Referencia

Introducción

El transporte carretero es el principal medio de movilización de los productos agrícolas. Sin embargo, uno de los aspectos del transporte que en ocasiones adquiere primordial importancia es la generación de daño a los productos, principalmente del tipo perecedero, debido a las condiciones en que se realiza su transportación.

Un producto agrícola perecedero es aquel que una vez que alcanza un nivel de madurez o desarrollo fisiológico, tiene un periodo de tiempo aprovechable relativamente corto después de ser cosechado, a lo largo del cual sus cualidades físico - químicas van alterándose y degradándose, hasta llegar a un estado de deshecho parcial o total.

Aún cuando el producto ya ha sido preparado para su transporte, empacado y sujeto para brindarle protección, éste no está exento de sufrir daños. Las características del vehículo de transporte, de la carretera y del medio, dan lugar a un movimiento oscilatorio, lateral y vertical, que se transmite hacia la carga. Este movimiento de vaivén genera en ésta un estado de vibraciones que pueden inducir daño mecánico en distintos grados, pudiendo llegar a ser severo, dependiendo del tipo de producto, del envase, del ambiente en el que se realiza el transporte y del vehículo que lo transporta.

Se considera daño mecánico a cualquier lesión que altere la forma, el tamaño, el color o las propiedades físicas del producto. Aunque no todos los productos agrícolas presentan la misma susceptibilidad a sufrir daño mecánico o fisiológico durante su transportación, algunos productos hortofrutícolas como tomate, fresa, naranja, papa, flores, entre otros, se exponen a sufrirlo bajo determinadas condiciones físicas. Las actividades de cosecha y manejo post-cosecha son origen de distintos factores mecánicos que propician daños, acortando la vida de anaquel e incrementando el nivel de pérdidas.

De acuerdo al tipo de interacción con sus alrededores, los daños mecánicos que puede sufrir un producto agrícola se clasifican de tres formas: por fricción, por impacto o por compresión. La fricción resulta del movimiento del producto contra objetos adyacentes, dando lugar a una abrasión superficial. El impacto se refiere al choque entre frutos o contra las paredes o piso del contenedor del producto, sobre todo cuando no hay restricción de movimiento vertical, pudiendo ocasionar la ruptura de tejidos. La compresión se presenta debido a la presión que ejercen frutos u objetos en capas superiores, principalmente cuando el producto se transporta a granel.

Los estudios que se han desarrollado para tratar de evaluar y reducir este tipo de daños son escasos, especialmente en México. Sin embargo, se sabe que el manejo rudo de los frutos produce cambios en su metabolismo y en el proceso de maduración, además de propiciar condiciones para el desarrollo de microorganismos que demeritan su calidad nutricional y su presentación.

La necesidad de evaluar los efectos de los sistemas de transporte sobre la calidad y la vida de los productos agrícolas, también ha sido identificada por algunos investigadores en otras partes del mundo. Así, se han desarrollado modelos globales de carretera-vehículo-carga para predecir el daño mecánico de los productos durante el transporte, los cuales incluyen características de los tres elementos que tienen efecto en la generación y en el proceso de daño. Ejemplo de estas características son el perfil de la carretera, las propiedades mecánicas de las llantas, de la suspensión y del bastidor del vehículo, así como el tipo de producto, del empaque y de la forma de embarque (individualizado o granel). También se han elaborado dispositivos electrónicos que representan las características físicas de frutos, como forma, densidad y tamaño, con objeto de estudiar la interacción del fruto con el medio físico y determinar de manera cuantificable el efecto de esa interacción sobre el daño infringido al mismo.

En este artículo se remarca la importancia que tiene el proceso de transporte de productos agrícolas por carretera, especialmente del tipo perecedero, en la alteración de sus cualidades físicas y mecánicas, particularmente las debidas a la vibración. Se describe, brevemente, el desarrollo general del proceso de medición de vibraciones y su aplicación en la determinación de daño a productos agrícolas. Se enfatiza también la simulación de la vibración, tanto por medio de programas de cómputo para modelar vehículos y su sistema de suspensión, como por la reproducción de patrones de vibración empleando equipo de laboratorio. Finalmente, se presenta la combinación de la simulación numérica y de las pruebas de laboratorio para identificar preliminarmente la relación daño mecánico – vibración. Esta combinación se ejemplifica con estudios breves de vibración de frutos, como aguacate, tomate y fresa.

Vibración en vehículos de autotransporte

La vibración se define como aquel movimiento oscilatorio o de vaivén, que experimenta un cuerpo en una misma trayectoria aparente. Este movimiento presenta cierta periodicidad, es decir, que se repite en el tiempo con todas sus características geométricas.

La forma más sencilla de un movimiento vibratorio es un movimiento oscilatorio, denominado vibración armónica, representado por una gráfica senoidal (Figura 1). Este movimiento simple tiene parámetros constantes bien definidos, conocidos como amplitud y periodo. Así, la amplitud se refiere al valor máximo de la magnitud del movimiento armónico desde su posición de equilibrio, el cual puede representarse como un desplazamiento, una velocidad o una aceleración. El periodo se refiere al tiempo necesario para completar un ciclo completo del movimiento, esto es, una oscilación completa.

Figura 1. Representación de la función senoidal y sus parámetros principales

La mayor parte de la vibración vertical que se transmite a la carga proviene de la interacción de las llantas con la superficie del pavimento. Esquemáticamente, esta vibración se transmite de las llantas a los ejes, de los ejes a los mecanismos de suspensión, de la suspensión a la base del bastidor y, del bastidor a la carga. Sobresale la participación del sistema de suspensión, el cual amortigua amplitudes y frecuencias, reduciendo la intensidad del movimiento que recibe el bastidor. Sin embargo, la carga puede ser susceptible a las frecuencias y amplitudes resultantes, dadas las características mecánicas de los productos y sus sistemas de empaque.

Transmisión de la vibración

Los fenómenos dinámicos, productores de la vibración que se presenta en un vehículo, son complicados por la cantidad de variables involucradas; tanto por diseño, como por la operación del mismo.

La vibración en un vehículo puede ser considerada como una respuesta a una excitación de entrada (Figura 2). Esta respuesta es la que determina la magnitud y dirección de las vibraciones que experimentan la caja y la cabina del vehículo. Las fuentes de excitación que generan estas vibraciones generalmente se deben a la rugosidad de la carretera, a las características propias del camión (motor, presión de inflado y tipo de neumáticos, rigidez del bastidor, etc.), así como la forma de manejo del operador.

Medición Experimental de la Vibración

Con objeto de conocer las condiciones reales de la vibración a la que están expuestos los productos perecederos, es necesario realizar mediciones durante su transporte.

Figura 2. Sistema de generación de vibraciones en el vehículo

La medición de los niveles de vibración a los que se exponen los productos transportados, se obtiene a partir de un registro del desplazamiento, de la velocidad o de la aceleración en puntos estratégicos, utilizando un conjunto de instrumentos y dispositivos de almacenamiento y registro para su posterior análisis. Este proceso de medición y registro se denomina, de manera genérica, adquisición de datos (Figura 3).

Figura 3. Esquema general de un sistema de adquisición de datos de vibración

Acelerómetro

Para el caso específico de medición de vibraciones, se requiere medir la magnitud del movimiento a que esté sujeto el punto de interés, así como su variación en el tiempo en una determinada dirección. Esta magnitud de medición puede ser el desplazamiento, la velocidad o la aceleración, entendiendo que unas y otras se pueden obtener a través de una diferenciación o integración numérica. En vibraciones, la aceleración es normalmente la magnitud que se mide, para lo cual se hace uso de sensores de movimiento llamados acelerómetros. Estos acelerómetros son fundamentalmente la aplicación de un sistema encapsulado masa-resorte, cuyas características dinámicas son conocidas.

Acondicionador y amplificador

Un acelerómetro no funciona por sí solo. Para que el acelerómetro pueda ser empleado necesita ser alimentado eléctricamente, es decir, estar energizado para tomar un nivel de referencia sobre el cual se consideren las variaciones eléctricas asociadas a los cambios de aceleración.

Además de una fuente de alimentación, se requiere de un dispositivo que convierte la señal eléctrica generada por el acelerómetro en una señal de voltaje, amplificada a un nivel de resolución tal, que permita dar la continuidad adecuada a los requerimientos de la medición. También, la señal debida a la vibración mecánica debe ser aislada y filtrada de otras señales ajenas para obtener mayor exactitud en la medición. Más aún, la señal proporcionada por el acelerómetro debe ser optimizada y ajustada al intervalo de valores de entrada de la tarjeta de adquisición.

Tarjeta de adquisición

Una vez obtenida la señal en un intervalo adecuado de voltaje, ésta se hace pasar a través de una puerta electrónica que la reconoce y la transfiere al medio de control para la visualización, registro y almacenamiento. Esta puerta es la tarjeta de adquisición, que puede manejar tanto entradas analógicas como digitales, dependiendo de sus características de fabricación. La tarjeta de adquisición puede colocarse dentro o fuera de una computadora, o ser parte integral de la misma, en el caso de un equipo especializado.

Computadora

El uso de equipo de cómputo en el proceso de medición de vibraciones, transforma la computadora personal y el equipo especializado para la adquisición de datos en un sistema completo de adquisición, análisis y despliegue gráfico. La unidad principal de procesamiento de una computadora permite controlar y automatizar el proceso de adquisición, a través de software especializado de control de la señal de los instrumentos y de la tarjeta de adquisición. Además, dirige la señal para ser desplegada en pantalla o para ser almacenada en una base de datos.

Simulación de la vibración

La simulación de la vibración, ya sea a través de un programa de cómputo o de equipo de vibración en laboratorio, permite tener condiciones controladas del proceso de vibración. Estas condiciones ayudan a identificar intervalos de frecuencias y amplitudes a las que los perecederos agrícolas estén expuestos durante el transporte y, a la vez, identificar aquellas con posibilidad de producir daño mecánico.

La simulación en laboratorio puede dar continuidad a los estudios realizados a través de equipo y programas computacionales, o de datos generados a través de mediciones de vibración en campo. La ventaja de ejecutar pruebas de vibración en laboratorio, es la capacidad de controlar los patrones de vibración, tanto individuales como combinados, tomados de mediciones sobre un vehículo en condiciones de operación reales.

Ejemplo breve de vibración de perecederos

Algunas investigaciones sobre vibración en transporte han mostrado que las primeras frecuencias de los vehículos pesados son menores a 25 Hz. Con el propósito de ilustrar la aplicación de la simulación de vibraciones en laboratorio, se presentan los aspectos generales de un estudio preliminar de vibración en perecederos, en el que se combinaron datos de amplitud de la aceleración, obtenidos a través de la simulación del tipo de suspensiones en un vehículo unitario C3 y en un vehículo articulado T3S2. Para ejecutar las pruebas de laboratorio se seleccionaron frecuencias de 10 Hz y 20 Hz, con amplitudes de vibración de 5 mm y 10 mm de desplazamiento. Estas pruebas se aplicaron a frutos como tomate, aguacate y fresa transportados a granel en contenedores de plástico.

Después de que los frutos hubieron sido sometidos a vibración, se midió su capacidad de resistencia al aplastamiento, empleando un dispositivo simple para medir su deformación diametral al aplicar una carga de compresión.

Además de someter a vibración los frutos a granel, se realizaron pruebas sobre frutos individuales, para observar el efecto de la interacción de éstos contra las paredes del recipiente contenedor y evaluar el daño unitario.

Un ejemplo de resultados del tiempo de exposición a la vibración, necesario para obtener la ruptura del fruto, se presenta en la Tabla 1.

Para determinar completamente el daño que sufren los frutos perecederos por vibración durante el transporte, es necesario realizar pruebas adicionales de tipo bioquímico, en los que se evalúen las características fisiológicas de los frutos. Sin embargo, los resultados de las pruebas de vibración mecánica, pueden ser un criterio para considerar, con base en la apariencia del fruto, si éste ha sufrido un daño de moderada magnitud.

Tabla 1. Resultados del tiempo de ruptura de algunos frutos sometidos a vibración

Conclusiones

En México, los productores agrícolas desconocen, de manera general, el tipo de daño que se ocasiona durante el transporte. Sin embargo, la vibración de los vehículos es promotora del deterioro mecánico de los productos. En algunos casos, estas alteraciones repercuten en el proceso normal de maduración de frutos y hortalizas.

El mayor volumen de mermas en los productos agrícolas se da en las actividades de post-cosecha. Además del manejo durante la cosecha y la selección y empaque de los productos, la distribución de los mismos en los que participa el transporte representa un amplio porcentaje de dichas mermas.

La vibración de los vehículos se debe principalmente al movimiento relativo de los componentes del vehículo, a las maniobras de conducción, a la interacción con la superficie del camino y a las condiciones del medio ambiente. El sistema de suspensión de los vehículos atenúa y modifica los patrones de vibración transmitidos hacia la carga y los pasajeros.

Finalmente, conocer el proceso de daño, debido a las vibraciones mecánicas, permite proponer alternativas para la disminución o eliminación del daño sufrido durante el transporte y, de esta manera, incrementar la calidad de frutas y hortalizas.

Manuel FABELA
José HERNÁNDEZ
David VÁZQUEZ
Alejandro LOZANO
Síntesis de la Publicación Técnica No. 188, “Vibración durante el transporte y su efecto en perecederos.
Enfoque introductorio”, elaborada por los mismos autores, los tres primeros investigadores del Instituto
Mexicano del Transporte y, el último, asesor externo. La edición del presente artículo fue elaborada por
José Antonio ARROYO
y Alejandra GUTIÉRREZ
investigadores del mismo instituto