Estudio de algunas propiedades físico – mecánicas
de variedades en el cultivo de fríjol de importancia económica nacional.
(Apartados del 1. al 3.)
Autores: Prof.
Titular Dr. Ing. Carlos M. Martínez Hernández (Universidad
Central de Las Villas (UCLV)) Inv.
Auxiliar M.Sc. Ing. Edilio Quintero Fernández (Centro
de Investigaciones Agropecuarias (CIAP- UCLV)) Inv.
Agregado M.Sc. Ing. Orlando Saucedo Castillo (Centro
de Investigaciones Agropecuarias (CIAP- UCLV))
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 de920 $ USD / t. Según Clodobaldo el país compra en el exterior entre 66
000 y122 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 de11 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 volumende 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.
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.
Los
requisitos para la selección y la limpieza de granos de forma sintetizada se
pueden resumir por los siguientes principios:
Limpieza: eliminación de impurezas del material cosechado. La misma se
puede realizar a través de mallas metálicas sencillas (cribas, zarandas) de
forma manual, mecanizada o mediante soplado, a través de ventiladores y/o
aventadores, este procedimiento generalmente se realiza de forma semi-mecanizada
o mecanizadamente. Estos procesos pueden tener varias etapas o fases.
Selección: diferenciación de los granos según tamaño, daños,
coeficientes de fricción, rugosidad, color y otras. Para este procedimiento se
utilizan varias tecnologías, cada una de las cuales esta en correspondencia con
la propiedad físico – mecánica fundamental del grano en cuestión, siendo la
más común la utilización de diferentes tipos de zarandas con orificios
oblongos o rectangulares y de tamaños apropiados según el tipo de semillas, la
cual cambia con la especie y variedad.
Teniendo
como antecedentes estos principios, se procedió de la forma siguiente:
Estudiar 7 variedades de frijoles negros (5 ICA-PIJAO, BAT-304, BAT-448,
CIAP-7247, GUIRA-12, PORRILLO SINTETICO y TURRIALBA-4);
Estudiar 5 variedades de frijoles colorados (BAT-202, BAT-93, CIAP-24,M-112 y PINTADO).
Se
debe destacar que estas variedades estuvieron almacenadas durante un año bajo
las siguientes condiciones:
.
bolsas de tela de 5 Kg de capacidad.
.
temperatura de almacenamiento(24 0 c).
.
humedad de almacenamiento (82 %).
.
condiciones de almacenamiento (en el interior de un tanque metálico de
capacidad igual a 55 galones.
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 a0,1 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 empleoun 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. 3y 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 mediantemetro
- 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:
Resistencia a la penetración.
Velocidad de gravitación.
Tiempo de cocción en 1 variedad (PINTADO).
Estas
investigaciones quedan pendientes para otros trabajos.
