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• Israel Medina

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1. TEMA

Diseño y construcción de un prototipo de máquina sembradora de maíz

2. OBJETIVO GENERAL - Diseñar y construir un prototipo de máquina sembradora de maíz

2.1 -

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Fundamentar técnicamente los principios, leyes y teorías para el desarrollo de los diferentes sistemas. Diseñar y seleccionar los diferentes elementos del prototipo. Elaborar un protocolo de pruebas de funcionamiento.

3. MARCO TEÓRICO

La máquina sembradora de maíz tiene como función, sembrar maíz según las indicaciones obtenidas en las instrucciones de la siembra y cosecha de maíz. La sembradora de maíz tiene como metas el cumplir con las indicaciones específicas de: realizar un orificio de 50cm de profundidad donde se depositará la cantidad de dos maíces, esto tendrá una frecuencia de repetición cada 80 cm de distancia1; cabe recalcar que la maquina no puede contar con mecanismos que requieran energía eléctrica puesto que solo contaran con la energía proporcionada por una persona al halar o empujar la misma. Los granos de maíz ahora en los huecos del suelo deberán ser cubiertos con tierra utilizando cualquier tipo de mecanismo para así cumplir con la “siembra” de los mismos. El diseño de la tolva y resto de mecanismos necesarios para la siembra de maíz deberán ser justificados.

1 Datos : manejo-de-cultivo-de-maiz_Iniap-GIZ1, 2011 página 27

ESQUEMA Y FUNCIONAMIENTO

La máquina sembradora de maíz en su diseño consta de: 1) 2) 3) 4) 5)

Tolva Transportador de maíz Piñón transmisor de movimiento Dosificador giratorio para captar granos de dos en dos. Abertura para dejar caer los maíces dosificados.

Su funcionamiento se basa en depositar los maíces en la tolva (1) donde procederán a ser transportados (2) hacia el dosificador giratorio (4) el mismo que es impulsado por el piñón transmisor de movimiento (3) que ha adquirido dicho movimiento gracias a la energía dada por el usuario al halar todo el sistema. Una vez que los maíces han sido dosificados o separados de dos en dos, estos caerán hacia el sistema de transporte que los guiará hacia la tierra donde los surcos esperan la llegara y posteriormente se cubrirá la semilla para así terminar el proceso de siembra de maíz.

4. PROBLEMA El maíz suave es propio se cultiva entre los 2200 a 3100 msnm. La variedad es diferente para cada zona. Por lo general la mayoría de los productores siembran desde septiembre hasta mediados de enero, coincidiendo la siembra con el inicio del periodo de lluvias, obteniendo de esta forma un mayor grado de germinación y producción. El ciclo del cultivo en variedades mejoradas llega hasta los 270 días; sin embargo, el periodo depende de la variedad y del propósito, si es para choclo o grano seco.

Figura 1(Ciclo del cultivo) Fuente: www.ecuaquimica.com

De entre los principales tipos de maíz que todavía se cultivan en la sierra del Ecuador están: cuzco ecuatoriano (zhima), guagal, blanco blandito, mishca, chulpi, morochón, patillo y Kcello, canguil, morado; muchos de ellos se cruzaron y han formado mezclas. El Programa de Maíz de la Estación Experimental Santa Catalina del INIAP ha desarrollado variedades mejoradas a partir estas variedades nativas, las variedades mejoradas conservan las mismas características de mazorca y grano que el material original, así como la adaptación agroecológica (suelo, precipitación, altitud, lluvia) a las regiones para las que fueron desarrolladas, pero con rendimientos que superan a las variedades tradicionales.2

2 Manejo-de-cultivo-de-maiz_Iniap-GIZ1, 2011 página 9-27

Figura 2(Cantidad de maíz a sembrar) Fuente: Manejo-de-cultivo-de-maiz_Iniap-GIZ1 Pag.26

5. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

Una especificación técnica es un documento en el que se describen detalladamente las características o condiciones mínimas que debe cumplir un producto, con el fin de crearlo, proveerlo y usarlo de manera estandarizada, permitiendo la interoperabilidad entre los datos y maximizando la calidad de la información.3

5.1

INTRODUCCIÓN

La siembra de maíz realizada de manera artesanal es muy sacrificada y hoy en día es muy cotizada. Se asume que la mayoría de agricultores desean un instrumento de trabajo que les ayude a realizar la tarea de siembra, con algunas sugerencias o requerimientos por parte de los mismos como son: que sea fácil de transportar, que siembre de manera exacta a las indicaciones de siembra previamente indicados, que la tolva tenga una capacidad lo suficientemente grande como para recargar las menores veces posibles y si es posible llegar a sembrar una hectárea sin tener que realizar dichas recargas. Se pretende optimizar el tiempo de trabajo de los agricultores cubriendo una mayor área de trabajo realizando una menor o igual cantidad de energía que la actual, con esto las industrias agrícolas podrán abrir mercado más allá de latino américa poniendo en renombre los productos ecuatorianos.

5.2

LA CASA DE LA CALIDAD

3 http://www.icde.org.co/web/guest/estandares_esp_tec 2013

Es una método que presupone el establecimiento de un equipo pluridisciplinario orientado al consenso, basado en aproximaciones creativas y que permite la síntesis de nuevas ideas de una manera estructurada. 4

5.2.1 LA VOZ DEL USUARIO En el desarrollo de la función de calidad, las demandas de los clientes constituyen el elemento conductor de todo el proceso de diseño de un nuevo producto o servicio. El primer paso consiste en pedir a un grupo representativo de usuarios, cuáles son sus requerimientos y deseos. 5 Los requerimientos por parte del usuario son:      

Costo muy asequible Liviano Poder sembrar maíz en una hectárea sin tener que hacer recargas De fácil transporte Preciso al exponer semillas de dos en dos Preciso al realizar los orificios

5.2.2 LA VOZ DEL INGENIERO La voz del ingeniero constituye la traducción de las demandas subjetivas de los clientes en características técnicas objetivas del producto.6 Requerimientos del usuario convertidos en especificaciones técnicas:      

Ergonomía Materiales utilizados para su elaboración Capacidad del deposito Numero de recargas necesarias Peso Volumen

4 Carles Riba, Diseño Concurrente. P 177 5 Carles Riba, Diseño Concurrente. P 179 6 Carles Riba, Diseño Concurrente. P 180

5.3

ANÁLISIS Y CONCLUSIONES DE LA CASA DE LA CALIDAD

Las especificaciones del producto es la manifestación explicita del conjunto de determinaciones, características o prestaciones que debe guiar su diseño y desarrollo.7

5.4

FORMULACIÓN DE ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

Tabla 1(Formulación de especificaciones técnicas)

Última revisión Empresa:

SiQuiLoTi Diseñador: Iván Carrillo H. Sembradora de maíz Especificaciones Propon

Producto:

Concepto

Fecha

e

R/D R

C,I Función

:

Descripción -Sembrar expulsando semillas de dos en dos

D

-Tolva capaz de contener suficiente maíz - La máquina usara únicamente la fuerza

Fuerzas

I

D

humana de una sola persona para moverse

D Costos

C,I R

- Diseño ergonómico -Asequible a empleados agrónomos

D Transporte

C,I

7 Carles Riba, Diseño Concurrente. P 85

R

-

- Modular Transportable

-

Material a ser usado resistente a cualquier

Vida útil

I

R

prueba de trabajo duro que se someta

Fuente: Propia

Propone: C – cliente

I – ingeniero

R/D: Requerimiento Deseo 6. DISEÑO CONCEPTUAL Cuando se trabaja bajo el análisis conceptual de una situación, nos referimos a la abstracción de hechos reales de los cuales se emite un concepto o es posible hacer una idea de ello. Para poder realizar la abstracción de un tema en un área específica, a nivel informático, es necesario tener los requerimientos formulados por los usuarios con respecto a este. Estos requerimientos contienen el conjunto de hechos y reglas que dan pauta a la creación del esquema conceptual donde por medio de este se podrá realizar una descripción de alto nivel de la futura base de datos. Para manipular este esquema se utiliza un modelo conceptual que proporciona un lenguaje que permite utilizar un conjunto de símbolos (estándares) para la creación de este.8

6.1

ANÁLISIS FUNCIONAL

8 Manejo-de-cultivo-de-maiz_Iniap-GIZ1, 2011 página 9-27

El análisis funcional de un producto o sistema y la elaboración de la estructura funcional es un primer paso para establecer su estructura modular (la mayor parte de diseñadores realizan estos procesos sin formalizarlos), a partir de combinar las diversas funciones en módulos. 9 Nivel 0

Materiales Energía Maíz sembrado Señal

Maquina sembradora

Módulo 1 Nivel 1 Semilla

Semillas de maíz s de maíz

EnergíaEnergía Señal

Semillas Semillas de 2 en 2

Deposito dosificador

de 2 en 2

Energía Energía

Señal

Señal Señal

Módulo 2

2 semilla Energía

6.2

Sembrador a

2 Semillas conducid Energía

Cubridor

DEFINICIÓN DE MÓDULOS FUNCIONALES

9 Carles Riba, Diseño Concurrente. P 128

Semillas sembrad as

Los módulos funcionales son como su nombre lo dice, la factibilidad de que el producto sea modular o de varios componentes que permiten realizar algunas actividades como: mantenimiento, transporte, entre otras.10 El diseño de la máquina sembradora contiene tres módulos, los mismos que son: -

Módulo 0.- funcionamiento global de la máquina sembradora de maíz. Módulo 1.- deposito dosificador en el que se cargará las semillas de maíz y se procederá a empezar con el proceso de dosificación. Módulo 2.- Sembradora y Cubridora donde lleva los procesos de depositar las semillas dentro de la tierra y siguiente a dicho proceso el cubrir el hueco donde se encuentran las semillas.

6.3

SOLUCIONES PARA CADA MODULO

Las soluciones modulares deben ser elegidas de entre algunas opciones debido a que de entre todas estas, las que mejor se acoplen y cumplan las condiciones requeridas tanto por el cliente como por el ingeniero deberán ser acopladas o ensambladas de manera lo menor compleja posible para una futura producción. 6.3.1 Módulo 1 o Depósito dosificador  Cuyas funciones son:  Almacenar semillas (Tolva)  Transportar las semillas  Agrupar las semillas (grupos de dos)  Transporte de dos semillas

10 Carles Riba, Diseño Concurrente. P 121

Las posibles soluciones propuestas son: -

Para “almacenar semillas (tolva)” Tolva cilíndrica

Ventajas Carece de elementos o esquinas

Desventajas Fabricación

que pueden hacer daño o

compleja

Ilustración

lastimar

Tolva prismática Ventajas Costo

Desventajas Fabricación

Común en el mercado

compleja

Ilustración

Posee equinas o elementos punzantes

-

Para el transporte de semillas

Por gravedad Ventajas

Desventajas

Ilustración

Usa solo la gravedad como

No posee control

fuente de energía

para posicionar las

Complejidad mínima

semillas antes de caer

Por tornillo sin fin Ventajas Durabilidad

Desventajas Costo elevado de

Ilustración

fabricación Dificultad de fabricación

Por vibración Ventajas Posee mayor

Desventajas Posee un volumen mayor

precisión al

con relación a los otros

dosificar

sistemas

-

Ilustración

Para la agrupación de semillas de dos en dos

Dosificador de disco Ventajas

Desventajas

Ilustración

De fácil

Falta de flexibilidad

mantenimiento

De difícil fabricación

Dosificador cilindro hueco Ventajas De alta precisión

Desventajas Difícil mantenimiento

Ilustración

De difícil construcción

-

Para el transporte de semillas

Por giro Ventajas

Desventajas

Ilustración

De alta precisión

Difícil mantenimiento De difícil construcción

Por desplazamiento Ventajas De alta precisión

Desventajas Difícil mantenimiento De difícil construcción

6.3.2 Módulo 2 o Sembradora y Cubridora  Cuyas funciones son:  Preparar el terreno  Conducir o ubicar la semillas  Tapar las semillas

Ilustración

Las posibles soluciones son: -

Para preparación del terreno

Punzadora Ventajas Se puede

Desventajas Dificulta la sujeción del

controlar la

punzón al mecanismo

penetración del

Costo elevado

Ilustración

punzón en el terreno Permite cambios del punzón en corto tiempo

Huequeadora Ventajas Modularidad

Desventajas Costo

Fácil construcción

Volumen mayor a

Fácil

comparación de los otros

mantenimiento

sistemas

Ilustración

-

Para posicionar la semilla

Ducto flexible Ventajas Costo

Desventajas Fragilidad

Peso

Puede dar lugar a atascos

Ilustración

Ducto rígido Ventajas Costo Peso Fácil construcción

-Para tapar las semillas

Desventajas Presenta mucha rigidez

Ilustración

Por arrastre Ventajas Bajo peso

Desventajas Difícil construcción

Ilustración

Costo

Por relleno Ventajas No rompe las semillas

Desventajas Mecanismo pesado

Ilustración

Difícil construcción

6.4

MATRIZ MORFOLÓGICA

Del griego morfos = formas y logos = estudio, estudia las propiedades de las formas y estructuras y se aplica en las ramas del diseño y suele usarse para el desarrollo de productos.11 • Permite crear una gran cantidad de ideas en poco tiempo • Nos permite multiplicar las combinaciones en todas sus partes • Técnica clásica para apoyar la identificación de soluciones

11 Definición: http://www.neuronilla.com 2011

• Te invita a mirar de manera diferente, en cuanto a su estructura y su forma • Estimula la producción de actos creativos • Un acto creativo es el resultado de relacionar de una manera dos o más ideas, que anteriormente no estaban relacionadas. • Generando así un nuevo concepto o idea • Es el principio de relacionar para producir nuevas ideas. • Es efectivo usando una matriz relacionando las columnas con los renglones

7. CRITERIOS PARA EVALUACION DE ALTERNATIVAS Los criterios para la evaluación de alternativas son aquellas facultades que se deben considerar en la fase de “ingeniería conceptual” de un prototipo o un producto ya que depende de estos se valorarán los componentes de dicho producto o prototipo.12     

Complejidad Peso Ergonomía Volumen de la máquina Adaptabilidad para cambiar de tipos de semillas

Criterio peso = criterio volumen Complejidad>ergonomía>adaptabilidad>peso=volumen

BIBLIOGRAFÍA: 12 Repositorio digital ESPE

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Infraestructura colombiana de datos especiales:

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http://www.icde.org.co/web/guest/estandares_esp_tec 2013 Página oficial INIAP http://www.unl.edu.ec Manejo del cultivo del maíz PDF www.ecuaquimica.com Repositorio digital ESPE documentos IASA Carles Riba, Diseño Concurrente, Enero 2002

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