El presente trabajo reporta el diseño y construcción de un prototipo que mejore el proceso de desgranado del maíz que se produce en los municipios de Zaragoza, Zacapoaxtla y Tlatlauquitepec en el Estado de Puebla, México, los cuales comprenden parte de la área de influencia del Instituto Tecnológico Superior de Zacapoaxtla (ITSZ). El diseño y construcción del prototipo busca que el agricultor (muchos de los casos pequeños debido a que la área de cosecha no supera las 4 ha.) realice el proceso de desgranado en menor tiempo y con costos más bajos, debido a que no utiliza energía eléctrica; además de que se realice la actividad de forma ergonómica y aumentando la productividad. Con las pruebas preliminares realizadas en laboratorio se muestra que el desgranado de maíz con ayuda del prototipo se incrementa hasta un 334.70% en relación con el método manual tradicional que es mediante el empleo de dedos pulgares y palma de la mano. Asimismo hubo un decremento en el tiempo de desgranado del 70.12% aproximadamente. Estos resultados demuestran la mejora que se tendrá con la implementación del prototipo en los campos de cultivo del maíz, sin necesidad de energía eléctrica.
Palabras clave: Prototipo, maíz, desgranado, proceso, mejora, agricultor.
This paper reports the design and construction of a prototype that improves the process of shelled corn produced in the municipalities of Zaragoza, Zacapoaxtla and Tlatlauquitepec in the State of Puebla, Mexico, which comprise part of the area of influence of the Instituto Tecnologico Superior de Zacapoaxtla (ITSZ). The design and construction of the prototype seeks to farmers (many small cases because the harvest area does not exceed 4 ha.) Perform the process shelled in less time and with lower costs, because it does not use energy electrical; besides the activity is performed ergonomically and increasing productivity. With preliminary laboratory tests show that corn husking using the prototype is increased to 334.70% compared to the traditional manual method is by using your thumbs and palms. There was also a decrease in the time of husking of approximately 70.12%. These results demonstrate the improvement to be had with the implementation of the prototype in the fields of corn, without electricity.
Keywords: Prototype, corn, shelled, process, improvement, farmer.
La agricultura sigue siendo el motor del crecimiento y desarrollo rural, y el uso de la tecnología es una variable útil para explicar el crecimiento o estancamiento de la agricultura en países desarrollados o en desarrollo, razón por la cual la productividad es un factor determinante para satisfacer la creciente demanda de alimento de la población mundial. (Osorio García & López Sánchez, 2012).
México es el mercado más grande de maíz en el mundo, representando el 11% del consumo mundial. Cada mexicano consume, en promedio, 123 kg de maíz anualmente, cifra muy superior al promedio mundial (16.8 kg per cápita). Nuestro país produce el 2.7% del maíz en el mundo (23 millones de toneladas en 2010), siendo el 4º productor a nivel global, detrás de Estados Unidos, China y Brasil. El rendimiento promedio por hectárea es de 3.2 toneladas (lugar 78 de 164 países que producen este grano en el mundo). El promedio mundial es de 5.2 ton/ha. (AgroDer, 2012).
Es evidente que a pesar de que México es el mayor consumidor de maíz a nivel mundial, no es auto-suficiente, por lo que es necesario poner especial atención al campo mexicano, en particular a la producción el maíz ya que representa la base principal de la alimentación en la población.
El rendimiento del maíz y en general para todos los cultivos, no puede ser alterado una vez que la planta ha alcanzado su madurez fisiológica, es decir, cuando el grano llega a su máximo contenido de materia seca.
Sin embargo, para mantener la producción hasta su comercialización es necesario sacarla del campo oportunamente a cuyo proceso se le denomina pizca. Esto de no hacerlo, significa un deterioro en la cantidad y calidad del grano, lo que se traduce en pérdidas para el agricultor.
El grano llega a su madurez fisiológica cuando su contenido de humedad es alrededor del 37-38 % (FAO, 2015). La cosecha mecanizada se puede comenzar cuando el grano tiene aproximadamente un 28% de humedad, no siendo recomendable que descienda a menos del 15% Arriba o abajo de estos límites, los granos se aplastan, se parten o pulverizan.
Cuando la cosecha se realiza en forma manual estos límites no son tan importantes y más bien dependen de las condiciones climáticas, experiencia de la mano de obra y los métodos tradicionales. En general, en superficies de hasta 12 hectáreas aproximadamente, la cosecha manual es practicable y no presenta mayores problemas si se realiza oportunamente y las condiciones climáticas son favorables, ya que de lo contrario el proceso de vuelve tedioso y se aumentan las perdidas.
Una vez que el contenido de humedad ha bajado un 14-15% aproximadamente se puede empezar la operación de desgrane, la cual, puede efectuarse mediante diversas técnicas. A continuación se describen algunas de estas modalidades de desgranado entre las que destacan el manual, semi-mecanizado y mecanizado.
Dentro de los métodos de desgranado de maíz más comúnmente utilizados en la zona de influencia del proyecto que comprende los municipios de Zaragoza, Tlatlauquitepec y Zacapoaxtla en el estado de Puebla se describen a continuación.
Es el método más sencillo de desgrane y a la vez el más tradicional, este método consiste en la utilización de los pulgares de las manos, los mismos que ejercen presión sobre los granos para desprenderlos del centro al cual se le conoce en la región como olote.
El inconveniente con este método es que se requiere de abundante mano de obra cuando se trata de grandes cosechas. Aproximadamente la cantidad de maíz desgranado por una persona equivale aproximadamente a 9 kg por hora, dependiendo de las características físicas del maíz y de la propia experiencia del agricultor u obrero. La ventaja con este método es que el grano no percibe ningún daño, además la precisión es alta y se puede separar los granos dañados que contiene la mazorca, ya sea por su descomposición natural, por presencia de insectos o gusanos en los mismos.
Este método es más utilizado en las regiones donde el uso de las tecnologías resulta bastante costoso y además de que los agricultores tienen pequeñas parcelas o terrenos de labor en secciones, áreas o solares que rebasan las 5 ha.
También realizan el método de friccionar dos mazorcas una con la otra hasta que se desprenden los granos del olote o también se utiliza la trilladura, esta técnica consiste en introducir las mazorcas en un saco (costal) y proceder a golpear con palos la misma, la desventaja de este método, es que los granos se maltratan y no existe separación de los que se encuentran dañados por la naturaleza.
El método de desgranado a mano es muy útil para cosechas pequeñas por lo general menores a las 2 ha., con una producción de 4.3 ton/ha (SAGARPA, 2009), sin embargo cuando se habla de grandes cantidades este método de desgranado no es factible debido a que requiere de un mayor tiempo, para ello, es necesario el uso de máquinas o herramientas manuales que permitan mejorar el tiempo del proceso de desgranado.
En los municipios y región de influencia del proyecto se han utilizado maquinas desgranadoras manuales construidas de madera, con grapas, de lámina metálica, de metal fundido y de olotes (olotera).
Dentro de las ventajas que se han identificado con el uso de este tipo de herramientas se tienen las siguientes:
A pesar de que las maquinas desgranadoras manuales son de gran ayuda para mejorar el tiempo del proceso de desgranado del maíz se han identificado algunas desventajas que se me describen a continuación:
A continuación se describen brevemente algunos tipos de máquinas desgranadoras manuales que se utilizan en la zona de influencia del proyecto.
Este tipo de desgranadora es una tabla de madera en forma de raqueta perforada de tal manera que crea una cavidad central con cuatro bordes sobresalientes, los cuales al introducir la mazorca y girar la desgranadora, van arrancando los granos.
Comparado con el desgranado a mano, aumenta la capacidad del operario hasta en un 100%.
Ventajas.
Desventajas
Este implemento está constituido por una pequeña estructura fabricada de madera y grapas metálicas, el método consiste en frotar o friccionar las mazorcas de maíz el tiempo necesario hasta que se desprendan los granos en su totalidad, esta herramienta solo se recomienda utilizarla cuando el maíz está suficientemente seco, ya que de lo contario el grano se hechara a perder porque se fracturara, quebrara o pulverizara por el contacto con las grapas metálicas.
Las dimensiones de esta herramienta son de 30 cm. de largo por 25 cm. de ancho, tiene 200 grapas aproximadamente clavadas en filas, estas dimensiones pueden variar ya que por lo general el productor o trabajador las fabrica.
Estas desgranadoras son de una alta eficiencia con respecto a cantidad-tiempo, las mismas son activadas o funcionan con un motor eléctrico el cual controla el funcionamiento de la misma, sin embargo, es necesario el uso de energía eléctrica y su consuma de esta es proporcional a la potencia del motor con el cual funciona, por lo que los costos de procesamiento aumentan.
Normalmente se utilizan motores eléctricos de 1 o 7 hp, tiene de 350 a 750 rpm, pero esta potencia aumenta con la cantidad de la cosecha, su capacidad oscila entre 800 a 5000 kg/h (FAO, 2015).
Al igual que las máquinas de desgranado eléctricas, las desgranadoras de combustión son muy eficientes cuando tenemos grandes cosechas, estas máquinas desgranadoras están activadas o su funcionamiento se da mediante un motor de combustión interna normalmente utilizan como combustible gasolina, sus motores son a dos tiempos y su potencia es de 3 a 16 hp.
Las características más comunes son que permiten desgranar grandes cantidades de maíz en poco tiempo, se requiere de menor mano de obra y se separa del maíz el olote y el tamo.
Algunas de las desventajas del uso de estas máquinas son:
a) Solo es factible su uso cuando la cosecha es de alrededor de las 50 toneladas.
b) El costo de la maquina es elevado.
c) Debido a que en la zona de influencia del proyecto la cosecha de maíz es temporal, no es recomendable su uso porque las cosechas son pequeñas y la maquina estaría en paro por un año lo que representa pérdidas por descomposturas provocadas por el medio ambiente.
d) No existe una separación de los granos dañados por humedad o que se encuentran infestados por insectos o gusanos.
e) Al no existir una separación de granos la calidad del producto baja.
f) En algunos casos el olote se tritura o fractura y se combina con los granos y su separación es difícil.
g) Se debe de tener un correcto mantenimiento, de lo contario puede ocasionar accidentes tales como: electrocuciones, cortaduras, golpes, intoxicaciones por CO2 e incluso la pérdida de un miembro del cuerpo.
h) El costo de operación solo es redituable en grandes cantidades de maíz.
El prototipo de la desgranadora de maíz es una herramienta diseñada para mejorar el tiempo del proceso de desgranado de maíz, en la región de influencia del Instituto Tecnológico Superior de Zacapoaxtla y comprende los municipios de Zaragoza, Tlatlauquitepec y Zacapoaxtla. Esta se desea utilizar para desprender los granos de maíz del olote de las diferentes especies de maíz que se produce en la región, con la finalidad de proporcionar a los pequeños productores una herramienta que les permita realizar dicha labor de manera eficiente y a un bajo costo.
Esta desgranadora tiene la función de desprender los granos de maíz del olote por medio de la fricción, para ello el operario toma la mazorca (sin importar el tamaño) con una mano y la fricciona sobre la superficie que tiene las grapas clavadas, debido a este movimiento mecánico los granos se desprenden y el proceso se realiza de manera rápida.
En la Tabla 1 se muestran las características técnicas del prototipo de la desgranadora de maíz.
En las siguientes figuras se muestran las dimensiones del prototipo diseñado, los materiales con los cuales se construyó son: madera, lámina galvanizada, tornillos pijas, grapas galvanizadas y pegamento blanco para madera.
A continuación se describen los procesos para realizar la elaboración y evaluación del prototipo, y así lograr el objetivo propuesto.
El prototipo de la desgranadora fue elaborado a través del siguiente proceso:
1. Se preparó el material conforme a las dimensiones especificadas en la diseño de la Tabla 1 y Figura 8.
2. Se cortó la madera y la lámina con las especificaciones dadas anteriormente.
3. Se ensamblaron las partes de madera con pegamento blanco, pijas y se sujetó con tornillos para estufa de 4 pulgadas de largo con doble rondana y turca.
4. Una vez, ensambladas las partes de madera se colocó en la parte superior la lámina galvanizada.
5. Se marcó y perforó con taladro la lámina para la colocación de grapas.
6. Se clavaron las grapas de acero en las perforaciones y en la madera.
En la figuras 9 y 10 se muestra el prototipo elaborado, con las especificaciones de la Tabla 1 y la Figura 8. La evaluación del prototipo fue realizada conforme al siguiente método, teniendo en cuenta que se trata de una evaluación cuantitativa que solo medirá el rendimiento y productividad de la desgranadora con las variables cantidad de maíz desgranado con respecto al tiempo.
Los pasos de esto método se describen a continuación:
1. Se seleccionan las mazorcas al azar.
2. Se eliminan de forma manual los granos que se encuentran manchados, quebrados o que fueron dañados por algún insecto o gusano.
3. Se pesan las mazorcas en cantidades de 1 kg, y se separan para realizar la prueba.
4. Se seleccionan a dos operarios o productores; una realiza el desgranado a mano utilizando los pulgares y palma de la mano, y el segundo con el uso del prototipo de la desgranadora friccionando las mazorcas sobre la base de grapas.
5. Se realiza la toma de tiempos para ambos operarios y se registran los resultados.
6. Se pesa maíz desgranado de ambos operarios y se coloca e identifican en un contenedor o bolsa de nylon.
7. Por último, se realizan los cálculos para determinar la cantidad de maíz desgranado por hora y el tiempo en que se desgranara cierta cantidad de maíz, por ejemplo 1 tonelada.
Los resultados después de aplicar el método de elaboración del prototipo de la desgranadora se observa en la Figura 9 que representa el proceso de construcción del prototipo y la Figura 10, en donde se muestra la desgranadora terminada.
En la evaluación del prototipo se realizó únicamente en laboratorio en las instalaciones del Instituto Tecnológico Superior de Zacapoaxtla, y se obtuvieron los resultados que se muestran en la Tabla 2.
La evaluación del prototipo se realizó con maíz del grupo Cónico que incluye razas de maíz cuya característica resaltante es la forma cónica o piramidal de sus mazorcas: Arrocillo, Cacahuacintle, Cónico, Cónico Norteño, Chalqueño, Dulce, Elotes Cónicos, Mixteco, Mushito, Mushito de Michoacán, Negrito, Palomero de Jalisco, Palomero Toluqueño y Uruapeño (Biodiversidad, 2015).
La raza del maíz utilizada para la evaluación fue el maíz arrocillo, esta se caracteriza por mazorcas pequeñas y de grano semi-cristalino, apiculado (puntiagudo), a semi-dentado (Figura 11) (Wellhausen, 1951). Se cultiva en las regiones templadas-frías con alta nubosidad de la Sierra Norte de Puebla y áreas aledañas del estado de Veracruz, en terrenos de ladera y marginales (Biodiversidad, 2015). En esta región es sostén de muchas comunidades nahuas, totonacas y mestizas (CONABIO, 2010).
Durante las pruebas se identificaron los siguientes riesgos labores en cada uno de los métodos los cuales son:
Desgranado a mano (método tradicional).
a) Irritación de pulgar debido a fricción con los granos de maíz.
b) Callosidades en pulgares y palma de mano debido a la actividad.
c) Lesiones menores (rasguños y cortadas) en pulgadas y palma de las manos.
d) Dolor de espalada baja (lumbalgia) debido a exceso de tiempo en una posición incómoda como se muestra en la Figura 11.
Desgranado utilizando el prototipo.
a) Dolor de piernas y pies por estar de pie durante el proceso.
b) Posibles machucones por ejercer demasiada fuerza entre la mazorca y la superficie con grapas. Una vez que se realizaron las pruebas se observó que los factores más importantes que se deben de tomar en cuenta al momento de llevar a cabo el proceso de desgranado de cualquier especie de maíz son los siguientes:
1. Porcentaje de humedad del grano, el cual debe de ser aproximadamente de entre 14%-15%, ya que si el porcentaje es menor el grano se truena (tritura) y si es mayor el porcentaje de humedad el grano se deshace de forma que se observa polvo húmedo en la superficie del prototipo.
2. La experiencia y habilidad del jornalero (agricultor u operario).
3. La especie de maíz, debido a las características físicas del grano y que afecta la productividad del prototipo debido al tamaño y peso del grano.
4. Otro factor importante es el método de almacenamiento de la mazorca, ya que este puede provocar que el maíz tenga un mayor porcentaje de humedad, se dañe o sea afectado por roedores, insectos o gusanos.
Del trabajo de investigación realizado se ha diseñado y construido un prototipo que permita a los agricultores y/o productores de maíz (de la región de Influencia del Instituto Tecnológico Superior de Zacapoaxtla, comprendiendo los municipios de Zaragoza, Zacapoaxtla y Tlatlauquitepec, Puebla como el área para la investigación) realizar el proceso de desgranado de manera eficiente y ergonómica el cual se muestra en la Figura 10 y las especificaciones técnicas se describen en la Tabla 1.
El análisis de funcionalidad del prototipo se llevó acabo en laboratorio debido a que la cosecha de maíz en los municipios involucrados es temporal entre los meses de Noviembre-Diciembre.
Las pruebas realizadas en laboratorio demuestran que la productividad aumenta en un 334.70% aproximadamente en comparación con el método de desgranado tradicional. El tiempo de desgranado del maíz utilizando el prototipo diseñado y construido se reduce en un 70.12% aproximadamente de acuerdo a lo que se muestra en la Tabla 2. Se consideran también que las jornadas de trabajo son de 8 horas diarias por lo que para obtener una tonelada (1000 kg) de maíz desgranado se necesitan de 7 jornadas laborales/persona con el método manual tradicional, sin embargo con el uso del prototipo solo se requieren de 2 jornadas laborales/persona.
Además al analizar el método de trabajo con ambas técnicas se ha observado de forma cualitativa que los riesgos de trabajo y ergonómicos se reducen.
Los resultados de esta investigación demuestran que el desarrollo de herramientas, máquinas y métodos de trabajo en las prácticas agrícolas permitirá que se aumente la productividad de los pequeños productores de maíz y así competir en el mercado. Este prototipo permite visualizar el gran campo de trabajo que se tiene en el sector agrícola. La evaluación del prototipo seguirá en una segunda etapa una vez que se comience con la cosecha del temporal de 2015, la cual se lleva a cabo en los meses de Diciembre-Noviembre.
Esta investigación es una propuesta para el desarrollo y aplicación de una nueva herramienta que permita a los pequeños productores del grano de maíz aumentar su productividad, tomando en cuenta que existen factores que afectan el proceso de desgranado con el prototipo los cuales son la experiencia del operador (jornalero, agricultor), el porcentaje de humedad contenida en el grano, el método de almacenaje de las mazorcas, el tipo de maíz y el medio ambiente.
Finalmente, es importante destacar que la población mexicana basa su alimentación en el maíz y que México no es auto-suficiente en la producción de este grano por lo que se debe de poner mayor énfasis al campo mexicano. Este trabajo representa una aproximación para incentivar el desarrollo de tecnología más barata que permita a los productores tener acceso a ella para mejorar sus procesos y competir en el mercado.
AgroDer. (Abril de 2012). Producción de Maíz: Comparativo regional de rendimientos de Maíz 2010. (A. SC, Ed.) Obtenido de www.agroder.com.
Ávila, F., Castañeda, Y., Massieu, Y., Noriero, L., & González, A. (mayo-agosto de 2014). Los productores de maíz en Puebla ante la liberación de maíz genéticamente modificado. Sociologica, 45-81.
Biodiversidad, C. N. (17 de SEPTIEMBRE de 2015). Biodiversidad Mexicana. Recuperado el 17 de SEPTIEMBRE de 2015, de Biodiversidad Mexicana: http://www.biodiversidad.gob.mx/usos/maices/grupos/razas_Conico.html
Budynas, R. G., & Nisbett, J. K. (2008). Diseño en ingeneiría mecánica de Shigley (Octava ed.). México D.F.: McGraw-Hill Interamericana.
CONABIO. (2010). Argumentación para conservar las razas de maíces nativos de México. Taller con especialistas en maíces nativos, realizado los días 17 y 18 de marzo de 2010 en las instalaciones de la CONABIO. México, D. F. Obtenido de http://www.biodiversidad.gob.mx/genes/pdf/proyecto/Anexo6_ReunionesTalleres/Tabla%20razas_marzo%202010.pdf
Cruelles Ruiz, J. A. (2013). INGENIERÍA INDUSTRIAL: Métodos de trabajo, tiempos y su aplicación a la planificación y a la mejora continua. (Primera ed.). México D.F.: ALFAOMEGA.
FAO. (03 de 09 de 2015). Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura. Obtenido de Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura: http://www.fao.org/docrep/x5051s/x5051s03.htm http://www.fao.org/docrep/x5051s/x5051s03.htm
González, S. G. (2011). El gran libro de SolidWorks (Quinta reimpresión ed.). México D.F.: ALFAOMEGA.
Lombard, M. (2010). SolidWorks 2010 Bible. Indianapolis, Indiana, USA: Wiley Publishing, Inc.
Niebel, B. W., & Freivalds, A. (2006). INGENIERÍA INDUSTRIAL: Métodos, estándares y diseño de trabajo. (Onceava ed.). México D.F.: ALFAOMEGA.
Osorio García, N., & López Sánchez, H. (2012). Utilización, oferta y demanda de tecnología para la produccion de maíz en el valle de Puebla, México. Agricultura, Sociedad y Desarrollo, 55-69.
SAGARPA. (2009). Monitor Agroeconómico 2009 del estado de Puebla. Puebla, México: Gobierno Federal.
Wellhausen, E. J. (1951). Razas de maíz en México. Su origen, características y distribución. México D. F.: Oficina de Estudios Especiales Secretaría.
[a] Profesores investigadores del Instituto Tecnológico Superior de Zacapoaxtla.
Correo de Correspondencia: castelan_herrera@hotmail.com Olgavn_13@yahoo.com.mx