Uso de labranza vertical y agricultura de precisión para la optimización de energía en labranza primaria del suelo

• Autores: Marco Antonio Reynolds Chávez
• Directores de la Tesis: Santos Gabriel Campos Magaña (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro ( México ) en 2014
• Idioma: español
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: repositorio.uaaan.mx
• Resumen
  • español

    El propósito de este estudio fue la optimización del consumo de energía en la aplicación de labranza primaria del suelo. Para ello, fue ecesaria la integración tecnológica del uso de labranza vertical (LV) basado en la Teoría de la Profundidad Crítica y la Agricultura de Precisión (AP). El fundamento tecnológico consistió en la incorporación de parámetros y componentes de operación que en forma individual representan un ahorro significativo de energía en la aplicación de LV en comparación con el sistema utilizado en forma tradicional, aunado a lo anterior, se adicionó el uso de la AP con el manejo heterogéneo o de sitio específico para aplicar labranza profunda variable. En la tecnología de LV, se desarrolló un sistema para el monitoreo integral de fuerzas de reacción del suelo y evaluar el funcionamiento en implementos de labranza. El equipo estuvo conformado por tres transductores Octagonales de Anillo Extendido (OAE) y una estructura acoplada entre el enganche del tractor y el implemento a evaluar. Los resultados en laboratorio mostraron una correlación del 99.9%, garantizando alta confiabilidad y precisión en cada sensor. Por otra parte, se realizó el diseño, construcción y evaluación de un prototipo articulado de arado de cinceles con aplicación variable de LV en forma automática, a través del uso de componentes electrohidráulicos. Una vez desarrollados y calibrados el prototipo y el sistema integral, fueron evaluados en campo 15 arreglos con los cuatro parámetros de operación más significativos en ahorro de energía en LV (profundidad de trabajo, posición y espaciamiento de cinceles, número de cuerpos y uso de alas. El mejor arreglo fue para la configuración de seis cinceles (cuatro someros a 0.20 m de profundidad y espaciados a 0.60 m) y (dos cinceles profundos con alas a 0.30 m de profundidad y espaciados a 1.20 m) en comparación con el sistema tradicional de siete cinceles. Se obtuvo un ahorro altamente significativo de 23.88% en la energía total consumida, 40% en la demanda de fuerza de tiro y 38.68% en la resistencia específica, por una reducción no significativa de área disturbada del 7.35%. En la aplicación de AP, se obtuvo el desarrollo del carro porta-sensores para la medición de parámetros físicos del suelo, incluye el Penetrometro; el cual está integrado por dos sensores: para la medición de la magnitud y profundidad de las capas duras del suelo, con lo que se generaron mapas de diagnóstico de resistencia a la penetración. Así mismo, el equipo cuenta con un controlador FMX con sistema GPS-RTK para la geo-referenciación de las variables. Ya ubicadas las capas duras en la generación de mapas de diagnóstico, se generan los mapas de prescripción y el controlador fue capaz de realizar en franjas a través de la facilidad Field Level II de nivelación, la aplicación variable en forma inteligente. Con la integración de ambos sistemas se proyecta una ahorro de energía total consumida en Mjha-1 de 26.58 y 40.73% para la aplicación de labranza diferenciada a profundidades de trabajo de 0.20 y 0.30 m, respectivamente.

  • English

    The purpose of this study was the optimization of energy consumption in the application of primary tillage. To do this, it was necessary to use technological integration of vertical tillage (VT) based in the Critical Depth Theory and Precision Agriculture (PA).

    The technological rationale was the incorporation of parameters and operating components which individually represent significant energy savings in the application of VT compared to the system used in traditional form, together with the above, the use of PA was added with heterogeneous or site-specific management to apply variable-depth tillage In VT technology, a system for an integrated monitoring of soil reaction forces and evaluating performance in tillage implements was developed. The equipment consisted of three Transducers Extended Octagonal Ring (OER’s) and a coupled frame between the hitch tractor and the implement to evaluate. The laboratory results showed a 99.9% of correlation, ensuring high reliability and accuracy at each sensor. Furthermore, the design, construction and evaluation of an articulated chisel plow prototype with variable application of VT were performed automatically through the use of electro-hydraulic components.

    Once developed and calibrated the prototype and the integral system, 15 arrangements with the four most significant operation parameters in energy saving in VT (working depth, position and spacing of chisels, number of bodies and use of wings) were evaluated in field conditions. The best arrangement was for six chisels configuration (four shallow to 0.20 m deep and spaced 0.60 m) and (two deep winged chisels to 0.30 m deep and spaced 1.20 m) compared to the traditional system of seven chisels. A highly significant savings of 23.88% in total energy consumption was obtained, 40% in draft force demand and 38.68% in the specific soil resistance, likewise a non-significant reduction of 7.35% of the disturbed area was obtained. In the application of PA, a development of holder carriage portable sensors for measuring physical parameters of the soil was obtained, including a penetrometer; which consists of two sensors: for measuring the magnitude and depth of hardpans of soil, with this data information a diagnostic map of penetration resistance was generated. Also, the equipment includes a FMX controller with GPS-RTK system for geo-referencing variables. Already located hardpans in diagnostic map, prescription map are generated and the drive controller was able to perform intelligent variable application in strips through the leveling facility of Field Level II program. With the integration of both systems, a savings of total energy consumed of 26.58 and 40.73% in MJha1 for variable rate technology in tillage application of working at depths of 0.20 and 0.30 m, were projected, respectively.