VIBRADORES DE TRONCOS EN EL OLIVAR - PARTE 1: CONCEPTOS TEORICOS Y TIPOS

Los sistemas de recolección mecanizada del olivar tanto  para el olivar tradicional de varios pies, como para el intensivo de un pie  se han centrado en los últimos años, en el desarrollo del vibrador de troncos, una técnica iniciada en los 60 y ampliamente extendida en la actualidad, pero que sigue creando controversia entre los olivicultores.

En una serie de artículos,  vamos analizar los conceptos teóricos y prácticos, que intervienen en los sistemas de vibración de troncos  de olivo, sus posibles regulaciones, aquellos   problemas que se producen por un mal funcionamiento  y aquellos aspectos técnicos y agronómicos que afectan al funcionamiento.

 En cualquier  vibración  mecánica   hay dos parámetros  fundamentales que  la definen,  la  frecuencia  y la amplitud de la vibración.

Definiciones y conceptos

 Es importante saber  que significa algunos conceptos teóricos que vamos a tratar en este capítulo.

·        Vibración mecánica.

Se puede describir como el movimiento de un cuerpo sólido (tronco de olivo)  alrededor de  una posición de equilibrio, sin que se produzca desplazamiento "neto" del mismo.

·        Frecuencia.

Es  el número de veces que el tronco vibra por segundo, y en el vibrador de troncos este valor coincide con el número de giros por minuto que describen las masas excéntricas que hay dentro de la pinza  y son  movidas  por el motor hidráulico. La frecuencia se mide en hercios (Hz), en el caso  de la vibración de troncos de olivo la vibración  se considera  de alta frecuencia. El valor de la frecuencia,  depende de las revoluciones del motor  que mueve el o los contrapesos.

·        Amplitud de la vibración.

Es la distancia que se desvía el tronco desde su posición natural (reposo)     en cada vibración. La amplitud de la vibración, depende de la fuerza centrífuga del contrapeso que hace girar el motor hidráulico, y es proporcional (depende)  a la masa del contrapeso excéntrico. Si cambia la masa del contrapeso cambia la amplitud de la frecuencia.

Si se cambia la masa a una mayor o menor, se puede variar para más o  menos  la amplitud (el desplazamiento) de la vibración.

·        Vibraciones amortiguadas

Son aquellas en las que en cada ciclo,  pierden energía a lo largo y ancho del esqueleto de ramas del olivo. El olivo es uno de los árboles  frutales  que  oponen más  fuerte resistencia a ser vibrado, por la propia estructura del árbol que dificulta la transmisión de la vibración, esto hace que las características de la vibración en frecuencia y amplitud vayan disminuyendo a través del olivo desde el tronco hasta la aceituna. 

El  Olivo  es un tipo de árbol  de estructura poco rígida y el fruto  esta soportado en un pedúnculo largo y flexible (rama), la frecuencia natural  de la estructura heterogénea de ramas no es única, ello obliga  para conseguir un mayor % de derribo a realizar un barrido de frecuencias, modificando la velocidad de rotación del motor hidráulico, variando el régimen de funcionamiento del tractor. Las aceitunas presenta serias dificultades principalmente por la alta relación fuerza de retención/peso del fruto, así como por su localización en el olivo. “Hay aceitunas que aunque se rompa el olivo no van a caer”.

·        Frecuencia natural y resonancia.

Toda la materia tiene una frecuencia natural

 Si a un objeto material  ( olivo) se le envía una vibración con la misma frecuencia que su frecuencia natural, la energía  de esta  vibración  aportada potencia a la energía de la frecuencia natural del objeto – olivo , y la vibración  en esta frecuencia y solo en esta, tiene una amplitud   (desplazamiento) mucho mayor,  si se mantiene  la vibración aportada en la frecuencia natural , se acumulará cada vez más energía y la amplitud de la frecuencia ira aumentando,  pudiendo a llegar a  romper la materia (tronco o ramas de olivo)  cuando se supere su límite elástico,  a este efecto  se le conoce como resonancia. 

El sistema  vibrador – olivo, para un valor de 810 rpm  observamos un máximo de amplitud  que corresponde a la frecuencia natural  de vibración  del sistema vibrador – olivo, este valor es el de resonancia  y es en este y solo en este  valor de la vibración donde la amplitud es máxima , superado este valor   y  conforme los  valores  de rpm de los contrapesos de la pinza van creciendo la amplitud de la vibración  en mm  decrece y a valores de 1400 rpm se estabiliza.  Se observa en la grafica nº1 que la amplitud (desplazamiento) en la frecuencia de resonancia duplica a la amplitud del desplazamiento en la frecuencia  de  régimen.   . Se debe saber que en cada ciclo de  vibración  se pasa  por el valor de resonancia al arrancar y al parar  y para la integridad  del olivo  debe durar lo mínimo Este hecho lo debe conocer el operador del vibrador. 

 

Fig . Nº1  Grafica  de la amplitud de la vibración  con las rpm del motor de la pinza , se observa el pico de la resonancia a 810 rpm

 

Principios de funcionamiento del vibrador de troncos

·        Como se consigue  la vibración.

El principio de funcionamiento del vibrador de troncos  se basa en disponer de 1 o 2 masas girando alrededor de un eje de forma desequilibrada. Justo ese desequilibrado es el que genera la fuerza vibratoria. El giro de las masas lo genera un motor hidráulico, movido por  el aceite a presión  que impulsa una bomba  movida por la toma de fuerza del tractor.

Hoy  después de 60 años  del primer prototipo el diseño está muy “pulido,” y lo más normal es encontrar  dos tipos de vibrador, el  multidireccional y el orbital.

·        Vibrador multidireccional

 

El mecanismo que genera la vibración puede estar formado por dos rotores desequilibrados (masas radiales) que giran en sentidos contrarios y a diferente velocidad. El accionamiento de los ejes de los rotores se puede hacer a partir del movimiento generado en uno de ellos mediante un motor hidráulico, que lo comunica al otro rotor mediante poleas y correas trapezoidales, o bien con dos motores hidráulicos que actúan uno en cada rotor, en cuyo caso no es necesaria la transmisión por correa entre ellos. Este diseño se  viene utilizando desde mediados de los años 70.

 

Fig. Nº2 Contrapesos  de un vibrador multidireccional 

Los técnicos aseguran que el vibrador multidireccional consume menos potencia que el orbital aunque las tasas de derribo son similares. Para  derribar aceitunas de olivos grandes, parece que lo más conveniente es que el vibrador multidireccional se mueva en 40-60 direcciones diferentes lo que se denomina vibración en estrella

·        Vibrador orbital.

 Otra alternativa es utilizar un solo rotor con masa desequilibrada que produce una vibración radial, generando un movimiento del cabezal con el tronco del olivo de tipo circular, u orbital. Un solo motor hidráulico es suficiente para accionar este rotor, y modificando el régimen de rotación del motor (el caudal)  se cambia la frecuencia de la vibración en el árbol. Con los sistemas orbitales se pueden generar la vibración más próxima al tronco del árbol, con lo que se reduce el tamaño de la pinza

Comparando el comportamiento de los cabezales orbitales con los multidireccionales (estrella)  en las mismas condiciones de trabajo se observa algo mayor eficacia que los orbitales (10%) , pero demandan mayor potencia para su accionamiento (20- 30%) (Gil Ribes y Blanco (2002).

La preferencia actual es utilizar los vibradores orbitales ya que obtienen mejores resultados de derribo de aceituna en árboles de tamaño pequeño y mediano, que dando reservados los multidireccionales para árboles más grandes (Karim Kouraba 2005).

Si solo gira una masa excéntrica, la vibración es circular; es decir, el tronco es sometido a una especie de balanceo alrededor de su posición estática de reposo. Las maquinas que trabajan siguiendo este principio tienen la ventaja de una mayor simplicidad, ya que no solo eliminan una masa, sino que el motor hidráulico de accionamiento se instala directamente en el eje de la única masa giratoria, ahorrándose el tradicional sistema de poleas y correas de los vibradores en estrella. Este tipo de vibradores tienen menos averías mecánicas  y en la actualidad el agricultor  tiene preferencias  por este diseño.  

El movimiento circular produce constantemente el mismo balanceo, el cual podría no llegar con efectividad a algunas zonas del árbol. Un sistema que mantiene las ventajas de la vibración circular, pero haciendo que los 'círculos' sean diferentes de un momento a otro, es el que se consigue con dos masas excéntricas cuyos pesos y velocidades sean muy diferentes y giren en el mismo sentido. Con ese sistema se consiguen modelos de vibración donde el tronco está sometido a movimientos circulares, pero los círculos están situados en zonas diferentes en torno al punto central de reposo del tronco.

Tanto en los vibradores  multidireccional (estrella) como en el vibrador orbital  se puede jugar con la amplitud de la vibración modificando el peso de los contrapesos  (distancia que se desvía el tronco desde su posición natural) y la frecuencia (número de giros por minuto que describen las masas excéntricas) cambiando las rpm del motor  que  mueve los contrapesos.

En los últimos tiempos, la tendencia ha sido hacia un  progresivo aumento de la frecuencia y una pequeña disminución de la  amplitud. Si hace años, la mayoría de los vibradores hacían girar sus masas excéntricas a 1.400-1.500 rev/min, ahora es más frecuente encontrar velocidades de giro en torno a 1.800 rey/min.

Como podemos hacer cambiar la frecuencia del vibrado.

La frecuencia puede cambiar durante la operación  de vibrado,  la toma de fuerza  del tractor  puede cambiar  sus rpm a voluntad del maquinista. En un funcionamiento  normal  de régimen de trabajo , llega a 540 rpm cuando el motor del tractor esta en 2000 rpm; con el acelerador del tractor podemos cambiar las rpm de la toma de fuerza  y podemos hacer  que la bomba hidráulica gire más rápido o más lenta ,  esto hace que al motor hidráulico  del vibrador,  el que está en la pinza vibradora y mueve los contrapesos  , le llegue más o menos caudal de aceite y esto hace que las rpm del motor hidráulico de la pinza  sean más  o  menos  y esto hace  que cambie para más  o  menos  la frecuencia de la vibración ( nº de ciclos / segundo).

La bomba hidráulica  instaladas en el vibrador son de cilindrada constante, lo que significa que a cada vuelta que da, impulsa la misma cantidad de aceite, luego el caudal total de la bomba hidráulica (lit/seg) es proporcional a sus rpm (revoluciones) y las revoluciones de la bomba están controladas por la toma de fuerza del tractor.

En condiciones de régimen de vibración, el valor de la amplitud para valores de frecuencia (rpm/ seg) suficientemente grandes se estabiliza, siendo entonces función directa de la masa del contrapeso ( m), y de su radio de inercia ( r), y función inversa a la masa de la pinza vibradora y a la masa del árbol  ( Fig Nº1).

Aclaraciones:

La amplitud de la vibración responde a la formula  siguiente.

 Donde:  

m = masa  de los contrapesos de la pinza (kg); r = radio de los contrapesos en mm ;  Mv= masa de la pinza del vibrador  ; Ma= masa del árbol en kg

Interpretando la ecuación  podemos afirmar.  

A mayor masa de contrapeso (m) o radio (r), mayor será la  amplitud de vibraciones (S).

A mayor peso de la pinza (Mv) menos amplitud  de vibración (S)

A mayor peso del olivo (mayor tronco) (Ma) menos amplitud de vibración (S)

Es posible en un tipo de olivo determinado (plantaciones extensivas homogéneas), con un vibrador con una pinza de masa conocida, ajustar los valores de la masa del contrapeso (m) y del radio de inercia (r) para conseguir una amplitud de vibración con las características deseadas.