Calidad de los frutos, resistencia a los daños mecánicos

Las propiedades de los materiales pueden definirse como aquellas que se relacionan con el comportamiento de los mismos cuando se les aplican unas fuerzas. Un creciente interés por las propiedades mecánicas de frutos y hortalizas ha llevado a un gran desarrollo de las investigaciones con el objetivo de determinar estas propiedades. El estudio de las propiedades mecánicas de los productos hortofrutícolas puede realizarse bajo diferentes aspectos: determinación del momento óptimo de recolección, evaluación de la lectura, susceptibilidad a los daños mecánicos durante la recolección, el transporte y la manipulación, facilidad para el procesado y otros. Todos ellos son aspectos que intervienen de forma muy importante en la calidad de los productos, habiendo de entender como tal no solamente el sabor, el aspecto externo, la textura interna y resistencia a la masticación, etc., sino también otras importantes características, como la aptitud para efectuar la recolección y demás operaciones de transporte y transformación sin que haya que registrar pérdidas por falta de adecuación; de los frutos a las manipulaciones a que se les someten durante todo el proceso. Hay pocos métodos y técnicas ampliamente generalizados para determinar las propiedades mecánicas que afectan a la calidad de la frute}, por lo que los resultados obtenidos por un investigador rara vez pueden Compararse con los obtenidos por otro. Algunos ensayos de tipo estático para la determinación de la textura (penetración Magness-Taylor o compresión de probetas) han conseguido Generalizarse. Sin embargo, en el aspecto de las cargas rápidas o impactos, no existen métodos de ensayo bien conocidos y generalizados, siendo precisamente los impactos o golees una de las causas principales de las pérdidas de frutas por daños. El impacto se diferencia de una carga estática en el hecho de que las fuerzas creadas en la colisión se aplican y se retiran en un tiempo muy pequeño, del orden de 10 milésimas de segundo que es el «tiempo o duración del impacto». Varios investigadores han descrito el impacto como un fenómeno elasto-plástico, lo que supone que el fruto se comporta parcialmente como elástico y parcialmente como plástico; este comportamiento está ligado a la constitución del tejido: células de paredes resistentes, fundamentalmente elásticas, y citoplasma y vacuolas de naturaleza plástica o viscosa.

Daños mecánicos en manzana «Golden»

El sector nacional de frutos de pepita debe incrementar sus esfuerzos por mejorar la calidad de la fruta en lo relativo a los daños mecánicos, según concluye este estudio realizado en 72 comercios minoristas de Madrid.

Control y reducción de daños mecánicos en la manipulación de frutos cítricos

Durante las operaciones de recolección, transporte y manipulación de frutas y hortalizas se producen inevitablemente lesiones que progresivamente se acumulan sobre cada uno de los frutos, resultando disminuida su calidad, y por tanto su valor comercial. Los mercados actuales, tanto nacionales como internacionales, demandan frutas de alta calidad. Uno de los aspectos que constituyen esa calidad es la apariencia externa del producto, y dentro de ésta la ausencia de daños mecánicos, heridas, defectos de coloración etc. Es por tanto necesario revisar todos aquellos factores y procesos que afectan al producto, desde el momento de la recolección hasta la llegada del producto a manos del consumidor, con el fin de reducir las cuantiosas pérdidas (alrededor del 20% de la cosecha), debidas a la aplicación de diferentes tipos de cargas mecánicas (impacto, compresión, fricción, etc) a lo largo de los procesos, y mejorar el aspecto externo del fruto. Son bien conocidas las consecuencias del estado actual de los procesos de recolección y post-recolección a nivel de fruto. Cuando un fruto es sometido reiteradamente a cargas mecánicas exteriores, éste induce una respuesta fisiológica de autodefensa y, como consecuencia, puede desencadenar en los tejidos cambios tales como envejecimiento acelerado, degeneración y degradación. Todas estas reacciones redundan indiscutiblemente en las pérdidas de calidad arriba mencionadas. Una vez definido el problema, es necesario conocer en detalle las causas, los procesos en si mismos, ser capaces de detectar los puntos potencialmente peligrosos en los que los frutos están expuestos a impactos, compresiones y otras situaciones de estrés mecánico, cuestión que hasta hace poco ha sido mal resuelta. Hasta ahora la detección y caracterización de los puntos críticos se venía realizando de un modo intuitivo, basado en la simple observación de la ejecución de las operaciones por parte del responsable de cada proceso. Actualmente, con la ayuda de los frutos electrónicos simulados, es posible realizar la evaluación de cualquier procedimiento de forma rápida, precisa y objetiva. El desarrollo de los frutos electrónicos viene a cubrir una demanda del sector, tanto de los productores como de los agentes de comercialización, que necesitaban un método objetivo para la evaluación de los procedimientos y líneas de manipulación. Agencias de extensión agraria y algunas cooperativas han mostrado interés por estos dispositivos, empleándolos para la detección de puntos críticos en sus instalaciones. Incluso algunos agentes de grandes cadenas de supermercados han empezado a solicitar "certificados de calidad" de las líneas que manipulan los productos que ellos comercializan como garantía de su calidad.

Reducción de daños mecánicos en la manipulación de frutas

Los daños mecánicos producidos sobre la fruta siguen siendo un problema durante los procesos de recolección y postrecolección. Existen procedimientos de medida de las causas y localización de dichos daños, para diagnosticar el estado de los equipos de manipulación en este aspecto concreto. También es posible medir la resistencia de la fruta a los golpes con procedimientos de laboratorio. Se presentan algunas soluciones para los problemas más frecuentes detectados en líneas de manzana, melocotón y cítricos.

Los medios mecánicos y las técnicas de la ingeniería

A pesar los graves condicionamientos socio-económicos y energéticos, se observa una demanda creciente de medios mecánicos y de sofisticación de los mismos, a nivel mundial. Los años 60 suponen un importante empuje en el desarrollo de medios mecánicos, siendo el momento de despegue de la U.C. Davis con el Dept. of Agricultural Engineering. En este momento se establece la llegada de Ingenieros y Científicos agrarios españoles a California. Los programas de colaboración desde aquel momento hasta hoy impulsan varios de los avances desde nuestro punto de vista más importantes en la mecanización de la agricultura española, recolección de frutos con vibradores; sistema mecanizado integrado de producción de lechugas, siembra y recolección mecánica del tomate para industria y producción y utilización de biogás a partir de residuos agrícolas. Otros temas más recientes tratan de dar respuesta a nuevos problemas como: sistemas más económicos y apropiados de laboreo del suelo, evaluación de la calidad de frutas y hortalizas, recolección y manejo no destructivos de frutos. Se incorpora cada vez más una visión sistemática e integrada de la mecanización agraria. La interacción entre los materiales biológicos, los medios mecánicos y el hombre es apreciada como un todo, el cual tiende a desarrollarse de forma unificada.

Análisis de la influencia de los diferentes parámetros de diseño en la aparición de fatiga superficial en contactos mecánicos

La fatiga superficial es uno de los principales problemas en las transmisiones mecánicas y es uno de los focos de atención de las investigaciones de los últimos anos en Tribología. La disminución de viscosidad de los lubricantes para la mejora de la eficiencia, el aumento de las potencias a transmitir, el aumento de la vida de los componentes o la mejora de su fiabilidad han supuesto que los fenómenos de fatiga superficial hayan cobrado especial relevancia, especialmente los fenómenos de pitting y micropitting en cajas multiplicadoras/reductoras de grandes potencias de aplicación, por ejemplo, en el sector eólico. Como todo fenómeno de fatiga, el pitting y micropitting son debidos a la aplicación de cargas ciclicas. Su aparición depende de las presiones y tensiones cortantes en el contacto entre dos superficies que al encontrarse en rodadura y deslizamiento varian con el tiempo. La principal consecuencia de la fatiga superficial es la aparición de hoyuelos de diferente magnitud segun la escala del fenómeno (pitting o micropitting) en la superficie del material. La aparición de estos hoyuelos provoca la perdida de material, induce vibraciones y sobrecargas en el elemento que finalmente acaba fallando. Debido a la influencia de la presión y tensión cortante en el contacto, la aparición de fatiga depende fuertemente del lubricante que se encuentre entre las dos superficies y de las condiciones de funcionamiento en las cuales este trabajando. Cuando el contacto trabaja en condiciones de lubricacion mixta-elastohidrodinamica tiende a aparecer micropitting debido a las altas tensiones localizadas en las proximidades de las asperezas, mientras que si el régimen es de lubricación completa el tipo de fatiga superficial suele ser pitting debido a las tensiones mas suavizadas y menos concentradas. En esta Tesis Doctoral se han analizado todos estos factores de influencia que controlan el pitting y el micropitting prestando especial atención al efecto del lubricante. Para ello, se ha dado un enfoque conjunto a ambos fenómenos resolviendo las ecuaciones involucradas en el contacto elastohidrodinamico no-Newtoniano (la ecuación de Reynolds, la deformación elástica de los sólidos y la reologia del lubricante) para conocer la presión y la tensión cortante en el contacto. Conocidas estas, se resuelve el campo de tensiones en el interior del material y, finalmente, se aplican criterios de fatiga multiaxial (Crossland, Dang Van y Liu-Mahadevan) para conocer si el material falla o no falla. Con la metodología desarrollada se ha analizado el efecto sobre las tensiones y la aparición de la fatiga superficial del coeficiente viscosidad-presion, de la compresibilidad, del espesor especifico de película y de la fricción así como de la influencia de las propiedades a fatiga del material y de las condiciones de funcionamiento (radios de contacto, velocidad, deslizamiento, carga y temperatura). Para la validación de los resultados se han utilizado resultados teóricos y experimentales de otros autores junto con normas internacionales de amplia utilización en el mundo industrial, entre otras, para el diseño y calculo de engranajes. A parte del trabajo realizado por simulación y cálculo de los diferentes modelos desarrollados, se ha realizado un importante trabajo experimental que ha servido no solo para validar la herramienta desarrollada sino que además ha permitido incorporar al estudio factores no considerados en los modelos, como los aditivos del lubricante. Se han realizado ensayos de medida del coeficiente de fricción en una maquina de ensayo puntual con la que se ha validado el cálculo del coeficiente de fricción y se ha desarrollado un proceso de mejora del coeficiente de fricción mediante texturizado superficial en contactos puntuales elastohidrodinamicos mediante fotolitografia y ataque quimico. Junto con los ensayos de medida de fricción en contacto puntual se han realizado ensayos de fricción y fatiga superficial en contacto lineal mediante una maquina de discos que ha permitido evaluar la influencia de diferentes aditivos (modificadores de fricción, antidesgaste y extrema-presion) en la aparición de fatiga superficial (pitting y micropitting) y la fricción en el contacto. Abstract Surface fatigue is one of the most important problems of mechanical transmissions and therefore has been one of the main research topics on Tribology during the last years. On the one hand, industrial demand on fuel economy has led to reduce lubricant viscosity in order to improve efficiency. On the other hand, the requirements of power and life of machine elements are continuously increasing, together with the improvements in reliability. As a consequence, surface fatigue phenomena have become critical in machinery, in particular pitting and micropitting in high power gearboxes of every kind of machines, e.g., wind turbines or cranes. In line with every fatigue phenomena, pitting and micropitting are caused by cyclic loads. Their appearance depends on the evolution of pressures and shear stresses with time, throughout the contact between surfaces under rolling and sliding conditions. The main consequence of surface fatigue is the appearance of pits on the surface. The size of the pits is related to the scale of the fatigue: pitting or micropitting. These pits cause material loss, vibrations and overloads until the final failure is reached. Due to the great influence of the pressures and shear stresses in surface fatigue, the appearance of pits depends directly on the lubricant and the operating conditions. When the contact works under mixed regime (or under elastohydrodynamic but close to mixed regime) the main fatigue failure is micropitting because of the high pressures located near the asperities. In contrast, when the contact works under elastohydrodynamic fully flooded conditions the typical fatigue failure is pitting. In this Ph.D. Thesis, the main factors with influence on pitting and micropitting phenomena are analyzed, with special attention to the effect of the lubricant. For this purpose, pitting and micropitting are studied together by solving the equations involved in the non-Newtonian elastohydrodynamic contact. Thus, pressure and shear stress distributions are found by taking into account Reynolds equation, elastic deflection of the solids and lubricant rheology. Subsequently, the stress field inside the material can be calculated and different multiaxial fatigue criteria (Crossland, Dang Van and Liu- Mahadevan) can be applied to predict whether fatigue failure is reached. The influences of the main parameters on pressure and surface fatigue have been studied, taking into account the lubricant compressibility and its viscosity-pressure coefficient, the specific film thickness, the friction coefficient and the fatigue properties of the contacting materials, together with the operating conditions (contact radius, mean velocity, sliding velocity, load and temperature). Several theoretical and experimental studies of different authors have been used to validate all the results obtained, together with international standards used worldwide in gear design industry. Moreover, an experimental stage has been carried out in order to validate the calculation methods and introduce additional influences not included previously, e.g., lubricant additives. The experimentation includes different friction tests in point contacts performed with a tribological equipment in order to validate the results given by the calculations. Furthermore, the reduction and optimization of the friction coefficient is analyzed by means of textured surfaces, obtained combining photolithography and chemical etching techniques. Besides the friction tests with point contact, friction and surface fatigue tests have also been performed with line contact in a tribological test rig. This equipment is also used to study the influence of different types of additives (friction modifiers, anti-wear and extreme-pressure additives) on surface fatigue (pitting and micropitting).

Daños mecánicos en frutos de manzanas del cv. "Golden Delicious" tratadas con calcio.

Se han realizado tres ensayos con manzanas del cv. "Golden Delicious" procedentes de Lérida que diferían en sus tratamientos de calcio, siempre manteniendo un testigo sin tratar. En un primer ensayo se comparan manzanas tratadas con no tratadas; en el segundo se comparan manzanas tratadas en pre y post cosecha y en un tercero se comparan tratamientos en precosecha con CaCl2 y quelatos. Todos los frutos han sido sometidos a ensayos de impacto, corte y penetración. Se discute la posibilidad de que estos tratamientos mejoren la resistencia a los daños y la calidad.

Ensayos mecánicos en variedades de albaricoque.

Ensayos de laboratorio realizados en la campaña de 1990 sobre muestras de cinco variedades de albaricoque han sido efectivos para establecer los procedimientos más idóneos aplicables para determinar la susceptibilidad de, estos frutos a los daños mecánicos. Se demuestra que pueden establecerse y determinarse las propiedades mecánicas que diferencian a unas variedades de otras, las cuales son responsables de las correspondientes diferencias en la resistencia a la manipulación y al transporte de estos frutos, obteniendo unos resultados significativos para cinco variedades ensayadas.

Segregación de variedades de albaricoque y de sus estados fisiológicos de madurez mediante ensayos mecánicos.

Ensayos de laboratorios de compresión y punción cuasiestáticas realizados: en las campañas 1.990-1.991 sobre muestras de doce variedades de albaricoque, evidencian la posibilidad de establecer una segregación de las variedades en base a sus propiedades mecánicas. Dichas características pueden a su vez relacionarse con el estado fisiológico de los frutos a través de sus índices de emisión de etileno. Por otra parte, se confirma la punción como prueba de menor variabilidad, y los valores en N/mm deformado recogidos en este ensayo demuestran una elevadísima correlación con la resistencia a compresión por mm de deformación y la magulladura producida en el fruto.

Análisis de elementos mecánicos para reducir daños a la fruta en líneas de manipulación.

En una línea experimental de manipulación de fruta, diseñada e instalada en el Departamento de Ingeniería Rural de la Universidad Politécnica de Madrid, fue estudiado el diseño correcto de la estructura de las cintas transportadoras y la regulación y eficacia de elementos deceleradores (cepillo y cortina), con el objetivo de reducir el daño infringido a la fruta, utilizando dos frutos electrónicos IS 100 (8.8 cm Ø y 6.2 cm Ø). Los resultados mostraron que las intensidades de impacto registradas por los frutos electrónicos en los puntos de transferencia pueden ser reducidas (hasta un 53%) utilizando elementos deceleradores bien regulados. El tamaño de la fruta a manipular y el diseño del punto de transferencia deben ser analizados para llevar a cabo una correcta regulación del elemento decelerador. Por otro lado, la ubicación de rodillos estructurales bajo cintas transportadoras en los puntos de transferencia debe ser evitada con el fin de reducir la intensidad del impacto recibido por la fruta.

Línea experimental de manipulación de fruta con el objetivo de mejorar elementos mecánicos para reducir daños.

Ha sido diseñada e instalada en el Departamento de Ingeniería Rural de la Universidad Politécnica de Madrid una línea experimental de manipulación de fruta con el objetivo de mejorar elementos mecánicos y condiciones de manipulación para reducir daños a la fruta. La línea experimental consta de varias cintas transportadoras, un transportador de rodillos, un calibrador de diábolos, un elevador, un alineador y tres bandejas de salida para la fruta calibrada. La línea tiene una longitud de 6.15 m y una anchura de 1.9 m. Los diferentes elementos de la línea están accionados por motores eléctricos con velocidad variable controlada electrónicamente. La altura de los puntos de transferencia es variable y puede ser modificada con facilidad. La línea experimental ha sido calibrada utilizando dos frutos electrónicos IS 100 (8.8 cm Ø y 6.2 cm Ø). Los impactos registrados por los frutos electrónicos permanecen por debajo de 80 g's en todos los puntos de transferencia.