LABORATORIO Nº1 Fuerzas y gasto energético en el uso de la máquina pulverizadora de tipo manual.

LABORATORIO Nº1

 Fuerzas y gasto energético en el uso de la máquina pulverizadora de tipo manual.

Eduart Murcia, Joan Martínez, Juan González, Sergio Ovalle.

Objetivos

• Calcular y analizar las fuerzas y el gasto energético que se generan en el porte y accionamiento de una máquina pulverizadora de tipo manual.
• Determinar la relación que existe entre la fuerza de accionamiento de la palanca que debe ejercer el operario, con la fuerza que de apertura del émbolo.
• Calcular el trabajo, la potencia y la energía necesarios para el porte y accionamiento de la máquina pulverizadora.

Marco teórico

El uso de máquinas pulverizadoras manuales tipo mochila, resulta muy común en las labores de aplicación de fungicidas y demás productos fitosanitarios. Esto debido a la relativa economía que tienen estos equipos y a la posibilidad de cubrir casi cualquier tipo de cultivo, siendo su principal limitante las condiciones del operario. Por otro lado, encontramos que presenta inconvenientes de seguridad del operario, pues este está en contacto directo con los productos aplicados. Además, su diseño debe ser lo más ergonómico que sea posible pues, el operario debe portarlo durante largos periodos de tiempo. Es por esto que su capacidad está restringida a una que no sobrepase los 20 litros.

En Colombia este tipo de equipos son de uso común debido a las condiciones de alta pendiente que son características en los campos de cultivo, además del contexto socio-económico en el que se desarrolla la agricultura en nuestro país.

Estos equipos funcionan regularmente a una capacidad de 20 litros y rangos de presión que deben oscilar entre 15 y 100 libras por pulgada cuadrada (psi) a fin de mantener relaciones de tamaño gota-caudal-desgaste pico óptimas. Condiciones de trabajo con presiones mayores reducen el tamaño de gota, pero aumentan el caudal e induciendo mayores gastos pico. De igual manera menores presiones, aumentan el tamaño de la gota, reducen el gasto pico y no permiten que el producto sea arrastrado por el viento, disminuyendo así la eficiencia (Augsburger, 1991).

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Ilustración 1: Máquina pulverizadora tipo mochila. Tomada de: Manual de instrucciones Máquinas Agrícolas Jacto.

Datos

Tabla 1. Descripción del equipo.

La presión media de trabajo registrada por el manómetro de la pulverizadora es de 531 Kpa (77 psi), mientras que la fuerza media ejercida por el operario sobre la palanca fue de 180 N. A continuación, se muestran los datos desglosados de presión y fuerza de trabajo.

Tabla 2. Fuerza aplicada por el operario (N) vs Presión de trabajo registrada por el manómetro.

Cálculos y análisis

Para obtener la fuerza actuante sobre el émbolo, hacemos uso de la definición de fuerza ejercida sobre una sección, en este caso circular, que resulta igual a la presión ejercida por el fluido dividida en el área de la sección sobre la que actúa.

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Con el fin de analizar los valores de fuerza obtenidos a través de la celda de carga utilizada en el laboratorio, a partir de un análisis estático del sistema de accionamiento de la máquina pulverizadora, obtenemos la fuerza que sería necesaria aplicar por parte del operario en la palanca de accionamiento y que satisfaría la fuerza sobre el émbolo antes calculada.

Calculando la proyección del mango de dispositivo de bombeo sobre el plano en el que se encuentran los demás elementos por medio del teorema del coseno:

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El ángulo de interés para este caso es el complementario, así que:

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Para hallar la proyección:

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Con lo cual el brazo total de la fuerza ejercida por el operario desde el mango hasta la barra giratoria es de:

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Realizando la suposición de que la barra gira a una velocidad angular constante:

ω=Constante

Los momentos a ambos lados de la varilla giratoria deben ser iguales:

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