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Estudio de algunas propiedades físico – mecánicas de variedades en el cultivo de fríjol de importancia económica nacional. (1ª parte)

1.Introducción
2. Objetivos Específicos De La Investigación Teórica Y Experimental
3. Materiales Y Métodos

4. Resultados Y Discusión
5. Conclusiones
6. Recomendación
7. Bibliografía
8. Anexos


 
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1.INTRODUCCIÓN

En la estación experimental “Alvaro Barba “ de la Universidad Central de las Villas se han llevado a cabo una serie de investigaciones en el último decenio relacionadas con variedades de frijoles de perspectivas para el país. Ante una demanda de los técnicos en dicha estación relacionadas con la limpieza de estos granos desde el punto de vista semi -mecanizado o mecanizado es que surge la presente investigación. La anterior tarea se estaba desarrollando de forma manual, por lo que se hacia muy engorrosa y poco productiva. Los investigadores de la estación al aumentar el área dedicada a estas investigaciones y motivados por la presencia de una promoción Colombiana de maquina de pequeño formato de este tipo, la cual es capaz según se aprecia en el trabajo de Díaz (4), la limpieza semi – mecanizada y mecanizada, se acercaron a los compañeros del área de mecanización en vistas de valorar la posible construcción de la misma mediante Ingeniería invertida. Es necesario destacar que en la promoción de dicha máquina, no se brindan datos técnicos de la misma.

Con estos precedentes se comenzaron las investigaciones en los aspectos primarios de la construcción y el cálculo de maquinaria agrícola (determinación de las propiedades físico – mecánicas). Ya que como es conocido en el campo de esta Ingeniería, estos elementos constituyen los datos bases para la construcción y el cálculo de la maquinaria agrícola.

Por otra parte la literatura revisada es abundante en la esfera agronómica (caracterización agronómica, control agro-técnico y biológico, manejo fitotécnico, enfermedades foliares, estudio de variedades y otros aspectos) pero muy limitada en lo referente a la Ingeniería Agrícola, como puede observarse en la literatura referenciada. (1),(3),(4),(5),(6),(7),(8),(9),(10),(11),(12),(13), y (16).

Actualidad del tema:

El tema presenta una gran actualidad, al tratarse de un grano básico de importancia nacional, el cual hasta el presente no ha podido solventarse su déficit productivo a nivel de país, teniendo que importarse el mismo con la consiguiente erogación de divisas. Es necesario destacar que la comida típica Cubana (Moros y Cristianos) esta integrada por este grano, específicamente hacemos referencia al fríjol negro. En la provincia de Villa Clara según comunicación personal de Clodobaldo Báez (responsable de la actividad de granos a nivel de provincia) en la actualidad se siembran 6600 ha/año, con perspectivas futuras de sembrar 13 400 ha/año. Se debe destacar que las variedades en producción presentan un bajo rendimiento (0,5 a 0,6 t/ha) en nuestra provincia, sin embargo este valor es superior al valor a escala nacional. Un aspecto interesante es el precio mayorista de este grano en el mercado nacional ($ 450.00 /qq). Su precio minorista es de ($ 700.00/ qq*) en la provincia de Villa Clara, siendo en otras provincias del país superior. Sin embargo como se planteo con anterioridad, aun no somos capaces de autoabastecernos, por lo cual debemos comprar en el exterior un gran volumen de este grano, el cual oscila a nivel internacional en el orden de 920 $ USD / t. Según Clodobaldo el país compra en el exterior entre 66 000 y 122 000 t/año. En (2) se pueden consular interesantes datos a escala nacional: (qq*= quintal=100 libras).

Del análisis de estos datos puede observarse la baja producción 22 300 t (1994) a 42 200 t (1998) aunque con una tendencia a su incremento en los últimos años; así mismo se aprecia una baja producción en el sector estatal en el año 1998 (6 600 t), mientras que en el sector no estatal este indicador es de 11 900 t. Por otra parte se contabiliza en el acápite de Otros una producción de 23 700 t. En lo relativo a la superficie cosechada y en producción, la tendencia actual parece ser la disminución de la producción en el sector estatal (11 360 ha) y su aumento en el no estatal (33 874,8 ha) en el año 1998. Un aspecto muy importante es el bajo rendimiento del cultivo a nivel nacional (0,20 a 0,41 t/ha) durante el periodo 1992 a 1998. Teniendo en cuenta que según se aprecia en (2) en el año 1998 en la red comercial del país se movió un volumen de 169 000 t (red mayorista) y que de este volumen solo producimos 42 200 t. Es fácil deducir que el resto fue comprado en el mercado exterior con la consiguiente erogación de divisas que esto conlleva. Lo anterior, indica la importancia que tienen las investigaciones en este tema, máxime cuando el costo de este producto en el mercado internacional es considerable para nuestro país.

2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS DE LA INVESTIGACIÓN TEÓRICA Y EXPERIMENTAL

El objetivo especifico de la investigación teórica y experimental del presente trabajo es el siguiente:
Determinar algunas de las propiedades físico – mecánicas de variedades de frijoles de importancia económica para el país.

Para garantizar este objetivo se desarrollaran las siguientes tareas:

1. Determinación de los principales propiedades físico - mecánicas de los frijoles para este tipo de estudio;

2. Fundamentar la posibilidad de construir la limpiadora de pequeño formato mediante Ingeniería invertida.

3. MATERIALES Y MÉTODOS




Los requisitos para la selección y la limpieza de granos de forma sintetizada se pueden resumir por los siguientes principios:

Teniendo como antecedentes estos principios, se procedió de la forma siguiente:

Se debe destacar que estas variedades estuvieron almacenadas durante un año bajo las siguientes condiciones:

 

Según Silveiras (13) las principales propiedades físico – mecánicas de las semillas son las siguientes:

Longitud (mm), ancho (mm), espesor (mm), peso de 1000 granos (g), peso volumétrico (Kg/dm3), densidad (g/cm3), coeficiente de fricción interior, coeficiente de fricción exterior (se determina ante diferentes superficies tales como: madera, acero, goma y pavimento). Además de estas propiedades existen otros parámetros de importancia, los cuales se denominan característica postcosecha y cualidades postcosecha.

En este trabajo se analizaron los siguientes parámetros:

Longitud, ancho, densidad, % de humedad, % masa seca, peso de 1000 granos, coeficientes de fricción exterior (acero, madera y goma), y calidad de cocción.

Para estos análisis se parten de ciertos criterios tales como:

Fecha de la cosecha, tiempo de almacenamiento, temperatura y humedad durante el almacenamiento, tipo de almacenamiento, protección contra el ataque de plagas y enfermedades.

Cantidad de muestras investigadas:

En este caso para determinar el tamaño de la muestra a analizar en cada caso se empleo la siguiente ecuación:

donde:

n- tamaño de la muestra.
t2- criterio de Student.
s 2 - desviación media cuadrática.
D 2 - error de la media.

El tamaño de la muestra se determinó calculado para un error de la media menor de 5 % y en un nivel de significación de 0.10. El número obtenido de este cálculo fue de 30 muestras por variedad objeto de estudio.

La determinación de longitud y ancho de los granos se realizo mediante un Pie de Rey manual de precisión 0.05 mm. En este caso se tomaron los diámetros polar y ecuatorial de las muestras objeto de análisis de las diferentes variedades estudiadas, las cuales corresponden con las dimensiones de largo y ancho anteriormente mencionadas. Estos ensayos se realizaron en 30 muestras por cada variedad (30 . 12 = 360) para cada dimensión analizada.

Los ensayos de densidad, se realizaron empleando la siguiente ecuación:

donde:

d- densidad (g/cm3).
m- masa de la muestra (g).
v- volumen que ocupa la muestra (cm3).

En este caso se determino la masa 10 granos; así como el volumen de agua desplazada por los mismos dentro de una probeta graduada. Este procedimiento se realizó tres veces, tomándose la media de las mediciones. Se utilizó una balanza técnica modelo Owalabor, de procedencia Alemana (RDA) de precisión del error igual a 0,1 gr. Este análisis así como los referidos a: % de humedad y % de masa seca se efectuaron en el laboratorio de Bromatología de nuestra Facultad según las normas establecidas al respecto.

Posteriormente se procedió a la determinación de los coeficientes de fricción exterior (acero, madera y goma), en las variedades objeto de análisis. 

Para la determinación de estos coeficientes se empleo un plano inclinado, el cual permite variaciones de inclinación y porta una escala que posibilita realizar lecturas del ángulo al cual está inclinada la superficie. La figura 1 muestra un esquema de este dispositivo.

Fig.1. Esquema del plano inclinado utilizado.

Donde:

Fr - Fuerza de rozamiento, N ;
N - Normal, N ;
Aplicando la primera ley de Newton:

Donde:

m - masa, Kg ;
a - aceleración, m/s²

El coeficiente de fricción estático se mide en el momento en que el cuerpo rompe el movimiento y por lo tanto: La aceleración a = 0.

A partir de la ec. 3 y conociendo que:

entonces:

Estos ensayos se realizaron en 30 muestras por variedad, sobre cada material analizado (30 . 12 . 3 = 1080).

Lo relativo al peso de 1000 granos por variedad fue tomado de las investigaciones efectuadas por Quintero et al (9). Finalmente se procedió a la investigación sobre la calidad de la cocción, en este sentido se tomo una un beaker (modelo SIMAX, nacionalidad Checoslovaquia), de capacidad 600 ml para el cocido de este tipo de granos. El método empleado fue el siguiente:

Se tomaron 200 gramos por variedad de fríjol, se añade 400 gramos de agua y a partir del momento que el agua comienza a hervir se mantiene durante 60 minutos bajo estas condiciones. Posteriormente se bajan y se determina la dureza del grano (al tacto), en caso de no estar suficientemente blando el grano, se continua su proceso de cocción con intervalos de muestreo cada 20 minutos. En caso de consumo del agua inicial, producto de la evaporación producida por el calor, se añade 300 ml de agua nueva y se continua el proceso. Este análisis permite determinar cual variedad presenta mejor comportamiento en este parámetro cualitativo. Lo anterior, permite determinar el consumo energético en este proceso por variedad. Se debe destacar que se utilizó un hornilla eléctrica circular de diámetro efectivo de 205 mm para la realización de estas pruebas. El consumo energético según monitoreo efectuado al mismo mediante metro - contador de nacionalidad Italiana modelo SACET-ENEI-ROMA fue de 0.88 kW-h.

Además de estas investigaciones consultamos a personalidades e Instituciones científicas nacionales e internacionales con el objetivo de analizar posibilidad de realizar otros tipos de análisis tales como:

Sólidos solubles totales;
PH;
Acidez titular total. Lo cuales son comunes en frutas y en un inicio se meditó sobre el particular para ser utilizado en granos, esto de ser posible podría reportar otros datos a los ya existentes en este campo.
En este sentido según las consultas realizadas no encontramos referencia de metodologías normadas para realizar estos análisis en granos. Lo cual condujo a desechar este tipo de análisis.

Otros aspectos que no pudimos determinar en las variedades objeto de análisis fueron:

Estas investigaciones quedan pendientes para otros trabajos.


 

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