MECANIZACIÓN HORTÍCOLAS

Para un futuro que permita un manejo diferenciado del producto tanto en el campo como en la industria

La agricultura de precisióny las TICs en la recolecciónmecanizada de tomateLas tecnologías de la informa-ción y la electrónica avanzada seestán implantando en la maqui-naria agrícola de forma genera-lizada, y la recolección mecani-zada del tomate ofrece intere-santes retos a resolver.

C. Valero Ubierna', B. Diezma Iglesiasl,L. M. Navas Gracia', G. Ruiz Ruiz',

J. L. Llerena Ruiz', D. Andújar Sánchez°.'Universidad Politécnica Madrid, Universidad de Valladolid,3CTAEX,"CCMA-CSIC.

El control de la calidad del producto que entra a la fábrica se realiza mediante muestreo a los remolques quellegan del campo.

E

isector agroindustrial del tomate pro-cesado español tiene una importan-cia económica y un reconocimientomundial de primer orden. España

(fundamentalmente Extremadura, Navarra yAndalucía) es el sexto país productor a nivelmundial, tras EE.UU. (California), China, Italia,Irán y Turquía. El periodo de recolección tienelugar desde mediados de julio hasta fi nalesde septiembre, muy intensificado duranteagosto. En lo relativo a la transformación enpuré de tomate, la región extremeña ocupala primera posición europea, ya que procesano sólo el tomate local sino el de otras re-giones limítrofes.

El sector del tomate de industria ha estadosujeto a varias reformas en los últimos años.En 2001 tuvo lugar una reforma en la que seestablecieron cupos de producción por país:debido a ello y teniendo en cuenta el asignadoa España, 1.127 miles de t (lo que se veníaproduciendo en España hasta entonces), se

produjo en Extremadura un aumento desme-surado del número de fábricas para transfor-mar tomate, especialmente por parte de lasOPFHs (organizaciones de productores de fru-tas y hortalizas, veinte en el caso de la regiónextremeña) que decidieron montar sus propiasindustrias (quince entre Badajoz y Cáceres).

A partir de ese año, y con el objeto de quetodas las fábricas de Extremadura fueran renta-bles, se fue aumentando la producción paula-tinamente, sobrepasando el umbral fijado pa-ra España. Durante estos años no se aplicó pe-nalización alguna a España por sobrepasar elumbral, debido a que otros países productoresno alcanzaban sus propios umbrales y así secubría la producción mundial prevista. Pero en2004 todos los países productores obtuvieronexcelentes cosechas, y además China contri-buyó a la producción mundial con un gran vo-lumen, por lo que se empezaron a aplicar laspenalizaciones a España por superar el umbral,ocurriendo lo mismo en 2005, cuando aún se

agravó más la situación, al producir Españauna cifra récord de 2,5 millones de t, que secorrespondían con 29.600 ha de cultivo. Conestas grandes producciones de 2004 se satu-ró el mercado a nivel mundial, existiendo stockde producción en todas las industrias, lo quellevó a la caída del precio del producto y portanto de la cuantía recibida por el agricultor.Esto se constató en la campaña de 2005 y apartir de 2006 se redujo la superficie cultivaday la producción, hasta 2008, en la que bajóhasta 23.637 ha y 1,5 millones de toneladas.La nueva situación de los mercados mundia-les, así como el desacoplamiento propiciaronque en 2009 se cultivaran 26.056,65 ha y laproducción obtenida fuese de 1.922.585,9 t,es decir, casi 2 millones de t. Las previsionespara 2010 son al alza en cuanto a superficiecultivada, aunque se estima que los contratosse cerrarán con precios más bajos que los delas últimas campañas (CTAEX Observatoho del

tomate, 2009).

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El fruto electrónico, una vez programado, se introduce en la maquinaria agrícola y va registrando en tiemporeal los impactos que sufre, el momento del impacto y su magnitud (imagen EPSH-UZa).

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En la campaña 2008 entró en vigor la re-forma de la OCM del tomate, y con ello el des-acoplamiento parcial de las ayudas. Lo quesignifica que el agricultor percibió 1.138 € porhectárea cultivada de tomate de industria, co-mo ayuda. Aparte de esta ayuda, los agriculto-res recibieron en 2008 por cada tonelada detomate entregada en fábrica la cantidad de 75€ (0,075 €/kg). con unos rendimientos porhectárea medios de 62,22 Ola. La campaña2009 supuso un aumento importante de ren-dimiento 73,71 t/ha y un leve aumento delprecio percibido por los agricultores 76 €/t,aunque las ayudas que percibieron los agri-cultores se redujeron a 793,11 €/ha.

A lo largo de estos años se han introdu-cido mejoras sustanciales en lo concernienteal cultivo y al proceso de transformación deltomate de industria. No obstante, y dada latendencia a la disminución de las ayudas porparte de Europa, es obligado reorientar laproducción de tomate, de forma que estecultivo sea más competitivo. Desde este pun-to de vista, la automatización de las tareasde la recolección mecanizada, la optimiza-ción de las capacidades de trabajo de losmedios mecánicos (tractores, cosechadoras,remolques), el control de la calidad y la pro-ducción en el mismo momento de la recolec-ción (en lugar de la supervisión visual diferi-da), y la gestión de toda esa nueva informa-ción obtenida mediante tecnologías de lainformación (TIC) puede ser el punto de ori-gen de una nueva filosofía productiva, máseconómica, más eficiente y más respetuosacon el medio ambiente.

Frutos electrónicospara la toma de muestras

Durante la recolección mecánica, los to-mates sufren daños mecánicos que puedendar lugar a heridas que facilitan la entradade patógenos y reducen su vida comercial.Éste es uno de los puntos críticos de la reco-lección mecanizada de tomate.

Los estudios de las cosechadoras de to-mate para localizar los elementos en los quese producen daños en el material vegetal,son una constante en la investigación de lamaquinaria agrícola desde los años 60 delpasado siglo. Entonces, las investigacionesse limitaban a la toma de muestras de toma-te en las diferentes partes de la cosechado-

CUADRO I.Valores medios de los impactos registradospor el fruto electrónico en las cosechadoras detomate.

•DuraaWdelimpacto (ms)

Valor del pico d—e-1

aceleración (g)

1 2,33 118,81

2 2,94 97,59 1

Fuente: Arazuri y col. 2001.

ra, para posteriormente, realizar una clasifi-cación en función del número de frutos ente-ros, rajados o rotos. Sin embargo, los impac-tos que los tomates recibían durante su pasoa través de la cosechadora eran difíciles deanalizar, dada la inaccesibilidad de las distin-tas partes de la máquina durante su funcio-namiento. La utilización de los llamados fru-tos electrónicos para la caracterización de lasdistintas partes de la máquina y de los pun-tos de transferencia entre elementos, ha su-puesto un salto cualitativo que permite laclasificación de las cosechadoras atendiendoa su agresividad con el material vegetal. Enesto ha sido pionero el grupo de Mecaniza-ción Agraria de la Universidad Pública de Na-varra (S. Arazuri y col., 2001), que desde1999 trabaja en la evaluación del funciona-miento de diversos modelos de cosechado-ras de tomate.

Los frutos electrónicos se introducen den-tro de la cosechadora como si fuesen un fru-to más. Su forma esférica hace que se ase-mejen a un fruto real y en su interior disponende un acelerómetro triaxial que registra la in-

tensidad de los impactos recibidos. Ademásposee un microprocesador, una memoria, unreloj y una batería interna recargable, lo quepermite identificar las zonas de las máquinasdonde dichos impactos se han producido.

Es de interés referir aquí un breve resu-men de los resultados publicados por el gru-po de la Universidad Pública de Navarra sobrelos ensayos con frutos electrónicos IS-100 de64 mm de diámetro. Se distinguen dos zonasen las cosechadoras: la primera comprende elpeine, el separador y parte de la cinta de se-lección, y la segunda, el final de la cinta deselección, el elevador y la descarga sobre elpalot o la bañera. Atendiendo a la duraciónde los impactos (menor duración, mayor agre-sividad) y al valor del pico de aceleración ex-presado en g, esto es, número de veces laaceleración de la gravedad (valores supehoresa 50 g causan daños en los tomates), se con-cluye que la intensidad de los impactos essignificativamente superior en la primera zonade la cosechadora. En el cuadro 1 se recogenlos valores medios de estos parámetros deimpacto para cada zona de la máquina.

El análisis del material vegetal tras su pa-so por cada uno de los elementos de las má-quinas corrobora el resultado, indicando queson el sistema de corte y el sistema de eleva-ción y separación algunos de los puntos crí-ticos sobre los que realizar estudios para mi-nimizar daños en la cosecha. Los autores se-ñalan que no se han encontrado diferenciassignificativas entre los modelos de cosecha-doras estudiadas.

(1/Julio/ 2010) Vida RURAL LB

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Cosechadora autopropulsada de tomate para industria.

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Otros problemas operativos

La mecanización de la recolección del to-mate para industria es total hoy en día (Arana,2005), frente a la recolección manual del to-mate para consumo en fresco. La maquinariaempleada es fundamentalmente de origen ita-liano o americano, con tecnología no muy evo-lucionada, desarrollada en los años 60-70(Ruiz Altisent, 1975). Pese a disponer de unsistema electrónico de eliminación de terronesy tomates verdes, las cosechadoras siguen re-quiriendo de varios operarios para complemen-tar la tarea de selección. De igual forma, nodisponen de dispositivos capaces de registrarsu funcionamiento para su posterior evalua-ción, o de auxiliar a los operarios (conductor,remolques, etc.) para mejorar su eficiencia.

Específicamente, conversaciones directascon productores e industriales nos han per-mitido identificar, entre otros, los siguientesproblemas a resolver:11 El parámetro más importante por el que

se fija el precio del tomate recolectado ala entrada de fábrica es el contenido ensólidos solubles (SS); actualmente ins-pectores designados por la Mesa del To-mate realizan un control manual de losremolques previo a la descarga. Si exis-tiera una medición directa de SS duran-te el proceso de cosecha, o mejor, la po-sibilidad de realizar mapas en tiempo re-al del contenido en SS, la industriadispondría de una herramienta potentede mediación y planificación.Igualmente otro parámetro de calidadimportante es la ausencia de podredum-bres en los frutos, que puedan mermarla calidad final del concentrado. El des-arrollo de un sistema de selección y eli-minación de frutos podridos en la cose-chadora supondría un avance definitivo.Lógicamente, la producción superficial(kg/ha) de cada parcela es un dato queinteresa tanto al agricultor como al indus-trial. La posibilidad de cartografiarla entiempo real en cada parcela también po-tenciaría la gestión y planificación de laproducción, no sólo a nivel de precios,pagos y cupos de entrega, sino facilitan-do tareas posteriores como el controlpreciso de abonados, riegos, etc., parasucesivas campañas.Debido al creciente interés por los alimen-

tos biofuncionales y la salud, existe una de-manda de productos con licopeno (antioxi-dante) y de extracto puro del mismo, obte-nido a partir de tomate. La medición direc-ta del contenido en licopeno que va siendocosechado generaría un valor añadido.

II Las cosechadoras actuales son bastanteeficientes en lo relativo a eliminación deterrones y tomates verdes (producto a eli-minar en la fábrica) gracias a su selectoróptico electrónico. Sin embargo el agricul-tor espera un mejor funcionamiento deeste dispositivo para evitar mano de obraadicional. Un sistema que optimice la se-paración de verdes y terrones a la vez queregistre su trabajo sería idóneo.El proceso de cosecha requiere de unagran coordinación entre fábrica receptora,y agricultor que cosecha. El periodo de re-colección es corto, la capacidad de la fá-brica limitada y hay que evitar esperas delos remolques en la zona de descarga, yaque las altas temperaturas y la insolaciónreducen la calidad del producto. Además,el agricultor tiene que coordinar una o va-rias cosechadoras con una flota de remol-ques yendo y viniendo a cargar/descargar.Todo ello sugiere que un sistema de opti-mización del trabajo conjunto de remol-ques, cosechadoras y descarga en fábri-ca mejoraría la eficiencia del proceso. Laincorporación de tecnologías de ayuda alguiado facilitaría la labor de los operarios.

Es obligatorio para la empresa agrícola elregistro de actividades para asegurar la tra-zabilidad. Las tecnologías de la informaciónaplicadas al registro de todos los paráme-tros anteriores (y otros) resolvería la trazabi-lidad de una forma unificada. El intercambiode información mediante comunicación in-alámbrica entre cosechadoras, remolques,tractores y la fábrica receptora crearía unared de elementos captadores/transmisoresde datos en tiempo real.

Agricultura de precisióny TIC, la respuesta

Al mismo tiempo que se ha generalizadola recolección mecanizada, en los países másdesarrollados ha aparecido la filosofía delmanejo local específico (Site Specific Mana-gement; Lowenberg, 2000), que ha sido con-cebida como solución a la insostenible situa-ción de la agricultura en los países más des-arrollados: escasa rentabilidad de lasexplotaciones y elevados niveles de contami-nación medioambiental (Lamo de Espinosa,2001). El desarrollo de los sistemas de posi-cionamiento global (GPS) y la liberalizaciónde la señal para uso público han permitido latransferencia de la agricultura de precisión(AP) al sector productivo.

La agricultura de precisión (AP) fue defini-da por Statfford (1997) como la técnica quecaracteriza, a escala muy reducida (micropar-

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Detalle de la zona de clasificación del producto a bordo de la cosechadora, y el selector óptico existente.

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celas de 10-25 m 2 ), la diversidad del mediofísico (tipo de suelo, pendiente, contenido dehumedad, contenido de nutrientes, etc.) y/odel entorno ambiental (infestaciones de ma-las hierbas, plagas, enfermedades, etc.) en elque se desenvuelven los cultivos. Hoy en día,son muchos países los que ya utilizan estatécnica, con Estados Unidos, Canadá, Austra-lia, Argentina y Brasil, a la cabeza. En Europa,aunque algo menos extendida, es tambiénampliamente aceptada en muchos de los pa-íses. Alemania, Holanda, Bélgica, Reino Uni-do, Italia, Francia, e incluso en los países delEste (principalmente Ucrania) están familia-rizados con esta técnica. En España, aunquelos primeros trabajos de investigación comen-zaron en los años 90, el número de agriculto-res que lo utilizan es aún muy escaso (Escri-bano, 2002; Valero, 2006).

Una de las razones de este retraso en laadopción de la AP y las TICs en España es elcuestionable beneficio económico en culti-vos extensivos como los cereales, y la reduci-da superficie de las parcelas que limita lasinversiones (Valero, 2007). Por el contrario,existen en nuestra agricultura cultivos con unexcelente margen económico y que permitensu mecanización y automatización. Tal es elcaso del viñedo, la remolacha, el olivar o losproductos hortícolas como el tomate, paralos que no existen equipos de AP desarrolla-dos específicamente (Pérez et al., 2005). Só-lo se conocen experiencias previas en toma-

te en el desarrollo de un monitor de rendi-miento en California (Pelletier et al,. 1999;Rosa et al., 2000). En estos casos, es nece-sario el desarrollo y adaptación de las tec-nologías existentes, a las máquinas emplea-das en estos cultivos. (Gil, 2008).

La información registrada por los senso-res empleados en AP permite, a posteriori, larealización de mapas de rendimiento, su aná-lisis e interpretación, la elaboración de resú-menes, y lo que es más relevante, la evalua-ción del rendimiento de las cosechas y de lavariabilidad intraparcelaria. Esta variabilidad,combinada con otras fuentes de información:datos de las características físico-químicasde los suelos, datos del desarrollo y evolu-ción de los cultivos, datos meteorológicos,etc., permiten optimizar el uso de los mediosde producción: fertilizantes, productos fitosa-nitarios e incluso el agua de riego. De estaforma, se consigue incrementar la productivi-dad y reducir el impacto medioambiental(Bongiovanni y Lowenberg-Deboer, 2004).

Hay que tener en cuenta también, que es-tas técnicas permiten decidir un manejo dife-renciado del producto en el momento de larecepción en fábrica, pudiendo agrupar lotesde similares características para su procesa-do, con lo que el control sobre el proceso deconcentrado será mayor, favoreciendo la ela-boración de un producto uniforme. Adicional-mente, esta identificación y clasificación porlotes, supone una inestimable aportación a

los sistemas de trazabilidad de las industrias.De esta manera, se puede saber en todo mo-mento los tratamientos realizados, los produc-tos químicos y las cantidades aportadas, lafecha de aplicación, la máquina utilizada, eloperario, etc., todo ello en cada punto de laparcela (Auernhammer, 2002).

A nivel mundial muchos son los avancesconseguidos por las tecnologías englobadasbajo el denominador AP y TICs, que mejoranen conjunto la productividad agrícola, reducencostes y evitan deterioro ambiental. En nuestrocaso, las tecnologías a emplear para resolverlos problemas planteados pueden ser:1. Creación de mapas de rendimiento de

cultivos. Estos mapas de rendimiento seemplean habitualmente para estimar lacapacidad productiva de cada zona dela parcela de cultivo, con el fin de aplicaren sucesivas campañas siembra y abo-nado con dosis variables de insumos(Birrel et al., 1996; Beck et al., 2001;Bachmaier, 2007). Exiten tambien ante-cedentes en la aplicación de esta técni-ca en el cultivo del tomate (Pelletier et

al,. 1999; Rosa et al,. 2000).2. Detección de frutos no aptos (verdes, po-

dridos, etc.) mediante visión artificial. Es-pecialmente en aplicaciones en la indus-tria de las frutas y hortalizas para el con-sumo en fresco, el uso de esta tecnologíaes habitual en las líneas de procesado(Aguilera, 2005; Kader, 2001).

3. Detección mediante visión artificial deplagas e infestaciones diversas, comomalas hierbas. Muchos trabajos se hanrealizado para el control de malas hier-bas en campos de cultivo, y de entreellos destacamos los de Andújar et al.

(2010), Marchant et al. (1995) y Brivotet al. (1996). Lee et a/. (1999) que tra-bajaron en el control de malas hierbasen plantaciones de tomates.

4. Sistemas de ayuda al guiado de tracto-res, o de guiado totalmente automático,mediante tecnologías de posicionamien-to global (GPS) o sistemas de posiciona-miento local (LPS) (Keicher et al., 2000;Reid et al., 2000).

5. Cuantificación en línea del contenido ensólidos solubles (SS) para determinaciónde la calidad: el grupo LPF-TAG de laLIPM ha desarrollado con éxito un siste-ma para determinación del contenido en

(1/Julio/2010) Vid8RURAL

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SS de uvas durante el proceso de vendi-mia mecanizada (Bastida et al, 2007;Báguena eta!., 2009), que constituye unantecedente esencial para ser adaptadoal caso del tomate de industria.

6. Sensores volumétricos para estimación delrendimiento productivo: ya se emplean conéxito en otros cultivos como el algodón, yse pretende adaptar un dispositivo similara la clasificación de otros frutos en línea(Moreda, 2004).

7. Sensores acústicos para estimación delflujo cosechado y funcionamiento de lamáquina: los dispositivos basados en sen-sores acústicos presentan la ventaja de po-der adquirir información sobre el funciona-miento de múltiples subsistemas sin inter-ferir físicamente con los procesos, lo queles hace especialmente interesantes ensistemas de control y supervisión tanto enentornos agronómicos (Marchant et al.,2002; Chedad et al., 2001; Schrevens etal. 2001), corno en otros entornos indus-triales (CSIRO, 2008; Tan eta/., 2007; Kimeta!., 2007). Por la relación con la presen-te propuesta, interesa resaltar aquí el tra-bajo de Marchant (2002) en el que seanaliza la emisión acústica de los órganosde trabajo de una empacadora para la de-terminación de su capacidad de trabajo.

8. Sistemas de comunicación inalámbrica yRFID (radio frequency identification) paraasegurar la trazabilidad: las comunicacio-nes y sensores instrumentados con RFIDsson empleados en agroalimentación con

éxito (Ruiz García eta!., 2007; Ngai eta!,.2008; Nadimi et al,. 2008) y específica-mente en AP (Ampatzidis et al,. 2009) sepueden adaptar a la cosecha de tomatepara el almacenamiento e intercambio deinformación.

9. Sistemas de información geográfica y ser-vicios web asociados: las Administracionesestán apoyando el uso de estándares in-ternacionales, como los del Open Geospa-tial Consortium (OGC Website, OGC s.d.),mediante la creación de especificaciones ydirectivas corno Inspire, surgida a partir dela Global Monitoring for Environment andSecurity (GMES). Ya se han aplicado enocasiones los servicios web para integrarinformación de diversas fuentes y conse-guir un derivado de valor añadido (Tu eta!.(2004, Gewin, 2004).Además, la AP ofrece otras posibilidades

técnicas, entre las que destacan:Creación de herramientas de diagnósticoremoto mediante teledetección (sensoresaerotransportados o en satélites) que per-miten realizar seguimientos de produccio-nes, parámetros de cultivo e incluso enfer-medades (Scharf et a/., 2000; Li et al.,2000; Hendrickson eta!., 2000).Aperos de labranza instrumentados, concapacidad de variar la intensidad de la la-bor (Glancey eta!., 1996).Cuantificación mediante sensores en tiem-po real de parámetros relaccionados con lafertilidad del suelo: contenido en nutrien-tes, agua, materia orgánica o salinidad. De

entre los trabajos con este tipo de senso-res, destacamos los de Shibusawa (1998),Newman et al. (1999) y Hummel et al.(2001).Control preciso y subparcelario de fitosa-nitarios (herbicidas, fungicidas o abonos),para su aplicación mediante tecnologíasde dosificación variable (variable rate appli-cation, VR), sólo en los puntos donde sonnecesarios y en la cantidad prescrita (Whe-lan eta!., 1997; Stafford eta!., 2000).Irrigación diferenciada de precisión para di-ferentes unidades subparcelarias (Al-Ku-faishi eta!,. 2009).

La I+D se dirigehacia la AP y las Des

Todo ello ha motivado que muchos gru-pos de investigación dirijan su trabajo haciala AP y las TICs. Por citar algunos españoles,hay varios grupos en los centros del CSIC co-mo el CCMA, centros regionales como el CI-TA o el IVIA, Universidades como la UdCoru-ña, USCompostela, UPValencia, UdLérida,UPCataluña, UCórdoba, UCastilla-La Man-cha, UZaragoza, UPNavarra, además de laUPM y UVa. Internacionalmente son centrosde prestigio el Institut für Landtechnik deMünich; el KVL en Dinamarca; la ENSAM- IN-RA, SupAgro en Francia; KUL en Bélgica;Purdue, Davis, Florida (EE.UU.); Cranfield,Edinburgh (Reino Unido); ACPA (Australia);o los INTAs argentino y uruguayo, entre otrosmuchos de una larga lista.

Las instituciones que firman el artículopiensan que merece la pena invertir esfuerzoy recursos en la línea de trabajo que se pre-senta en el mismo. De hecho dichas institu-ciones académicas ya disponen de materialcientífico que podría usarse en campo paraevaluar la viabilidad de estas propuestas. Ac-tualmente otras entidades han expresado suinterés en este particular, ampliando la tras-cendencia del trabajo aquí propuesto. Ani-mamos a las empresas del sector que quie-ran sumarse a la iniciativa a que contactencon los autores. •

Bibliografía •Existe una amplia bibliografía a disposición de nues-tros lectores que pueden solicitar a través del e-mail:redaccion@eumedia.es

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