Las cosechadoras de cereales

Tradicionalmente la recolección del grano de los cereales se realizaba manualmente por grupos de segadores que se trasladaban de unas regiones a otras con utensilios muy rudimentarios. Estas labores manuales consistían en el segado del cereal con ayuda de hoces, agavillado o amontonado de la paja en pequeños bloques, y el atado y transporte en carretas hasta la era. Una vez allí, se realizaba la trilla, para separar el grano de la paja, con ayuda de los tradicionales ruellos o molas de piedra tirados por una caballería.

Con el tiempo cada una de estas operaciones se ha ido mecanizando. Las primeras máquinas que aparecieron fueron las guadañadoras en 1834, más tarde aparecieron las primeras segadoras-agavilladoras, que segaban y dejaban la mies en montones, sin atar, sobre el suelo. Luego, aparecieron las aventadoras, las segadoras-atadoras y las trilladoras estáticas. Pero no es hasta 1890 cuando aparecen las primeras cosechadoras. Estas máquinas complejas realizan las labores de siega, trilla, separación y limpieza del grano por sí solas. Al principio se trataban de máquinas accionadas con motores de vapor o arrastradas por animales de tiro. En 1938 aparece en los Estados Unidos la primera cosechadora integral autopropulsada con motores de gasolina.

Tipos de cosechadoras

En general las cosechadoras se pueden clasificar en:

•  Cosechadoras autopropulsadas. Son las más extendidas en la actualidad.

•  Cosechadoras de arrastre. Dentro de ellas tenemos las accionadas por la toma de fuerza del tractor y las que lo son mediante un motor auxiliar.

En la actualidad son muchos los modelos y marcas de cosechadoras de cereales que existen en el mercado, compuestas generalmente por elementos muy similares, que varían poco de un fabricante a otro. En los últimos años se experimentado una importante evolución en el mundo de las cosechadoras, adaptándose correctamente a las condiciones y características de recolección de un amplio abanico de cultivos.

Entre los cultivos que se recogen con este tipo de maquinaria destacan los cereales (trigo, cebada, avena, centeno, maíz, sorgo, arroz, etc.), otros tipos de granos oleaginosos como girasol, colza, soja, cártamo, así como las leguminosas para grano (lentejas, yeros, judías, guisantes, garbanzos, etc.).

Destaca la aparición de cosechadoras que adaptan su plataforma de corte a las irregularidades y desniveles del terreno, la instalación de un sistema inversor en el sinfín que elimina los atascos de material a la entrada del alimentador, los sistemas de nivelación automática de la cosechadora cuando se encuentra trabajando en laderas inclinadas, los sistemas de limpia de cilindros de flujo axial, así como la instalación de todo tipo de sensores de control y mandos de accionamiento que facilitan y hacen más cómoda la tarea del operario.

¿Cómo funciona la cosechadora?

De forma resumida podemos decir que una cosechadora realiza las siguientes operaciones:

1. El molinete empuja los tallos de las plantas contra la barra de siega.

2. La barra de siega corta los tallos y deja las partes aéreas de las plantas sobre la plataforma contra el conductor transversal.

3. El conductor transversal conduce el material cortado hacia la parte central de la plataforma, donde se encuentra el conductor de alimentación.

4. El conductor de alimentación conduce el material hacia el mecanismo de trilla para su trillado.

5. La paja se separa de los granos mediante el llamado sacapajas de la unidad de separación y limpieza. La paja sale detrás de la máquina.

6. El mecanismo de limpieza de la unidad de separación y limpieza separa la pajilla y demás impurezas de los granos.

7. Los granos son conducidos al tanque.

¿Qué componentes tiene la cosechadora?

Tras conocer de forma general el funcionamiento de una cosechadora, a continuación se describirán los componentes fundamentales que intervienen en el proceso. Normalmente en una cosechadora se distinguen tres partes o mecanismos fundamentales: el mecanismo de siega, el de trilla y el de separación y limpia.

MECANISMO DE SIEGA

La siega del cereal tiene lugar en la plataforma de corte, que está compuesta por los siguientes elementos y dispositivos:

Barra de corte

Es la encargada de cortar la mies. Es una guadañadora provista de una pletina móvil sobre la que se disponen unas cuchillas y unos dedos fijos unidos al bastidor de la plataforma. El corte se produce al ser atrapadas las plantas entre los dedos y las cuchillas por cizalladura en su movimiento de vaivén, producido por un brazo.

La capacidad de trabajo de una cosechadora viene determinada teóricamente por la anchura de la barra de corte, aunque en realidad el factor limitante es la cantidad de paja que pueden trabajar los sacudidores. La anchura de la barra de corte viene determinada por las dimensiones del cilindro desgranador y cóncavo, normalmente esta relación tiene un valor constante para que la operación sea lo más homogénea posible, siendo el más usual 0,3. La anchura de trabajo de una cosechadora autopropulsada puede oscilar entre 2 y 6 metros.

La altura de la barra de corte puede regularse y equiparse con dedos auxiliares levantamies, para adaptarla a los diferentes cultivos que se deseen cosechar.

Molinete

Tiene la misión de acercar la mies hacia la barra de corte para, una vez segada, empujarla sobre el sinfín alimentador, evitando que puede caerse por delante de la barra. Es una especie de jaula metálica, que gira alrededor de un eje central. formada por una serie de dedos. Estos dedos deber ser verticales para que estén paralelos al vegetal que se quiere cortar, de esta forma se consigue mejorar la eficiencia del sistema de trilla y disminuir las pérdidas de grano. Para ello se recurre a un sistema articulado formado por dos circunferencias circunscritas, actuando una de ellas como rueda conductora y la otra como rueda conducida.

El molinete admite varias regulaciones en cuanto a su velocidad de giro y posiciones en altura y en avance respecto a la cuchilla de corte. El diámetro del molinete es de 100 a 150 cm, y su velocidad de giro oscila entre 15 y 25 r.p.m.

Tornillo de arquímedes

El órgano de alimentación consiste en un tornillo sinfín alimentador cuya misión es la de canalizar toda la mies segada por la barra de corte hacia el centro de la plataforma de corte donde es recogida por los dedos retráctiles y empujada sobre la banda elevadora.

La banda elevadora está constituida por dos o tres cadenas unidas mediante angulares de chapa de borde dentado, que empujan a la mies a través de la rampa inclinada que asciende hasta el cilindro desgranador.

MECANISMO DE TRILLA

Es el encargado de separar el grano de las espigas y de la paja. Los órganos fundamentales del mecanismo de trilla son el cilindro desgranador y el cóncavo, con los que se separa alrededor del 90% de los granos. Normalmente del 90% del grano que se separa en el cilindro desgranador y cóncavo el 80% cae por el cóncavo y el 20% restante pasa a los sacudidores.

Cilindro desgranador y cóncavo

Es donde realmente se produce la trilla. Existen dos tipos de cilindros desgranadores:

De dientes o dedos. Están formados por barras longitudinales con resaltes verticales o dedos. El cilindro desgranador está formado por dos partes; una móvil o cilindro y una estática o cóncavo. El cilindro va girando y sus dedos se van insertando entre los dedos del cóncavo. Entre ambos queda un hueco donde por fricciones se produce la separación del grano de la espiga. En él se tritura toda la planta. La separación entre los dedos ha de ser la idónea para que no se rompan los granos y viene determinada en función del tamaño medio de los mismos.

De barras. Está formado por una estructura de discos trasversales unidos mediante un eje central. Sobre los discos se fijan unas barras cuya zona exterior es estriada, dispuesta con sus ranuras orientadas en sentidos opuestos. Con ello se consigue que las estrías empriman a la mies un movimiento de zigzag evitando que se amontone en un solo lado a su paso por la trilla y la separación del grano de la paja. Los cilindros de barras producen menos ruido y mejoran la eficacia de la trilla para las mismas condiciones de trabajo que los cilindros de dedos.

Hoy en día es común el empleo de cilindros desgranadores de flujo axial. La masa entra paralela a éste. Está formado por unas barras helicoidales en el primer tramo y longitudinales en un segundo tramo. En la parte más alta estas barras ya son lisas.

Eficiencia del sistema de trilla

La separación entre el cilindro y el cóncavo es regulable para poder adaptar así el sistema de trilla al cultivo que deseamos recolectar. Existen una serie de parámetros geométricos que relacionan entre sí al cilindro y al cóncavo. Estos parámetros son la separación a la entrada (S1) y la separación a la salida (S2) entre ambos elementos. La separación a la entrada ha de ser mayor que a la salida (S1>S2), para que la planta pueda pasar desde la banda elevadora hasta el sistema de trilla. La separación de la entrada es de 13 a 18 mm y la de la salida normalmente es menor al diámetro medio (dm) de los granos.

Respecto al cóncavo, se caracteriza por el ángulo de trilla, que varía entre 100º y 120º, determinado por el sector que abarca desde la entrada hasta la descarga. La longitud de dicho sector y su anchura establecen la superficie de trilla. Esta longitud está comprendida entre 50 y 65 cm, según el diámetro del cilindro.

A mayor número de revoluciones del cilindro, la eficiencia de trilla es mayor y las pérdidas de grano menores, aunque también hay más peligro de daños por rotura del grano.

MECANISMO DE SEPARACIÓN Y LIMPIA.

Las funciones que realiza el sistema de limpia de una cosechadora son:

La separación del grano de la paja.

La limpieza del grano o separación del tamo, envolturas de polvo y semillas extrañas.

Los órganos de separación y limpia de una cosechadora convencional son:

Sacudidores

Consiste en una criba única o conjunto de cribas con amplios agujeros y con movimiento de vaivén, que sirve para separar el resto del grano (10%) que queda entre la paja. Están formados por un conjunto de rejillas calibradas que permiten el paso del grano y de la paja corta.

Puede estar formado por un solo elemento o por varios elementos dentados en forma de rampas oscilatorias accionadas por el cigüeñal, cuyo radio de muñequilla varía entre 4 y 10 cm, desplazándose adelante y atrás a un ritmo de 200 a 250 oscilaciones por minuto. Esta rejilla tiene una pendiente desde la zona de carga del cilindro de 8 a 15º, y ha de ser suficiente para que se separe el grano que queda sin trillar.

El tamaño del sacudidor es uno de los parámetros que en gran medida condicionan la capacidad de asimilación de producto de la cosechadora. Normalmente se estima entre 1 y 1,2 kg/s por metro cuadrado de superficie.

Caja de limpia

Los granos y la paja corta e impurezas son vertidas desde los sacudidores al sistema de limpieza, donde se produce la separación del grano de la paja. Este sistema de limpieza está formado por una o varias cribas, con un movimiento oscilante para separar el grano de la paja corta y del tamo, que son arrastrados por la corriente del ventilador.

Los primeros granos desprendidos caen sobre la parte anterior de las cribas, más cercana al cóncavo debajo del cilindro desgranador, que está formada por una bandeja de orificios, llamada bandeja de grano. Las diferentes cribas están dotadas de una pendiente para facilitar la caída del grano, y van colocadas en tandas (una superior y otra inferior). La criba superior elimina los restos de paja y la inferior deja el grano limpio.

Las cribas vibran con un movimiento oscilatorio de 200 a 300 oscilaciones por minuto. La superficie de la criba superior está comprendida entre 1,7 y 2,2 m2 por metro de anchura del cilindro, mientras que la inferior oscila entre 1,2 y 1,4 m2.

Debajo de las cribas existe un ventilador que genera una corriente de aire que separa las partículas más pesadas (grano) de las más ligeras (tamo, impurezas). También se encuentra un tornillo sinfín que sirve para recoger los trozos de espiga sin desgranar que puedan caer desde el final de los sacudidores y cribas. Mediante los canales de retorno estas espigas se incorporan de nuevo al cilindro desgranador para ser trilladas. El grano ya separado se almacena en una tolva.

PÉRDIDAS DE GRANO

Durante la recolección pueden producirse unas pérdidas de grano que dependen generalmente de:

Las condiciones atmosféricas en el momento de la cosecha. Si existe viento, puede que las espigas no entren a la cosechadora o que se desprendan de la plataforma de corte.

Humedad del grano. Los granos con elevada humedad pueden sufrir daños en la recolección ya que no tienen la dureza exigida, por lo que las pérdidas serán mayores.

Mala regulación de la máquina y diseño de cada uno de los elementos que la componen.

Dentro de las cosechadoras, las pérdidas de grano pueden ocurrir:

Antes de la recolección, por dehiscencia natural de las espigas.

En la plataforma de corte y en el molinete.

En el cilindro desgranador y cóncavo; el grano se parte, no se trilla suficiente.

En los sacudidores: el grano se pierde con la paja.

En las cribas: el grano se pierde con el tamo.

Las pérdidas totales de grano oscilan entre el 2-6%, pudiendo llegar al 10%. Para evitarlo es conveniente regular la máquina adecuadamente, para lo que se realizan numerosos ensayos empíricos para obtener resultados precisos.

POTENCIA NECESARIA.

La máxima demanda de potencia viene determinada por la anchura de la plataforma de corte y oscila entre los 20-23 kW/m. La mayor potencia se consume en:

Cilindro desgranador. Se consume aproximadamente el 40% de la potencia suministrada por el motor.

Sacudidores y cribas: 16%.

Plataforma de corte: 10%.

Sistema de transmisión: 4%.

Desplazamiento: 30%.

La potencia está directamente relacionada con la velocidad de giro del cilindro desgranador y cóncavo. Habrá que adecuar las revoluciones del cilindro con las revoluciones óptimas desde el punto de vista de consumo energético. El consumo por desplazamiento se debe al elevado peso de la maquinaria.

ÚLTIMOS AVANCES EN COSECHADORAS.

Durante los últimos años la maquinaria de recolección de grano ha experimentado numerosas innovaciones técnicas principalmente orientadas a aumentar su capacidad de trabajo. El objetivo final de una cosechadora es el de obtener una gran capacidad de trabajo, versatilidad, obtención de un producto de alta calidad, confort y fácil mantenimiento de las mismas.

Para aumentar la capacidad de trabajo de las cosechadoras se ha mejorado la eficiencia y capacidad de todos sus sistemas. Los cebezales de siega se han modificado para asegurar una alimentación continua de mies hacia el sistema de trilla y poseen sistemas de regulación de las alturas de corte y de las revoluciones del molinete. Así mismo se han diseñado sistemas que permiten adecuar la labor a las características del terreno, como salvar pendientes laterales de hasta 45º.

Para mejorar el sistema de trilla se ha aumentado la anchura del tambor de desgranado y la posibilidad de regular la velocidad de giro del tambor y la separación entre cóncavo y cilindro de forma electro-hidráulica desde la cabina. Se están sustituyendo los sistemas de separación de grano transversales por los de cilindros rotativos longitudinales.

Para asegurar la versatilidad, es decir, la aplicación de estas máquinas para la recolección de diferentes cultivos, se pueden cambiar y regular fácilmente los cabezales de siega. Otras mejoras permiten obtener un producto de alta calidad, sin daños y libre de impurezas, mediante el empleo de sistemas de regulación de la apertura de las cribas y de la ventilación de los mecanismos de separación y limpia.

Además de todas estas mejoras, es importante destacar la evolución que han sufrido las cabinas de control. En ellas el operario puede controlar de una forma más fácil y cómoda todas aquellas operaciones que la máquina está realizando y de los posibles problemas o averías, gracias a la existencia de numerosos monitores y sistemas automatizados que albergan en su interior. Unas operaciones de mantenimiento más accesibles permiten que se disminuyan los tiempos muertos de la máquina y por tanto los costes sean menores.

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BIBLIOGRAFÍA.

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La importancia de los molinos en el procesamiento de cereales

La recolección y trilla de los cereales es tan importante como la de raíces y tubérculos. Si las operaciones no se realizan con verdadera eficacia, las demás actividades para evitar pérdidas post-cosecha resultarán seguramente de poco valor.

Por ejemplo, durante la recolección, si la cáscara de los granos se llega a romper, el ataque y la infestación de insectos se propagará rápidamente. La utilización de un equipo apropiado para la recolección y la trilla, y la capacitación para su uso correcto constituyen elementos esenciales de toda actividad para impedir pérdidas poscosecha.

Las principales operaciones de elaboración de los cereales son:

1. Trilla
2. Clasificación
3. Molienda

Trilla

El proceso de trilla sirve para separar los granos de los tallos o espigas en los que han crecido. La trilla puede realizarse en el campo, en la granja o en la aldea; de manera manual con ayuda de animales o con maquinaria. Los métodos más sencillos consisten en golpear las espigas contra un muro o el suelo, pisar las espigas contra una superficie dura, caminando por encima del grano o haciéndoles arrastrar una máquina o rastra.

Las máquinas trilladoras operan mediante motores de combustión interna y se dispone de una variedad de sistemas manuales y mecánicos para esta operación.

Clasificación

La clasificación consiste en separar los granos sanos de la paja y las impurezas, y puede hacerse tamizándolos o aventándolos.

Tamizado: Las impurezas se separan sobre la base de sus diferencias de tamaño con respecto al grano. Los tamices manuales se utilizan generalmente uno por uno, mientras que las máquinas más sencillas disponen de dos tamices: uno con orificios de gran tamaño (que retiene impurezas de gran tamaño y deja pasar los granos de cereal) y otro con orificios más pequeños (que retiene los granos pero deja pasar impurezas más pequeñas).

Aventado: En este proceso se separan las impurezas tomando como base sus diferentes densidades con respecto a las de los granos de cereal. La operación consiste en aprovechar una corriente de aire para separar las fracciones más ligeras. El método más sencillo es el de hacer caer una cestada de granos e impurezas, en chorro delgado, a una superficie limpia y en medio de una ligera brisa natural. Es un proceso lento y laborioso pero que aún se practica ampliamente. Las máquinas aventadoras funcionan aplicando el mismo principio, pero creando una corriente de aire mediante un ventilador.

Molienda

La molienda consiste en la producción de harina a partir del endosperma de los granos de cereal. En la mayoría de los cereales, incluido el maíz, se elimina primero la cubierta de la semilla (bien mediante el machacado manual después de tener el grano a remojo, o bien en una blanqueadora) antes de transformarla en harina. La molienda puede efectuarse mediante trituración manual en un mortero, haciendo pasar el grano entre dos piedras, o utilizando molinos de martillos, de placas o de rodillos mecánicos.

Los molinos comúnmente utilizados son el de placas, de martillo, y de rodillos para operaciones comerciales.

El molino de placas consiste en dos placas circulares de hierro colado con estrías superficiales, montadas sobre un mismo eje horizontal, de forma que las placas se mantienen en posición vertical. Una de las placas es fija y está sujeta al cuerpo del molino. La otra está montada sobre el eje motor y puede ajustarse para variar el espacio que la separa de la placa fija. Para el funcionamiento se introduce el grano por el centro de la placa fija y se va triturando a medida que pasa entre las dos placas hacia el extremo exterior. La harina molida sale luego por el conducto de salida. Algunos modelos disponen de tres placas, dos exteriores fijas y una central rotatoria.

El molino de martillo se basó en el sistema de machacado a mano. El mortero de mano se sustituyó con un martillo de madera más pesado aplicado al extremo de una palanca que apoyándose cerca de su centro. Actualmente los molinos de martillos se componen de un juego de martillos fijos u oscilantes montados sobre un eje rotatorio y rodeados de un tambor metálico perforado. El grano se introduce en el recorrido de los martillos rotatorios a través de una ranura del tambor, y el material molido sale luego a través de los orificios del tambor.

El molino de rodillos es un modelo de molino más sofisticado que el molino de placas o de martillos y se utiliza para producir harina fina de alta calidad, generalmente de trigo, pero también de maíz y sorgo. Los rodillos de precisión de acero colado tienen superficies estriadas y giran en direcciones opuestas a velocidades ligeramente diferentes. La separación de los rodillos puede regularse con precisión, de forma que cuando es alimentado con una sola capa de grano de tamaño cuidadosamente seleccionado, de la superficie de cada grano se elimina una pequeña cantidad predeterminada a medida que pasa verticalmente hacia abajo entre los rodillos. Toda la operación de molienda consiste en hacer pasar el grano a través de una serie de molinos en sucesión, posiblemente hasta en diez fases. El producto de cada fase se tomiza, de forma que la operación permite recoger separadamente las distintas partes constituyentes del grano, tales como el germen y el salvado. Estos molinos tienen gran capacidad de producción y generalmente producen harina.

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Los silos para almacenaje

Los silos son estructuras diseñadas para almacenar grano y otros materiales a granel; son parte integrante del ciclo de acopio. Los más habituales tienen forma cilíndrica, asemejándose a una torre, construida de madera, hormigón armado o metal. El diseño, inventado por Franklin Hiram King, emplea por lo general un aparejo mecánico para la carga y descarga desde la parte superior.

Actualmente el diseño original se ha adaptado a otros usos en la industria, utilizándose silos para depósito de materiales diversos, como el cemento, y también se han adaptado al área militar, empleándose silos para depósito y manejo de mísiles, por mencionar algunos.

El almacenamiento del grano, por ejemplo, es importante para alargar el tiempo de comercialización, pueden ser almacenados en sacos o a granel. En sacos se pueden almacenar en cobertizos o en bodegas tratando de mantener una ventilación adecuada.

Los depósitos para granos a granel son silos de metal, hormigón o madera, tienen un fondo plano o cónico. El fondo cónico permite la descarga del silo por gravedad. El fondo plano debe ser descargado manualmente o por medio de transportadores de gusano.

Los silos metálicos de gran volumen constan de:

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