento rotativo de la transmisión de la moto controle las</p><p>diferentes posiciones de al actuador de dispersión. Pero esta solución, además de</p><p>aumentar los costos de manufactura de manera abrupta y restringir la practicidad de</p><p>ensamble y desensamble del sistema, genera la necesidad de un mantenimiento de</p><p>sincronización periódico que condicionaría que cualquier persona pueda realizar la</p><p>correcta manutención de la máquina.</p><p>Opción 4:</p><p>Estatus: Seleccionada para evaluación a detalle.</p><p>Sistema de</p><p>almacenamiento</p><p>Sistema de</p><p>dosificación</p><p>Sistema de</p><p>dispersión</p><p>Sistema de</p><p>acople</p><p>Sistema de</p><p>energía</p><p>Depósitos Salida regulable Lanzamiento Carretilla PTO</p><p>Paquete original</p><p>Boquillas</p><p>intercambiables</p><p>Conducto por</p><p>gravedad</p><p>Uniones a la</p><p>plataforma Gravedad</p><p>Compartimiento</p><p>cucharas</p><p>Movimiento de la</p><p>moto</p><p>Imagen 12. Boceto para la opción 4 de combinaciones para subsistemas.</p><p>Opción 5:</p><p>Estatus: Seleccionada para evaluación a detalle.</p><p>Sistema de</p><p>almacenamiento</p><p>Sistema de</p><p>dosificación</p><p>Sistema de</p><p>dispersión</p><p>Sistema de</p><p>acople</p><p>Sistema de</p><p>energía</p><p>Depósitos Salida regulable Lanzamiento Carretilla PTO</p><p>Paquete original</p><p>Boquillas</p><p>intercambiables</p><p>Conducto por</p><p>gravedad</p><p>Uniones a la</p><p>plataforma Gravedad</p><p>Compartimiento</p><p>cucharas</p><p>Movimiento de la</p><p>moto</p><p>Imagen 13. Boceto para la opción 5 de combinaciones para subsistemas.</p><p>Opción 6:</p><p>Estatus: Seleccionada para evaluación a detalle.</p><p>Sistema de</p><p>almacenamiento</p><p>Sistema de</p><p>dosificación</p><p>Sistema de</p><p>dispersión</p><p>Sistema de</p><p>acople</p><p>Sistema de</p><p>energía</p><p>Depósitos Salida regulable Lanzamiento Carretilla PTO</p><p>Paquete original</p><p>Boquillas</p><p>intercambiables</p><p>Conducto por</p><p>gravedad</p><p>Uniones a la</p><p>plataforma Gravedad</p><p>Compartimiento</p><p>cucharas</p><p>Movimiento de</p><p>la moto</p><p>Imagen 14. Boceto para la opción 6 de combinaciones para subsistemas.</p><p>Opción 7:</p><p>Estatus: Seleccionada para evaluación a detalle.</p><p>Sistema de</p><p>almacenamiento</p><p>Sistema de</p><p>dosificación</p><p>Sistema de</p><p>dispersión</p><p>Sistema de</p><p>acople</p><p>Sistema de</p><p>energía</p><p>Depositos Salida regulable Lanzamiento Carretilla PTO</p><p>Paquete original</p><p>Boquillas</p><p>intercambiables</p><p>Conducto por</p><p>gravedad</p><p>Uniones a la</p><p>plataforma Gravedad</p><p>Compartimiento</p><p>cucharas</p><p>Movimiento de</p><p>la moto</p><p>Imagen 15. Boceto para la opción 7 de combinaciones para subsistemas.</p><p>Matriz de calificación:</p><p>En la matriz se observa, el rango de puntaje en el que se encuentran las opciones que se</p><p>descartaron preliminarmente (3), además de las opciones que pasaron a una revisión y</p><p>análisis más detallado por medio de representaciones graficas en forma de bocetos y por</p><p>último, la opción que por medio de la evolución contra requisitos y requerimientos logro</p><p>obtener el puntaje más alto (22.5), la cual representaría la mejor solución ingenieril para</p><p>el dispositivo de fertilización:</p><p>Opción 1 Opción 2 Opción 3 Opción 4 Opción 5 Opción 6 Opción 7</p><p>Ensamble y</p><p>desensamble 2 3 2 3,5 3,5 4 4</p><p>Versatilidad y</p><p>practicidad 2,5 2 4 4,5 4 3,5 4</p><p>Capacidad 1 5 5 5 5 5 5</p><p>Precio 4 3,5 2 3 3 2 2</p><p>Mantenimiento 3 2 1,5 3,5 4 4 3</p><p>Calidad y seguridad 2,5 2,5 3,5 2,5 2,5 2,5 4,5</p><p>TOTAL 15 18 18 22 22 21 22,5</p><p>La opcion seleccionada (opcion 7), utiliza un sistema de almacenamiento por deposito, tal</p><p>como lo utilizan las abonadoras para tractor en froma de tolva. Para el sistema de</p><p>dosificacion, tiene como alterantiva una salida regulable, tales como las compuertas o</p><p>trampillas que utilizan tanto las fertilizadoras manuales como motorizadas. Se conforma</p><p>por un sistema de dispercion por lanzamiento, siendo el que mejor impacto tiene en los</p><p>cultivos a nivel del ancho de trabajo, y que a diferencia de otra opciones maneja una</p><p>buena relacion con el precio de manufactura y mantenimiento. Por otro lado, al utilizar la</p><p>carretilla como medio de acople facilita la independecia entre las partes del sistema a</p><p>conformar. Y por ultimo, pero no menos importante, esta opcion incorpora como sistema</p><p>de energia un PTO (caja de engranajes), que al ser un sistema netamente mecanico, es</p><p>intuitivo, barato y con mucha facilidad a nivel de mantenimiento y ensamble.</p><p>Diseño detallado:</p><p>Continuando con el proceso de diseño, y habiendo seleccionado la opcion 7 con</p><p>combinacion A-A-A-A-A, como la seleccionada a continuar con el proceso detallado.</p><p>Donde se diseñara con el objetivo de obtener cada parametro necesario para su posterior</p><p>manufactura e implementacion en el sistema de fertilizacion.</p><p>Diseño sistema de almacenamiento: Tolva</p><p>Densidad aparente del fertilizante granular:</p><p>La densidad aparente es una propiedad del suelo ampliamente utilizada en la agricultura,</p><p>relacionada principalmente con las prácticas de manejo de los suelos y de las aguas.</p><p>Recientemente ha aumentado la preocupación respecto a la determinación y exactitud</p><p>en su medición, debido al incremento del uso de irrigación, de tierras cultivadas sin</p><p>labranza y a la compactación del suelo.</p><p>La DA es la característica que en mayor grado influye sobre la productividad de los</p><p>cultivos, debido a su estrecha relación con otras propiedades del suelo. Incluso, en</p><p>algunas especies ejerce un mayor efecto que el mismo uso de fertilizantes, el cual puede</p><p>ser más notable cuando no se aplican estos últimos. Este comportamiento está asociado</p><p>con las condiciones de disponibilidad y la tasa de difusión de los nutrimentos en el suelo.</p><p>[14]</p><p>Ahora, en función del diseño detallado de la tolva, se tiene la siguiente relación con la</p><p>propiedad física antes mencionada:</p><p>𝜌 =</p><p>𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎</p><p>𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒</p><p>Utilizando la ecuación anterior y determinando que el objetivo es el dimensionamiento</p><p>del elemento de almacenamiento se puede llegar a obtener un valor aproximado del</p><p>volumen de este. Esto último, teniendo en cuenta los diferentes tipos de cultivos que se</p><p>buscan optimizar y tecnificar, y las necesidades nutricionales de los mismos. Sin</p><p>mencionar, el requerimiento del funcionamiento de la abonadora para fertilizantes con</p><p>diferentes compuestos orgánicos, minerales y químicos.</p><p>Volumen de la tolva:</p><p>Así que, se determinó un valor de densidad aparente, cercano al valor promedio de esta</p><p>misma magnitud para fertilizantes compatibles con los cultivos más recurrentes en</p><p>Colombia antes presentados (teniendo un rango de DA entre 750-1500 𝑘𝑔/𝑚 ), y que a</p><p>su vez han demostrado un aumento en la capacidad y calidad de la producción. [15]</p><p>Por último, se toma como peso de la muestra, el valor mínimo entre recargas del sistema</p><p>planteado como requerimiento (100 kg), logrando así despejar la variable objetivo antes</p><p>mencionada:</p><p>1150 𝑘𝑔/𝑚 =</p><p>100𝑘𝑔</p><p>𝑉</p><p>𝑉 =</p><p>100𝑘𝑔</p><p>1150 𝑘𝑔/𝑚</p><p>𝑉 = 0.08695 𝑚</p><p>Angulo de reposo y ángulo de caída de la tolva:</p><p>Teniendo el volumen de la tolva, es necesario encontrar el Angulo de reposo. Existen</p><p>varios métodos utilizados para calcular el ángulo de reposo de un material. Entre estos, el</p><p>más usado es el método del embudo; este busca determinar el ángulo de reposo de los</p><p>materiales ensayados. Se debe garantizar que el diámetro de salida del embudo sea</p><p>mayor o igual a cinco veces el diámetro de la partícula (Diámetro embudo > 5 Diámetro</p><p>partícula). Asimismo, hay diversas formas de medir el ángulo de reposo, una es tratar de</p><p>medir el ángulo del cono resultante estimando, directamente, el valor gráficamente; la</p><p>otra forma es dividir el doble de la altura por el diámetro de la base del cono. La tangente</p><p>inversa de esta relación es el ángulo de reposo. [16]</p><p>Según el método desarrollado por Train (1958), el cual se pondrá en práctica para</p><p>encontrar este ángulo, el embudo empleado en la conformación de la pila se mantiene a</p><p>una altura constante H y el material se vierte dentro del embudo para que la pila quede</p><p>perfectamente cónica. La pila se construye hasta que toque el orificio de salida del</p><p>embudo. Luego,</p><p>se mide el diámetro de la base de la pila (D) y se determina el ángulo de</p><p>reposo de la siguiente forma. Todo esto, como se muestra a continuación: [16]</p><p>Imagen 16. Desarrollo experimental del método de Train para obtener el ángulo de reposo</p><p>del material.</p><p>Imagen 17. Desarrollo experimental del método de Train para obtener el ángulo de reposo</p><p>del material.</p><p>𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑜 = 5,77 𝑐𝑚</p><p>𝐷𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑜 = 20 𝑐𝑚</p><p>𝐴𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑝𝑜𝑠𝑜 (𝛼) = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑎𝑛</p><p>5.77</p><p>10</p><p>= 29.984°</p><p>Luego según la teoría, la inclinación mínima de la caída de tolva que permite que el</p><p>mineral fluya se determina en un aumento entre 5 y 15 grados con respecto del ángulo de</p><p>reposo, por lo que es necesario hacer el siguiente ajuste al valor del ángulo de reposo del</p><p>material para encontrar la magnitud antes mencionada:</p><p>𝛽 = 𝛼 + 5°</p><p>𝛽 = 29.984° + 5° = 34.98°</p><p>Este ángulo es congruente con el rango de ángulo de reposo que presentan la mayoría de</p><p>los materiales granulares que se emplean para la fertilización de cultivos. [16]</p><p>Variante de método para la obtención del volumen de la tolva:</p><p>Es importante tener en cuenta que, ya que esta será una tolva para materiales granulados</p><p>finos, se considera un porcentaje de espacios vacíos del 20%, sin mencionar que el peso</p><p>del material a almacenar es el planteado como requerimiento funcional del sistema</p><p>(100kg), y que se toma como valor de la densidad del material, el valor obtenido de la</p><p>ficha técnica del fertilizante (ANASAC Triple 15) usado para el experimento presentado</p><p>arriba: [17]</p><p>𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑟𝑒𝑙𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 = 1.7 𝑘𝑔/𝑚</p><p>𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 = 1694.9 𝑘𝑔/𝑚</p><p>𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑎 𝑎𝑙𝑚𝑎𝑐𝑒𝑛𝑎𝑟 = 100𝑘𝑔</p><p>𝑉 =</p><p>𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑎 𝑎𝑙𝑚𝑎𝑐𝑒𝑛𝑎𝑟</p><p>𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙</p><p>𝑉 = 0.059 𝑚</p><p>𝑉</p><p>𝑉</p><p>= 𝐸𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜 𝑖𝑛𝑢𝑡𝑖𝑙</p><p>𝑉</p><p>𝑉</p><p>= 20%</p><p>𝑉 = 𝐸𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜 𝑢𝑡𝑖𝑙 ∗ 𝑉</p><p>𝑉</p><p>𝐸𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜 𝑢𝑡𝑖𝑙</p><p>= 𝑉</p><p>𝑉 =</p><p>0.059 𝑚</p><p>0.8</p><p>= 0.07375 𝑚</p><p>Aproximación del diámetro y altura de la tolva:</p><p>Para encontrar el diámetro y la altura de la tolva, es necesario plantear un cilindro en el</p><p>que hipotéticamente se encuentra circunscrita la sección cónica final de la tolva.</p><p>Asumiendo espacialmente el cilindro mencionado, y por medio de las siguientes</p><p>relaciones geométricas y un sistema ecuaciones (2x2), es posible encontrar dos valores</p><p>para estas dos dimensiones de la tolva. Sin embargo, es importante mencionar que, estos</p><p>no serán los valores exactos que tendrá la tolva deseada, ya que difieren en forma y varían</p><p>en función del volumen requerido para almacenar el material. Por lo que, la magnitud de</p><p>estos valores encontrados serán claves para lograr asumir dimensiones y correlacionar</p><p>magnitudes de manera matemáticamente correcta. [17]</p><p>𝑉</p><p>𝑉</p><p>=</p><p>1</p><p>3</p><p>𝑡𝑎𝑛𝛽</p><p>𝐷</p><p>𝐻</p><p>0.2 =</p><p>1</p><p>3</p><p>tan (34.98°)</p><p>𝐷</p><p>𝐻</p><p>0.2 = 0.233 ∗</p><p>𝐷</p><p>𝐻</p><p>0.857 ∗ 𝐻 = 𝐷</p><p>𝑉 =</p><p>𝜋 ∗ 𝐷 ∗ 𝐻</p><p>4</p><p>𝑉 ∗ 4 = 𝜋 ∗ 𝐷 ∗ 𝐻</p><p>0.07375 ∗ 4 = 𝜋 ∗ (0.857 ∗ 𝐻) ∗ 𝐻</p><p>0.0939 = 0.734𝐻</p><p>0.0939</p><p>0.734</p><p>= 𝐻</p><p>𝐻 = 0.503𝑚</p><p>0.857 ∗ 𝐻 = 𝐷</p><p>0.857 ∗ 0.503 = 𝐷</p><p>𝐷 = 0.431 𝑚</p><p>Estimación del ancho mínimo de la descarga de la tolva:</p><p>Para poder estimar el diámetro de salida de la tolva, es necesario utilizar el ángulo de</p><p>reposo obtenido de manera experimental, ya que con este valor es posible estimar la</p><p>función de flujo de material (MFF) y la función factor de flujo del sistema definida como “1</p><p>/ ff” siendo “ff” conocido como “factor de flujo”. Para esto entramos a la gráfica,</p><p>“Determinación del factor de flujo aproximado”, utilizando el ángulo mencionado</p><p>previamente y teniendo en consideración la geometría seleccionada para la tolva (cónica),</p><p>encontramos que: [18]</p><p>Imagen 18. Determinación del factor de flujo aproximado. [18]</p><p>𝑓𝑓 ≈ 1.67</p><p>1</p><p>𝑓𝑓</p><p>= 0.5988</p><p>Teniendo en cuenta estos últimos valores encontrados, se debe obtener el valor del</p><p>esfuerzo critico aplicado para la tolva (CAS), el cual se haya encontrado el punto de</p><p>intersección entre las representaciones graficas de y 𝑀𝐹𝐹 (𝑀𝐹𝐹 = 𝜎 . ). [18]</p><p>Imagen 19. Determinación del esfuerzo critico aplicado a la tolva.</p><p>σ_1 MFF σ_1/FF</p><p>0 0 0</p><p>1 1 0,5988024</p><p>2 1,2834259 1,19760479</p><p>3 1,4851272 1,79640719</p><p>4 1,64718203 2,39520958</p><p>5 1,78496293 2,99401198</p><p>De las grafica anterior obtenemos el siguiente valor para el esfuerzo critico aplicado.</p><p>𝐶𝐴𝑆 = 1.35</p><p>Por último, utilizando la siguiente ecuación se logra relacionar el valor CAS con otras</p><p>propiedades ambientales y del material y obtener el valor mínimo para el diámetro de</p><p>salida de la tolva [18]:</p><p>Imagen 20. Representación esquemática de una tolva cónica y su valor D como diámetro</p><p>de salida. [18]</p><p>𝐷 =</p><p>𝐻(𝜃)</p><p>2</p><p>𝐶𝐴𝑆</p><p>𝜌 ∗</p><p>𝑔</p><p>𝑔</p><p>Donde 𝜌 es la densidad del material, 𝑔 = 1 𝑘𝑔 , la variable g es la gravedad local y</p><p>𝐻(𝜃) es igual a 𝐻(𝜃) = 2 + .</p><p>Entonces, con estas variables ya establecidas obtenemos que:</p><p>𝐷 =</p><p>2.583</p><p>2</p><p>∗</p><p>1.35 ∗ 1000</p><p>1694.9 𝑘𝑔/𝑚 ∗</p><p>9.81</p><p>𝑚</p><p>𝑠</p><p>1 𝑘𝑔</p><p>𝑚</p><p>𝑁𝑠</p><p>𝐷 = 0.10486𝑚</p><p>Cálculo del lado inclinado de la base (generatriz):</p><p>Imagen 21. Representación de la generatriz de manera geométrica dentro de la tolva. [19]</p><p>Teniendo esto en cuenta, este valor se calcula por medio del teorema de Pitágoras la</p><p>siguiente forma:</p><p>𝑏 = 𝑅 − 𝑅</p><p>𝑎 = ℎ + (𝑅 − 𝑅 )</p><p>𝑎 = 45.06 + (36.53 − 5) = 54.99𝑐𝑚 = 0.5499 𝑚</p><p>Cálculo de esfuerzos:</p><p>Presión en el fondo de la tolva:</p><p>Para calcular esta magnitud se utiliza la siguiente expresión, donde; 𝜌 es la densidad del</p><p>material, z es la altura de la tolva, D es el diámetro mayor de la tolva, 𝜇 es el coeficiente</p><p>de fricción con las paredes de la tolva (Tan (𝛽)), 𝑔 = 1 𝑘𝑔 y la variable g es la</p><p>gravedad local. [20]</p><p>𝑃 =</p><p>𝜌 ∗ 𝑔 ∗ 𝐷</p><p>4 ∗ 𝜇 ∗ 𝐾 ∗ 𝑔</p><p>∗ 1 − 𝑒𝑥𝑝 −</p><p>4 ∗ 𝑧 ∗ 𝜇 ∗ 𝐾</p><p>𝐷</p><p>𝑃 =</p><p>1694.9</p><p>𝑘𝑔</p><p>𝑚</p><p>∗ 9.81</p><p>𝑚</p><p>𝑠</p><p>∗ 0.7306𝑚</p><p>4 ∗ 0.7 ∗ 0.5049 ∗ 1 𝑘𝑔</p><p>𝑚</p><p>𝑁𝑠</p><p>∗ 1 − 𝑒𝑥𝑝 −</p><p>4 ∗ 0.4506𝑚 ∗ 0.7 ∗ 0.5049</p><p>0.7306𝑚</p><p>𝑃 = 5736.802 𝑃𝑎</p><p>La constante K se encuentra en función del ángulo efectivo de fricción interna (𝛿 ). Siendo</p><p>el máximo valor posible obtenido al remplazar este ángulo en las siguientes opciones de</p><p>expresiones matemáticas, si y solo si el resultado con alguna de las alternativas</p><p>presentadas es mayor a 0.4, de lo contrario este será el valor de K: [20]</p><p>1 − 𝑠𝑒𝑛 (𝛿 )</p><p>1 + 𝑠𝑒𝑛 (𝛿 )</p><p>= 0.2709</p><p>1 − 𝑠𝑒𝑛 (𝛿 )</p><p>1 + 𝑠𝑒𝑛 (𝛿 )</p><p>= 0.5049</p><p>0.5049 > 0.4 > 0.2709</p><p>𝐾 = 0.5049</p><p>Esta magnitud nos permite dimensionar los perfiles a emplearse en la estructura del</p><p>soporte.</p><p>Presión en la pared de la tolva:</p><p>𝑃 = 𝐾 ∗ 𝑃</p><p>𝑃 = 0.5049 ∗ 5736.802 𝑃𝑎 = 2896.512 𝑃𝑎</p><p>Modelamiento CAD:</p><p>Utilizando todos los parámetros de diseño obtenidos previamente, se hace uso de la</p><p>herramienta Autodesk Inventor Professional 2020, para modelar la tolva con las</p><p>especificaciones de diseño calculadas:</p><p>Imagen 22. Modelo CAD de la tolva en Inventor.</p><p>Diseño sistema de dispersión: Compuerta</p><p>Al haber seleccionado un sistema por compuertas y en pro de la practicidad en los</p><p>procesos de manufactura, ensamble y mantenimiento, se seleccionó un sistema de una</p><p>única compuerta deslizante ubicado en la parte inferior de la tolva, logrando así dosificar</p><p>el flujo total del fertilizante que pasa por el diámetro de salida. Todo esto, controlado por</p><p>un actuador manual (sistema de guaya) con testigos visuales, que asocian la posición de la</p><p>palanca principal con la posición de la compuerta. Dicha compuerta, está restringida por</p><p>un marco que disminuirá el diámetro de salida a un orifico o par de orificios consecuentes</p><p>al movimiento y posición de la compuerta deslizante, permitiendo utilizarse como soporte</p><p>de la tolva y facilitando la conexión al sistema de energía.</p><p>Imagen</p><p>23. Vista interior a la salida de la tolva, tomada de visita a la empresa IDEAGRO.</p><p>Peso de la columna de fertilizante encima de la compuerta:</p><p>Para comenzar el diseño de la compuerta, es necesario calcular la fuerza que aplica la</p><p>porción de fertilizante que se encuentra sobre la misma. Donde, H es la altura de la tolva,</p><p>A es el área de la boca de salida de la tolva y 𝜌 es la densidad promedio de los</p><p>fertilizantes que se usaran en el proceso de abonado, como se muestra a continuación:</p><p>Imagen 24. Representación gráfica de columna de fertilizante que soporta</p><p>la compuerta. [21]</p><p>𝑊 = (𝐻 ∗ 𝐴) ∗ 𝜌</p><p>W = 0.4506 m ∗</p><p>π</p><p>4</p><p>∗ (0,10 m) ∗ 1694.9</p><p>kg</p><p>m</p><p>𝑊 = 5.9982 𝑘𝑔 ∗ 9.81</p><p>𝑚</p><p>𝑠</p><p>𝑊 = 58.842 𝑁</p><p>Fuerza de arrastre de la compuerta:</p><p>A su vez, se debe calcular la fuerza de arrastre de la compuerta para poder realizar una</p><p>nueva medición de la carga que soportara la misma. Esto teniendo en cuenta que, 𝐹 es la</p><p>fuerza de arrastre, 𝜌 es la densidad asumida para el fertilizante, 𝑉 es la velocidad de</p><p>avance de la compuerta, que se asumió como 1 teniendo en cuenta que es un sistema</p><p>de palancas operado manualmente y 𝐶 es el coeficiente de arrastre que, para esferas</p><p>rugosas como los son las partículas del fertilizante es de 0.48: [compuerta 1]</p><p>𝐹 =</p><p>1</p><p>2</p><p>∗ 𝜌 ∗ 𝑉 ∗ 𝐶 ∗ 𝐴</p><p>𝐹 =</p><p>1</p><p>2</p><p>∗ 1694.9</p><p>kg</p><p>m</p><p>∗ 1</p><p>𝑚</p><p>𝑠</p><p>∗ 0.48 ∗</p><p>π</p><p>4</p><p>∗ (0,10 m)</p><p>𝐹 = 3.1948 𝑁</p><p>Carga que soporta la compuerta:</p><p>Ahora se calcula de nuevo, la carga que soporta la compuerta utilizando el valor de fuerza</p><p>de arrastre de esta [21]:</p><p>𝑃 = 𝑊 + 𝐹</p><p>𝑃 = 58.842 𝑁 + 3.1948 𝑁</p><p>𝑃 = 62.0368 𝑁</p><p>Fuerza requerida para mover la compuerta:</p><p>Para esto se debe tener en cuenta, la carga en la compuerta y el coeficiente de fricción</p><p>entre el material y esta. Sin mencionar, que dependiendo del grosor de la compuerta y del</p><p>diseño del deslizador se debe tener una magnitud de fricción adicional. [21]</p><p>𝐹 = 𝑊 ∗ 𝜇</p><p>En esta última ecuación, se asume que el material de diseño de la compuerta sea alguna</p><p>variante de polímero de alta densidad óptimo para las condiciones de desgaste y</p><p>deslizamiento con un coeficiente de fricción estático entre componentes del mismo</p><p>material de 0.04. Por otro lado, el sistema de actuación por guaya desarrollado en acero al</p><p>carbón no toma influencia en el sistema de deslizamiento:</p><p>𝐹 = 58.842 𝑁 ∗ 0.04</p><p>𝐹 = 2.396 𝑁</p><p>Teniendo en cuenta la baja magnitud de fuerza requerida para el correcto deslizamiento</p><p>de la compuerta, se plantea una leva o manigueta como actuador del sistema de</p><p>deslizamiento. Esta manigueta solo controlará la apertura de la compuerta, pero la</p><p>posición de restricción de la apertura se seleccionará por el operario en función de los</p><p>testigos visuales antes mencionados, siendo posible su modificación previa a la</p><p>fertilización del cultivo.</p><p>Imagen 25. Sistema control por guaya de compuerta de dosificación para abonadora de la</p><p>empresa IDEAGRO.</p><p>Analizando todos los parámetros de diseño y construcción calculados para este sistema, y</p><p>teniendo en cuenta la adquisición de la abonadora boleadora de la empresa IDEAGRO, se</p><p>decide utilizar parte del sistema de dosificación implementado en esta máquina. Este,</p><p>conformado por una compuerta de polietileno con geometría semi circular, controlada</p><p>por un sistema de guaya gradual. Esta compuerta, además de poseer puntos de anclaje</p><p>que cumplen la función de puntos de pivote para la implementación funcional de la guaya,</p><p>posee dos orificios circulares pasantes; uno, el cual atraviesa el eje de salida del PTO para</p><p>llegar al plato y al agitador al interior de la tolva, y otro, con la función de utilizar su</p><p>similitud geométrica con el orificio de salida del fertilizante de la tolva (disminución con</p><p>respecto al diámetro de salida calculado para el sistema de alimentación la cual se</p><p>mencionó previamente) para poder eclipsarlo por debajo de este, utilizando el corto</p><p>movimiento circular de la compuerta generado por la extensión de la guaya en función de</p><p>los pivotes antes mencionados.</p><p>Imagen 26. Compuerta semicircular deslizante para abonadora de la empresa IDEAGRO.</p><p>Diseño sistema de dispersión: Disco</p><p>El sistema mecánico de los esparcidores centrífugos es simple en apariencia, pero esto no</p><p>es así cuando se analiza con detalle. La complejidad es una consecuencia de que debe</p><p>garantizar la uniformidad de distribución con dosis variable entre límites muy amplios y</p><p>con tipos de abono diferentes. Para conseguir una buena distribución se dispone de dos</p><p>variables: la velocidad de salida y la dirección de proyección. La velocidad de salida le</p><p>proporciona al gránulo la energía necesaria para recorrer la trayectoria prevista. En teoría,</p><p>la velocidad de proyección, que se puede calcular a partir de la velocidad periférica del</p><p>extremo de las palas, está entre 18 y 30 m/s, según el diámetro y la velocidad del disco.</p><p>La velocidad de proyección resulta afectada por la inclinación de las paletas, por el</p><p>frotamiento de las partículas de abono sobre los elementos lanzadores y por la densidad</p><p>del gránulo, entre otros factores.</p><p>Las direcciones de proyección son una consecuencia de las trayectorias que siguen las</p><p>partículas cuando salen del plato, las cuales dependen de la forma y dimensiones de las</p><p>paletas, de los ángulos de inclinación y del punto de caída del abono sobre el plato con</p><p>respecto al sentido de rotación, así como de la horizontalidad o inclinación del plato.</p><p>Como indicaciones de tipo general, relacionadas con la proyección del fertilizante que cae</p><p>sobre el disco, se pueden dar las siguientes:</p><p>- Para una paleta en posición radial de pequeña longitud, la salida del abono se produce</p><p>antes y con menor velocidad que con la paleta de mayor longitud siempre que se</p><p>mantenga el punto de caída del abono sobre el disco.</p><p>- Las paletas que forman ángulo con el radio del disco anticipan la proyección, si este</p><p>ángulo es positivo en relación con el sentido de giro del disco, y la retrasan si es</p><p>negativo.</p><p>- La caída del abono en las proximidades del eje de giro del disco produce un retraso de</p><p>la proyección frente a la caída próxima a los bordes.</p><p>- Anticipando la caída del abono respecto al sentido de giro se adelanta su salida, lo que</p><p>permite una proyección hacia los lados; retrasando la caída se retarda la proyección</p><p>que se producirá hacia atrás [22]</p><p>Teniendo en cuenta estas consideraciones, se decidido realizar un único disco con</p><p>diferentes posiciones de las paletas de proyección, con el fin de tener un sistema de</p><p>control modificable y aportar a la optimización de la fertilización como se mencionó</p><p>arriba.</p><p>Tal como se mencionó previamente, la velocidad de expulsión de las partículas de abono</p><p>está directamente relacionada con la velocidad angular del disco 𝜔 y con factores</p><p>específicos de diseño del propio esparcidor, tales como: el radio del disco (𝑟 ), el radio del</p><p>punto de alimentación del abono (𝑟 ), el ángulo entre cada álabe y el radio</p><p>correspondiente (ángulo de paso 𝛽 ) y el ángulo del cono del disco giratorio (𝜃). [23]</p><p>Imagen 27. Representación esquemática de un disco para abonadora. [23]</p><p>Velocidad angular:</p><p>Para el caso específico del proyecto, se planteó un 𝑟 = 0.1𝑚 asociado al 𝑟 = 0.05 𝑚,</p><p>obtenido del diámetro de salida de la tolva. Ahora, utilizando esta dimensión</p><p>seleccionada y teniendo en cuenta que de acuerdo con Alejandro Alonso (2020)</p><p>“Adaptación de una motocicleta para el trabajo agrícola” las velocidades de operación se</p><p>encuentran rondando los 200 rpm, se logra obtener la velocidad angular mínima del disco</p><p>que podría modificarse con una caja de engranajes que otorgue una salida de</p><p>revoluciones por minuto más alta que la mencionada previamente:</p><p>𝑉 =</p><p>2 ∗ 𝜋 ∗ 𝜔 ∗ 𝑟</p><p>60</p><p>=</p><p>2 ∗ 𝜋 ∗ 200𝑟𝑝𝑚 ∗ 0.075𝑚</p><p>60</p><p>𝑉 = 1.5707</p><p>𝑚</p><p>𝑠𝑒𝑔</p><p>Paletas de impulso:</p><p>Las paletas se deben posicionar en un punto</p><p>de anclaje sobre la línea imaginaria que</p><p>representa el diámetro de salida de la tolva sobre el plato y otro punto en el área externa</p><p>del mismo. Para esto se seleccionó una configuración con tres paletas ubicadas de</p><p>manera simétrica en la circunferencia del disco, y con puntos diferentes opciones de</p><p>ubicación en los dos puntos de anclajes antes mencionados para que el usuario modifique</p><p>el ángulo de salida del granel y por ende optimice su distribución.</p><p>Por otro lado, buscando obtener un poco más de alcance a la hora de dispersar el</p><p>fertilizante en el suelo, se propone que la longitud de las paletas, ubicadas de manera</p><p>radial y sin inclinación alguna al centro de la circunferencia, sea de 0.015 m mayor que el</p><p>borde de la circunferencia, y una siguiente geometría:</p><p>Imagen 28. Ilustracion 3D de las paletas de proyeccion. [23]</p><p>Esta geometría está pensada en limitar la trayectoria del granel para que esta se produzca</p><p>solo por el movimiento centrifugo del disco, y que el flujo de material sea lo más continúo</p><p>y controlado posible, todo esto en función de los tamaños de grano en los que se</p><p>presentan los fertilizantes. Esta geometría sencilla y con terminaciones planas, otorga al</p><p>operario mucha facilidad en sentidos de mantenimiento y modificación posicional,</p><p>cumpliendo así un requisito planteado para este proyecto.</p><p>Diseño sistema de energía: PTO</p><p>Ahora, teniendo en cuenta que las velocidades angulares de operación para este tipo de</p><p>discos se encuentran entre los 28 y 45 rad/s (260-320 rpm), la relación de trasmicion de</p><p>movimiento entre el eje de arrastre del dispositivo y el movimiento del plato es 1:1. Esto</p><p>último, teniendo en cuenta que las magnitudes de revoluciones de salida de la</p><p>motocicleta modificada para el trabajo agrícola están alrededor de los 200 rpm.</p><p>Teniendo clara la relación de trasmicion, se debe encontrar en el mercado una caja de</p><p>engranajes en T, es decir, una relación básica de dos piñones cónicos; uno restringido al</p><p>movimiento rotativo del eje principal de la carretilla de arrastre y otro en perpendicular</p><p>restringido a el eje del disco centrifugo. Sin dejar a un lado, que el PTO cumpla las</p><p>restricciones de RPM admitidas y una relación continua 1:1.</p><p>Imagen 29. Modelamiento 3D de un PTO con dos engranajes cónicos. [13]</p><p>A partir de la selección de la caja de engranajes se obtienen dos posibles soluciones:</p><p>adquirir un PTO comercial con los requisitos mencionados o incorporar una caja de</p><p>engranajes utilizada popularmente en abonadoras boleadoras del mercado. En el primer</p><p>caso, se selecciona con objeto de estudio y comparación entre las opciones, una Cajas</p><p>Escuadras SW2030 fabricada en Argentina con las siguientes especificaciones:</p><p>Imagen 30. Ficha técnica de caja de engranajes SW2030. [24]</p><p>Imagen 31. Ficha técnica de caja de engranajes SW2030. [24]</p><p>Imagen 32. Modelamiento 3D de caja de engranajes SW2030. [24]</p><p>Este modelo de PTO nos permite representar la variante a escoger, en sentidos</p><p>geométricos y de desempeño. Sin mencionar, que expone factores como su alto costo en</p><p>el mercado, la complejidad de adquisición y su dificultad técnica de manufactura y</p><p>mantenimiento.</p><p>En segundo lugar, y analizando las fertilizadoras “boleadoras” del mercado, se propone</p><p>extraer e implementar en el sistema de la abonadora en desarrollo de diseño, la caja de</p><p>escuadras con relación universal básica de 1:1 que usan estas máquinas.</p><p>Imagen 33. PTO en función del avance para abonadora de la empresa IDEAGRO.</p><p>Debido a la facilidad de adquisición y de su demostrado uso y efectivad en el trabajo</p><p>agrícola, se opta por esta segunda opción que en términos generales es un PTO en T con</p><p>dos engranajes cónicos, que permiten la trasmicion del movimiento rotacional entre dos</p><p>ejes a 90°. Sin mencionar, que, dado la simplicidad del diseño y los materiales de este,</p><p>esta opción es mucho más viable en términos de cotos en mantenimiento y manufactura.</p><p>Diseño sistema de acople: Carretilla</p><p>Teniendo en consideración el diseño preliminar presentado para la abonadora, se plantea</p><p>una carretilla que será remolcada por el eje trasero modificado de la motocicleta. Esta</p><p>carretilla cumplirá la función de chasis para el sistema, soportando y manteniendo en una</p><p>posición fija; la tolva, el sistema de dispersión en relación de las ruedas y en un punto</p><p>superior, el sistema de control de dosificación de fertilizante por guaya.</p><p>Para esto, se plantea una estructura tubular con perfiles curvos que se acoplen a la forma</p><p>y dimensión de la tolva. Con una robustes en cuestión de geometría y materiales, que sea</p><p>consecuente con la diversidad y las adversidades geográficas que sean posibles de</p><p>presentarse en el desarrollo del proceso de fertilización. Esto último, optando por utilizar</p><p>la menor cantidad de partes posibles con el fin de facilitar su ensamble y desensamble</p><p>para cualquier clase de operario.</p><p>Tendiendo presente el requerimiento de adaptación a los sistemas de modificación</p><p>agrícola de la XTZ 125 antes desarrollados, y utilizando la distancia al suelo del eje superior</p><p>del sistema el cual es el punto de anclaje supuesto por Simón Escobar en “Diseño de un</p><p>sistema de grada de disco acoplable a una motocicleta y el respectivo sistema de sujeción”</p><p>se debe diseñar la carretilla de arrastre con la restricción de que la altura en la que el</p><p>extremo de acople de la carretilla puede operar de manera óptima se encuentra en un</p><p>rango entre los 26-34 cm con respecto al suelo.</p><p>Teniendo esto en cuenta, además de los requerimientos en términos de sencillez en</p><p>ensamble, desensamble y mantenimiento de la abonadora, se selecciona una opción del</p><p>mercado que cumpla con los siguientes factores de diseño seleccionados: diseño multi-</p><p>tubular con un máximo de 6 elementos que compongan el chasis de la carretilla,</p><p>sujeciones en tuerca de calibre comercial con puntos de acceso visibles e intuitivos para su</p><p>posible desensamble y mantenimiento, fabricado en un material con propiedades</p><p>anticorrosivas y de resistencia al impacto, teniendo en cuenta los escenarios a la</p><p>intemperie y con terrenos inestables en los que se desempeñara la abonadora.</p><p>Con esto en mente y posterior a un análisis de las opciones del mercado, se adquiere</p><p>como compra para el desarrollo del proyecto, una de las variantes de maquinarias</p><p>postuladas como variantes en las actividades de fertilización en la introducción del</p><p>contexto agrícola para cual se diseñó la abonadora, denominada abonadora boleadora.</p><p>Este tipo de abonadora se emplea como variante de tecnificación, al utilizar como medio</p><p>de remolque la tracción humana de un operario al caminar, funcionando a su vez con el</p><p>mismo concepto de distribución del granel por medio de un disco en movimiento</p><p>centrifugo.</p><p>La compra de esta abonadora se realiza con la empresa agroindustrial IDEAGRO S.A.S.</p><p>radicada en Cajicá, Cundinamarca. La cual, además de tener su punto de fabricación y</p><p>distribución en un municipio aledaño a Bogotá, cuanta con varias ramas de producción</p><p>diferenciadas en el tipo de maquinaria que se maneja. Haciendo énfasis, en aperos para</p><p>tractores (abonadoras, fertilizadoras, etc.) y maquinaria impulsada por tracción humana</p><p>(motocultores, abonadoras boleadoras, etc.), amabas implicadas de manera directa en la</p><p>propuesta de este proyecto.</p><p>Se selecciona dentro de 3 modelos posibles de boleadoras que manejaba la empresa, la</p><p>que tuviera la mayor cantidad de elementos correlacionados con los seleccionados en los</p><p>subconjuntos de diseño planteados previamente para la abonadora. Dejando claro que se</p><p>buscaran implementar diseños propios en los elementos de los subconjuntos de</p><p>almacenamiento (tova) y de dispersión (plato), sin mencionar la adaptación requerida</p><p>para acoplarse a la motocicleta modificada para el trabajo agrícola y la configuración del</p><p>conjunto de elementos orientada al uso de esta en un contexto agrícola real.</p><p>Imagen 34. Abonadora boleadora,</p>