apoyo para el fortalecimiento de los cuerpos...

Subsecretaria de Educación Superior. Dirección General de Educación Superior Universitaria.

Dirección de Educación Académica. Programa para el Desarrollo Profesional Docente, para el tipo Superior.

Apoyo para el fortalecimiento de los Cuerpos Académicos, la integración

de Redes temáticas de colaboración de cuerpos académicos, gastos de

publicación, registro de patentes y apoyos posdoctorales.

Instituto Tecnológico de Tuxtla Gutiérrez

Departamento de Metal-Mecánica

Proyecto del cuerpo académico ITTUXG-CA-8:

“Diseño de implementos agrícolas para la optimización de la cosecha en verde de la caña de

azúcar”

Participantes:

Dr. Roberto Carlos García Gómez (Lider).

M.E.R. Fernando Alfonso May Arrioja.

M.C. Juan Carlos Niños Torres.

M.C. Mario Alberto De la Cruz Padilla.

M.C.I.M. Hernán Valencia Sánchez.

M.C. Ignacio Arrioja Cárdenas.

M.I. Lorenzo Marciano Vázquez.

M.C. Luis Alberto Morales Alias (colaborador).

M.E.R. Marco Antonio Zúñiga Reyes (colaborador).

Ing. José Manuel Rasgado Bezares (colaborador).

Ing. Julio Cesar Llaven Gordillo (colaborador).

Fecha: 27/03/2017.



Departamento de Metal-Mecánica- Instituto Tecnológico de Tuxtla Gutiérrez

Tuxtla Gutiérrez, Chiapas.

Contenido

I. Introducción. .............................................................................................................................................. 3

II. Descripción del problema a resolver .......................................................................................................... 4

III. Antecedentes ......................................................................................................................................... 7

IV. Objetivos .............................................................................................................................................. 10

a. Objetivo General ...................................................................................................................................... 10

b. Objetivos Específicos. ............................................................................................................................... 10

V. Justificación .............................................................................................................................................. 11

Impacto Ambiental. ...................................................................................................................................... 11

Impacto social. ............................................................................................................................................. 11

Impacto económico. ..................................................................................................................................... 12

VI. Metodología ......................................................................................................................................... 13

VII. Resultados esperados a corto y mediano plazo. .................................................................................. 15

VIII. Infraestructura disponible para la realización del proyecto. ............................................................... 16

IX. Cronograma de actividades. ................................................................................................................. 18

X. Presupuesto solicitado. ............................................................................................................................ 20

XI. Referencias. .......................................................................................................................................... 22




I. Introducción.

En el presente documento se detalla una propuesta de investigación, del Cuerpo Académico

en Formación ITTUXG-CA-8 “Ingeniería Mecánica”, denominado “Diseño de implementos agrícolas

para la optimización de la cosecha en verde de la caña de azúcar”; el cual pretende atender una

problemática de los ingenios de caña de azúcar en el país, de manera específica se realizarán

propuestas para la zona cañera de Pujiltic, Municipio de Venustiano Carranza, Chiapas.

Debido al aumento de la demanda de caña de azúcar a través de los años, las quemas se han

generalizado aún más; los efectos nocivos que las quemas generan requieren atención tanto por

parte de nuestras autoridades gubernamentales, campesinos, así como también de grupos

ambientalistas.

Algunos productores de caña de azúcar e industriales del sector, han manifestado sus

esfuerzos por minimizar dicha práctica e incorporar maquinización en la cosecha, la cual se

denomina “cosecha en verde”.

Toda ésta situación ha motivado la realización del presente proyecto, con el propósito de reducir las

quemas para la cosecha de caña, reducir la emisión de gases de efecto invernadero e incrementar

la rentabilidad por concepto de cosecha de la gramínea.




II. Descripción del problema a resolver

La caña de azúcar ocupa un área de 20.42 millones de hectáreas en todo el mundo, con una

producción total de casi 180 millones de toneladas métricas en el 2015 (OECD/FAO, 2015) , en

México se produce alrededor de 6.11 millones de toneladas de azúcar, con un valor de más de 2.22

mil millones de dólares anuales (INGENIOS, 2017), lo que representa cerca del 12 % del valor del

sector primario. La producción de caña se realiza en 664 mil hectáreas que abastecen a 51 ingenios

de 15 estados cañeros de la república mexicana.

La agroindustria de la caña de azúcar es una actividad que ha sido una importante fuente de ingresos para México desde hace cinco siglos; es un cultivo cuyo procesamiento requiere de mucha mano de obra, por lo que representa una relevante fuente de empleo.

Por otra parte, el consumo de azúcar per cápita ha aumentado en 45.6% desde 1970, esto

quiere decir que cada uno de nosotros consumimos entre 42 y 52 kilos de azúcar al año. El aumento en el consumo se debe a que la tomamos en muchos alimentos industrializados como caramelos, panes, refrescos, etc.

El nivel de productividad en México es alto, los rendimientos en el campo y en la fabricación

son mayores al promedio mundial. No obstante, los costos de producción superan a los de otros países (Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación, 2015).

De acuerdo al Comité Nacional para el Desarrollo Sustentable de la Caña de Azúcar (2017)

a 92 días de iniciar la zafra 2016-2017, se ha rebasado 50% del volumen de caña estimado para la presente molienda; se han molido 811 mil 182 toneladas de un millón 555 mil de vara dulce. Sin embargo, los productores de caña de azúcar se enfrentan a diversos problemas, entre ellos se pueden mencionar, la falta de financiamiento para la adquisición, actualización y mantenimiento de maquinaria y equipo de alta tecnología, así como en sistemas de riego modernos.

En México el periodo de zafra1 va de noviembre a julio de cada año, tiempo en el cual los

ingenios en México se concentran en la producción de azúcar que servirá para satisfacer la demanda nacional e internacional. La producción de azúcar consta de varias etapas, todas de gran importancia y entrelazadas, lo cual incide en la calidad y cantidad del azúcar al final del proceso.

La problemática se genera por la necesidad del productor por generar ingresos para su

sustento familiar teniendo que ingresar su caña para fabricación de azúcar y para poder realizar dicha actividad se requiere de personal para cosechar la caña, la gramínea por su naturaleza tiene follaje con espinas diminutas llamadas comúnmente aguates que se incrustan en la piel y extremidades de los encargados de realizar la cosecha (cortadores de caña), por lo que para que los cortadores, no tengan problemas para realizar el corte a la altura deseada de la caña, el

1 De acuerdo a la Real Academia española, se entiende como zafra al tiempo que dura el proceso a través

del cual se cosecha la caña y fabrica el azúcar.




productor prefiere quemar el cañaveral en forma controlada y con ello mantener a sus trabajadores y asegurar su ingreso económico al ingresar la caña al Ingenio.

El proceso productivo se inicia con la preparación del campo y el estudio del suelo, teniendo

en cuenta la topografía del terreno, de acuerdo a lo anterior se localizan canales de riego, drenaje y vías de acceso.

Antes de la quema, el laboratorio de campo se encarga de realizar análisis químicos a los

cultivos de caña, para priorizar las áreas de corte, las cuales se realizan de acuerdo a un plan de producción requerido por la fábrica. El proceso inicia cuando se hace una selección de un determinado número de parcelas de acuerdo a la fecha de siembra o de corte.

Una vez programada la semana de corte, la caña es preparada para ser quemada, lo cual

se realiza para facilitar el corte de la cosecha, permitiendo que los cortadores y los operadores de las máquinas no se pierdan en los surcos de la parcela por la gran cantidad de hojas de la caña.

Existen dos tipos de corte: el manual y el mecánico, ejecutado por jornaleros o corteros, que

utilizan dos pases, uno para cortar la base de la caña y otro para cortar el cogollo. La caña es luego colocada en montones alineados para que sea alzada con uñas mecánicas. Un jornalero en promedio puede cortar de cinco a seis toneladas por día.

El corte de caña también se puede realizar sin quema, es decir, cortarse en verde; este tipo

de corte permite un mayor aprovechamiento de la caña cuando es procesada en fábrica, sin embargo, esto es posible cuando los cortadores o las máquinas tienen totalmente visibles los surcos de las parcelas permitiendo el óptimo aprovechamiento sin que la cosecha sea dañada.

El corte de caña en verde puede ser sucio o limpio y utiliza tres pases: el pase adicional quita

algo de hojas. Se amontona de igual forma a la caña quemada. El corte verde limpio, tiene por lo menos dos pases de limpieza para asegurar que se remuevan todas las hojas. Por el trabajo adicional que requiere, el rendimiento del corte se reduce a dos o tres toneladas por día.

El corte mecánico puede realizarse para caña en verde o caña quemada. Las máquinas

cosechadoras cortan un surco por pasada, pican la caña y mediante ventiladores, por diferencia de densidad, la separan de las hojas. El rendimiento está entre 20 y 30 toneladas por hora. Las hojas quedan esparcidas uniformemente sobre el campo. La cosechadora entrega la caña directamente a vagones, que la reciben picada para transportarla a fábrica.

La quema es una práctica antigua que pese a ofrecer ligeros beneficios contribuye en gran

medida a la generación de gases de efecto invernadero, contaminando el ambiente y generando el malestar social; si bien la fabricación de azúcar es el motor económico de la zona es necesario realizar cambios en favor tanto del medio ambiente como del beneficio social. Los efectos nocivos que las quemas generan son motivo de preocupación a través de los años, tanto por parte de nuestros gobernantes y campesinos como por grupos ambientalistas.

Es en los últimos años y debido a la concientización de la protección al ambiente que las

quemas vuelven a adquirir importancia, generando una serie de roses entre los productores de caña de azúcar, los legisladores responsables de la regulación tanto del sector agrícola, el energético, el sector ambiental y el industrial azucarero.




Algunos productores de caña de azúcar e industriales del sector, han manifestado sus

esfuerzos por minimizar dicha práctica e incorporar maquinización en la cosecha. Toda esta situación ha motivado el presente proyecto, con el propósito de reducir las quemas para la cosecha de caña, reducir la emisión de gases de efecto invernadero, e incrementar la rentabilidad por concepto de cosecha de la gramínea.




III. Antecedentes Históricamente en la cosecha, de forma tradicional, se realiza la quema para poder efectuar el corte manual de la caña, el alce de la caña cortada se lleva a cabo mediante alzadoras y el acarreo a los ingenios se realiza con camiones con capacidad de 25 a 30 toneladas, tractores con carretas de 5 a 8 toneladas, camiones rabones de 12 a 20 toneladas y jaulas de 10 a 12 toneladas (Comité Nacional para el Desarrollo Sustentable de la Caña de Azucar, 2015). La agroindustria azucarera de México no establece algún tipo de prohibición expresa para quemar la caña. Las regulaciones son las normas comunes establecidas para la quema de residuos vegetales, por lo que no existe ningún tipo de excepcionalidad para la práctica de quemar la caña de azúcar (Chaves S.; AZ., Bermúdez L.;, 2006). La cosecha en verde de la caña de azúcar representa una alternativa viable y sustentable a la cosecha que se realiza de forma tradicional en México, y puede realizarse en aquellos terrenos que cuentan con condiciones topográficas adecuadas para ello. Entre los beneficios que se tienen con la cosecha en verde se pueden mencionar los siguientes (CONADESUCA & CHAPINGO, 2015): 1.- Contribuye favorablemente al mejoramiento de las condiciones físicas, químicas y biológicas del suelo, al incorporársele materia orgánica conformada por hojarasca y tallos muertos. 2.- Parte de la biomasa que no se extrae del cultivo puede aprovecharse para alimentar ganado o para generar composta, así como en insumo en la lombricultura. 3.- Puede utilizarse en la generación de biocombustible. 4.- Se reduce la contaminación atmosférica causada por humo y cenizas. 5.- Se puede reducir la mortalidad de especies de fauna silvestre y contribuir así con la conservación de la biodiversidad. 6.- Los residuos agrícolas de la cosecha sirven como cobertura vegetal protegiendo al suelo de los rayos directos del sol evitando su deshidratación. 7.- La paja dejada en campo tras la cosecha forma una cobertura en el suelo robando espacio vital a plantas nocivas, disminuyendo el uso de herbicidas, ayudando al medio ambiente y además disminuye los costos de producción. 8.- Con los abundantes residuos que quedan de la cosecha mecanizada, las labores de cultivos cambian en socas y resocas, utilizándose implementos con discos para ir incorporando la materia orgánica al suelo. La tecnología para el manejo y cosecha de caña en verde todavía no está completamente desarrollada en Latinoamérica; de acuerdo al estudio realizado por Cock (1995) existen algunas prácticas alternativas que se pueden aplicar con éxito, entre ellas: adecuación de campos, manejo del cultivo para producir caña erecta con alto contenido de sacarosa, manejo de residuos postcosecha y uso de variedades que produzcan pocos residuos. La cosecha de la caña en verde implica dos grandes retos para el sector; por un lado la cosecha en sí, y por otro, el manejo de los residuos en el campo. No obstante, su aplicación conlleva importantes beneficios. La importación y dependencia tecnológica de maquinaria e implementos para caña de azúcar es alta y en algunos casos se depende de desarrollos que hacen las marcas transnacionales y fabricantes que por lo general, argumentan que en México no se pueden desarrollar máquinas




específicas para caña de azúcar en verde. Esto puede ser una razón por la cual aproximadamente, solo un 15% de la superficie se cosecha mecánicamente, mientras que el 85% restante se realiza mediante cosecha manual y semi mecanizada (SAGARPA, 2010). Las tierras que pueden destinarse a la producción de caña de azúcar, están definidas por la pendiente, topografía, pedregosidad, fertilidad de los suelos, susceptibilidad de inundación o irrigación y el grado de compactación de las parcelas, entre otros factores. Este conjunto de variables determinan el grado de mecanización en el corte de caña, tales como:

La pendiente y pedregosidad limitan la utilización de cortadoras de caña de alto despeño, así como de maquinaria de gran tamaño.

La pedregosidad elevada, disminuye el desempeño de la maquinaria agrícola y la vuelve incosteable, ante el desgaste que ésta sufre.

La parcelización no permite utilizar maquinaria de gran tamaño que ha sido diseñada para la cosecha de grandes volúmenes de biomasa en poco tiempo. El corte con este tipo de maquinaria se realiza en campos que se siembran para ser cosechados mecánicamente, debido a la amplitud del espacio entre surcos de 1.30 a 1.60 m estándar, que se maneja a nivel mundial para la cosecha mecánica.

Los suelos pesados arcillosos húmedos reducen la eficiencia de maquinaria hasta menos de un tercio de la eficiencia para la cual fue diseñada.

En México la maquinaria y los equipos se han adaptado a las condiciones regionales y en algunos casos a las condiciones de operación de cada ingenio, debido a que no existen programas de desarrollo tecnológico para la mecanización de caña de azúcar, con excepción de algunos implementos desarrollados por el Colegio de Postgraduados, el CIATEQ y particulares que han desarrollado pequeños implementos o modificaciones de máquinas existentes sobre todo, para las labores primarias del cultivo de caña de azúcar (Debernardi, D. Mejía, S., Gavi R., 2010). La principal maquinaria con que cuentan los ingenios para las labores en campo son tractores, alzadoras y cosechadoras. Por otro lado existen la oferta en el mercado nacional de marcas como CASE, John Deere, Masey-Ferguson, entre otros que ofrecen maquinaria para alto rendimiento mayores a 90 toneladas por hectárea de tipo combinada que no es viable su aplicación por las condiciones mencionadas anteriormente (Comité Nacional para el Desarrollo Sustentable de la Caña de Azucar, 2015)), (Cock, 1995). En la zafra 2016 Chiapas produjo 302,307 toneladas de azúcar obtenidas de los 30,503 hectáreas de caña cosechadas en los dos ingenios de la entidad: Ingenio de Huixtla, del Grupo Porres en el municipio de Huixtla, e Ingenio Pujiltic, del Grupo Zucarmex en el municipio de Venustiano Carranza (Comité Nacional para el Desarrollo Sustentable de la Caña de Azucar, 2017).




Figura 1. Informe de cierres de producción de Zafra 2016

La Figura 2 muestra un comparativo de las capacidades de producción de caña de azúcar en los diferentes municipios del estado.

Figura 2. Producción de caña de azúcar en el estado de Chiapas por municipios con las mayores producciones (INEGI, 1998).

De acuerdo a la SAGARPA (2010), el corte de caña de azúcar que se realiza para el ingenio Pujiltic es netamente una actividad manual. La ejecución de labores mecanizadas de los productores cañeros para este ingenio se realiza con el empleo de maquinaria agrícola propia y/o alquilada para una zafra. De acuerdo a las características de los productores de caña del estado de Chiapas, se ofrece la oportunidad de innovar nuevas tecnologías dentro del ambiente socioeconómico del estado, siendo una de ellas el desarrollo de implementos agrícolas para la cosecha en verde de la caña de azúcar.




IV. Objetivos

a. Objetivo General Generación y desarrollo de la ingeniería para el diseño de implementos agrícolas a fin de incrementar la productividad, la competitividad y el posicionamiento en la cosecha de la caña de azúcar, impactando en la transferencia de conocimientos tecnológicos, el desarrollo sustentable y el uso de energías renovables en Chiapas.

b. Objetivos Específicos.

1. Revisión del estado del arte. 2. Para los cinco subsistemas que completan el proyecto total, los cuales consisten en la etapa

de corte, deshoje, adecuación de altura de la caña, entrega del producto en final y el sistema de potencia (hidráulico y mecánico).

a. Sintetizar el proyecto en el que se determinan los parámetros de diseño. b. Calcular y desarrollar posibles soluciones de diseño. c. Modelado del diseño a detalle óptimo de los sistemas de los implementos agrícolas. d. Realizar el análisis fluido-estructura de los implementos modelados. e. Simular los diferentes subsistemas de forma independiente

f. Validar los modelos obtenidos. 3. Simular en conjunto y validación de todos los sistemas. 4. Desarrollar el sistema de control integral de los modelos. 5. Analizar el uso eficiente de energía en los sistemas modelados.




V. Justificación

Este proyecto propone nuevas alternativas para la consolidación y desarrollo tecnológico de las

regiones cañeras del campo mexicano y, específicamente, contribuir de manera efectiva al aumento

de la producción de azúcar, considerando a la cosecha mecanizada de caña de azúcar, sin quema,

a través de implementos agrícolas, como la base de tal propósito. Lo anterior, responde a los

principios marco del Programa nacional de la Agro Industria de la Caña de Azúcar 2014 -2018, que

se fundamenta en el Plan Nacional de Desarrollo 2013-2018, que dentro de sus cinco ejes busca

se cumplan los correspondientes a México próspero y con sustentabilidad ambiental, al privilegiar

la construcción de un sector agropecuario y pesquero productivo que garantice la seguridad

alimentaria; a través del desarrollo de capital humano y tecnológico para mejorar la rentabilidad y

sustentabilidad de la agroindustria azucarera (FEDERACIÓN, 2014).

Impacto Ambiental.

Así también, al eliminar la fuente de generación de CO2, cenizas y potenciales riesgos de afectación

en especies endémicas por la propagación de incendios, producto de la quema de cañaverales,

contribuye positivamente a la sustentabilidad ambiental, identificada como eje estratégico No. 4 en

el plan nacional de desarrollo del presente sexenio y, al mismo tiempo, encuentra su nicho legal en

la Ley del Cambio Climático en su artículo 2, sección I y III, cuyo objetivo es establecer políticas

públicas que contribuyan a la adaptación y mitigación del cambio climático incorporando nuevas

tecnologías que incidan en la recuperación de la biodiversidad.

Impacto social.

Los aspectos productivos y de carácter ambiental vertidos tienen un claro objeto que es el bienestar

social en la región; si bien se puede pensar de la eliminación de la mano de obra representada por

el jornalero que entra al campo en la cosecha manual, como un aspecto de alto impacto, es

conveniente no dejar de lado que ésta se hace cada vez más escasa y cara, debido a la migración

a los centros urbanos. Como alternativa, es posible encausar la mano de obra respecto al

aprovechamiento comercial del residuo de cosecha mecanizada en estado verde y de los procesos

que conlleva para colocarlo en un punto de venta. Así las cosas, es imprescindible generar en

ambos casos una metodología apropiada y rentable, así como el empleo de las tecnologías

disponibles en el mercado para el manejo de la paja, en función de la cantidad y calidad del material

resultante de la cosecha de la caña. (CONADESUCA & CHAPINGO, 2015). Por otro lado, también

se debe considerar un aspecto por demás importante como el riesgo sanitario al que se expone a

la población ante la generación de humo y ceniza en temporada de zafra. En ese sentido, el ejercicio

de la producción de la vara de caña entera en estado verde como resultado de cosecha mecanizada,

asume un cambio de paradigma en el campo social agroindustrial, que privilegie la adopción de

nuevas tecnologías, modifique las técnicas de cultivo de la gramínea que minimice el volcamiento y

busque la inserción de nuevas variedades con mayor contenido de sacarosa (FEDERACIÓN, 2014).




Impacto económico.

A nivel internacional, a raíz del marco emitido en la cumbre de Kioto 2010 para establecer acciones

de mitigación y adaptación al cambio climático, se han iniciado acciones encaminadas a modificar

los procesos de cultivo y cosecha de caña de azúcar a fin de disminuir la emisión de GEI, pasando

de la quema al proceso de caña en estado verde. Al respecto, el boletín técnico de CONADESUCA

(CONADESUCA & CHAPINGO, 2015), señala a países como Australia o Sudáfrica donde

solamente se cosecha la caña en estado verde, cabe aclarar que la legislación respecto de la quema

ha cambiado llevándola a un estatus de prohibitivo. Así mismo, en otras regiones latinas como

Colombia y Brasil se están haciendo esfuerzos similares, en estos casos la legislación se ha

decantado por el aspecto ambiental. En el caso de Australia (Cock, 1995), el grado de desarrollo en

maquinaria agrícola de este tipo se debe a que tienen grandes extensiones de terreno propicios

para su explotación con cosechadoras tipo combinada diseñadas para rendimientos de 90 ton/h o

mayores, que trocean la caña verde in situ. A pesar del rendimiento que presentan, es poco eficiente

en temporada de lluvias, puesto que deben suspender la cosecha y no es posible el arrume o

confinamiento de la caña troceada ya que pierde su frescura. También, en algunas regiones de

Estados unidos y Brasil se realizan cosechas mecanizadas con cosechadoras tipo soldado que

entregan la caña entera, pero requiere un segundo pase para despunte y deshoje, incrementando

tanto costos de mano de obra como tiempo de entrega para proceso.

En México, el rendimiento promedio de caña de azúcar 2012-2013 fue de 78.7 ton/h, otros países

como Perú tuvieron más de 100 ton/h por citar un ejemplo. El resultado anterior se debe a que la

eficiencia de cosecha en el agro mexicano en este rubro es apenas del 87.1%, es decir, el 12.9%

del campo sembrado no se cosecha, en comparación con el 90% de eficiencia de los países con

mayor producción. Tan solo en la Zafra 2010-2011, el 9.9% de la superficie sembrada se cosechó

en verde. (Comité Nacional para el Desarrollo Sustentable de la Caña de Azucar, 2017).

Lo anterior, refleja la ventana de oportunidad que representa la transferencia de tecnología

adaptativa al agro mexicano para coadyuvar al aumento en rendimiento de caña cosechada por

hectárea.

Por tanto, ante un escenario de mayor competencia hacia el exterior con la tendencia global de

eliminar la quema de caña de azúcar, es de importancia estratégica crear, desarrollar y consolidar

los procesos tecnológicos de aprovechamiento de las superficies sembradas y cosechadas, que

permitan incrementar la frescura de la caña con el propósito de aumentar la eficiencia para extraer

mayor cantidad de sacarosa; en cuyo caso las pérdidas del endulzante se reduzcan al menos de

un 2.32%, que es el status actual, a un 2.28% al cierre de 2018 (Comité Nacional para el Desarrollo

Sustentable de la Caña de Azucar, 2017).




VI. Metodología El proyecto se desarrollará en etapas lógicas y secuenciales, con productos entregables en cada una de ellas, que nos permitirá medir el avance y cumplimiento de los objetivos; en su caso realizar los ajustes que sean requeridos. Etapa 1 En esta etapa se llevará a cabo una revisión de las teorías, principios, leyes, formulaciones matemáticas, etc., que rigen los procesos del diseño mecánico, los sistemas de potencia hidráulicos, la automatización y el control. Así también se revisarán diseños similares al implemento agrícola a desarrollar, en vías de detectar áreas de mejora, simplificación e innovación tecnológica. Etapa 2 En esta etapa, se definen los cinco subsistemas (corte, deshoje, adecuación de altura de la caña, entrega del producto final y sistemas de potencia). Etapa 2.1 Se sintetiza el proyecto y se definen los parámetros de entrada y salida. Como consecuencia, se definen los parámetros de entrada y salida para cada subsistema de tal modo que su interrelación sea consistente en dimensiones, tolerancias, velocidades, torques, cantidades de energía, volúmenes de trabajo, etc. Etapa 2.2 Esta etapa corresponde a la ingeniería básica del proyecto; se realizarán los cálculos necesarios para cada uno de los elementos de máquina en base a las condiciones de operación definidos en la etapa anterior. Etapa 2.3 Se utilizará el software SolidWorks® para la elaboración de los diferentes componentes de máquina requeridos. Se prevé que en algunos casos y para el proceso de maquinado, el detallado de algunas piezas requerirá el modelado físico utilizando impresión 3D. Etapa 2.4 Utilizando los recursos de la etapa anterior, se pretende realizar un análisis fluido-estructural de los componentes que integran el dispositivo, aplicando cargas y restricciones para visualizar su comportamiento físico y mecánico y en caso de requerirse, realizar una revisión de los cálculos efectuados previamente. Etapa 2.5 En esta etapa, se pretende realizar un ensamble de cada subsistema y verificar su funcionalidad operativa en base a las condiciones establecidas para su diseño. Etapa 2.6 Validar los modelos obtenidos contrastando su desempeño en la modelación con los parámetros establecidos en las etapas previas.




Etapa 3 Utilizando SolidWorks®, realizar el ensamble de los cinco subsistemas y efectuar una simulación del implemento en su conjunto. En esta etapa, deberán realizarse los ajustes que sean requeridos en términos de parámetros de entrada y salida que sean inconsistentes entre los subsistemas. Etapa 4 En esta etapa, se incorporará la automatización a los diferentes sistemas de control del dispositivo. Para ello se simulara el cableado adecuado, la programación de los PLC´s, la incorporación de actuadores hidráulicos o eléctricos, de válvulas o electroválvulas, sensores, etc. Etapa 5 Se realizará un balance energético en cada uno de los subsistemas para la determinación del índice de eficiencia energético. Así mismo se utilizará SolidWorks® para determinar el índice de sustentabilidad del diseño de los componentes.




VII. Resultados esperados a corto y mediano plazo. Como resultado de esta propuesta se obtendrán A corto plazo:

Al menos dos planes de trabajo (acuerdos de colaboración) con cuerpos académicos reconocidos o grupos de investigación con reconocimiento nacional a fines al presente proyecto.

5 Informes técnicos correspondientes a cada uno de los subsistemas descritos.

4 Diseños de herramientas (área de ingeniería y tecnología).

6 Trabajos profesionales para obtención del título de licenciatura.

1 Tesis de maestría. Mediano plazo:

Realizar el registro de un modelo de utilidad.

Obtención de 2 Perfiles Deseables de los integrantes del CA.




VIII. Infraestructura disponible para la realización del proyecto. Actualmente se cuenta con materiales en diversos laboratorios y talleres dentro del Instituto Tecnológico de Tuxtla Gutiérrez, que nos permiten sustentar esta propuesta, a continuación enunciaremos los equipos más significativos para el desarrollo del presente proyecto divididos por laboratorios.

NOMBRE DEL LABORATORIO: LABORATORIO DE MATERIALES

N° EQUIPO PRINCIPAL DEL LABORATORIO CANTIDAD

1 Equipo para observación microscópica con cámara fotográfica. 1

2 Equipo para ensayos mec. (durómetro y máq. para ensayos de tracción, compresión y

fatiga) 2

3 Hornos para fundición y tratamientos térmicos. 2

4 Módulos de Leyva 2

5 Máquina de impacto 1

6 Módulo de extensometría 1

7 Máquina de fricción y desgaste (tribología) 1

8 Máquina de torsión 1

9 Aparato de balanceo estático y dinámico Gunt 1

10 Marco didáctico de vibraciones 1

11 Acelerómetros 1

12 Analizador balanceador IRD 880 1

NOMBRE DEL LABORATORIO: LABORATORIO DE TERMOFLUIDOS


1 Banco hidrostático y de propiedades de fluidos. 1

2 Banco de pruebas multibombas. 1

3 Unidades de transformación de calor (conducción, convención y radiación). 1

NOMBRE DEL LABORATORIO: TALLER MECANICO Y METROLOGIA


1 Mesa de trabajo con tornillos de banco. 2

2 Sierra cinta para corte. 1

3 Dobladora. 2

4 Cizalla de banco 1

5 Equipo de soldadura (eléctrica, oxiacetilénica, de resistencia). 3

6 Esmeril. 2

7 Máquinas herramientas convencionales (torno, fresadora, taladro de banco) 5

8 Herramientas manuales diversas. Varias




9 Equipo de protección personal 6

10 Tornos, fresadoras y/o centros de maquinado de control numérico 1

11 Equipo para manejo de mat. (bandas transp., mesas giratorias, sensores, etc.) “Ing.

Industrial” 1

12 Equipo para med. Mec. (reglas, flexóm., calibrad., micróm., plantillas, mármol, bloques

patrón). 1

13 Equipo de cómputo (computadoras personales y/o estaciones de trabajo) con periféricos. 1

14 Software para dibujo, diseño, manufactura y simulación 1

15 Tornos, fresadoras y/o centros de maq. de control numérico.

NOMBRE DEL LABORATORIO: AUTOMATIZACION Y CONTROL


1 Módulos de prácticas de automatización 1

2 Manipuladores electromecánicos y/o neumáticos y software para operación y control. 1

NOMBRE DEL LABORATORIO: MANUFACTURA


1 Torno horizontal 2

2 Fresadora de vástago vertical 1

3 Taladro vertical 2

4 Cepillo mecánico de codo 1

5 Dobladora de lamina 1

6 Cizalla de lamina 1

7 Torno de control numérico de 8 herramientas 1

8 Robot fanuc de 6 gdl 3

9 Robot cartesiano 1

10 Fresadora de control numérico vertical 1

11 Planta de soldadura de arco eléctrico 2

12 Centro de maquinado de 16 herramientas 1




IX. Cronograma de actividades.

Mes Actividad

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1. Revisión del estado del arte. X

2. Para los cinco subsistemas que completan el

proyecto total, los cuales consisten en la etapa

de corte, deshoje, adecuación de altura de la

caña, entrega del producto en final y el

sistema de potencia (hidráulico y mecánico).

X X X X X X X

a) Visitas científicas a instituciones con

cuerpos académicos consolidados ó grupos

de investigación.

X X X

b) Profesor visitante de una institución de un

cuerpo académico consolidado ó grupo de

investigación.

X

c) Sintetizar el proyecto en el que se

determinan los parámetros de diseño. X

d) Visita de trabajo en campo. X X X

e) Calcular y desarrollar posibles soluciones

de diseño. X

f) Modelado del diseño a detalle óptimo de

los sistemas de los implementos agrícolas. X X

g) Realizar el análisis fluido-estructura de los

implementos modelados. X

h) Simular los diferentes subsistemas de

forma independiente X

i) Validar los modelos obtenidos. X




j) Elaboración de informes técnicos. X

3. Simular en conjunto y validación de todos los sistemas.

X X

4. Desarrollar el sistema de control integral de los modelos.

X X X X X X

5. Analizar el uso eficiente de energía en los sistemas modelados.

X X

6. Asistencia a congresos. X X X




X. Presupuesto solicitado.

CONCEPTO DE GASTO

MONTO DESCRIPCION DEL GASTO

Visitas científicas

$56,000.00

Viáticos y pasajes viaje redondo para visita a centros de investigación a fines al tema.

Realizar estadías técnicas en algunas de las instituciones que compartan líneas de investigación afines al desarrollo del proyecto como UABC-CA-74 - SISTEMAS DE MANUFACTURA Y PRODUCCIÓN y CENIDET para revisión conjunta de los diseños propuestos.

Profesores visitantes

$10,000.00 1 Pasaje redondo y 5 días de viáticos para visita de profesor investigador.

Adquisición de materiales,

consumibles y accesorios menores

$123,500.00

Papelería en general, cartuchos para impresión de artículos y publicación de resultados.

Adquisición de libros y publicaciones especializados. Accesorio para impresión 3D: Con el propósito de obtener prototipos

rápidos de los elementos diseñados. Consumibles para la impresión 3D. Accesorio para digitalización de diseño. Accesorio para comunicación inalámbrica. Material electrónico: tarjetas de control, cableado, botoneras, display,

sensores, electroválvulas, interfaz, dispositivos para comunicación inalámbrica.

Adquisición de infraestructura

académica. $7,000.00 Adquisición de escritorio, librero y pizarrón.

Apoyo para la formación de

recursos humanos

$54,000.00 Apoyo financiero a 6 estudiantes para la participación en el proyecto, los

cuales se titularán al término de la beca (el nombre del beneficiario se definen posteriormente).




Gastos de trabajo en

campo $8,000.00

Combustible, casetas, alimentos, pasajes hacia zonas de cultivo de caña en la región.

Asistencia a congresos.

$41,500.00 Pasaje, alimentación y hospedaje para participar con estudiantes en

exposición de resultados en congresos y convenciones afines.

TOTAL $300,000.00




XI. Referencias.

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AZÚCAR. Obtenido de http://ecosistemastropicalesucn.blogspot.mx/2011/03/impacto-ambiental-

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apoyo para el fortalecimiento de los cuerpos...

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