A hand-powered hay and leaf baler/es
Este artículo proporciona información detallada sobre cómo construir y utilizar esta empacadora, así como sobre su diseño. También se incluye un análisis de la aplicación de este sistema y sus pacas, así como una breve introducción a máquinas alternativas.
El empacado de materiales como heno, paja u hojas tiene muchas ventajas, ya que estos fardos se utilizan normalmente para almacenar materiales sobrantes o alimentar a los animales. Los fardos de paja también se utilizan como material de construcción. Esta práctica comenzó en América del Norte ya en el siglo XIX y recientemente ha experimentado un resurgimiento como parte del movimiento de construcción ecológica y natural. Los fardos de paja son un material de construcción barato y disponible, ya que la paja es un subproducto agrícola omnipresente. Estos fardos pueden proporcionar tanto aislamiento como soporte estructural a los edificios. La disponibilidad de este material de construcción potencial hace que se considere una tecnología adecuada. Los altos costos asociados con las cosechadoras mecánicas y los agricultores con pequeñas parcelas de tierra requieren una alternativa de bajo costo. Hay muchas opciones disponibles y este artículo analiza una empacadora de heno y hojas manual fabricada por Larry McWilliams que se encuentra en el CD3WD . El propósito del proyecto CD3WD es ayudar al Tercer Mundo a ayudarse a sí mismo, el contenido se puede encontrar aquí . Este artículo proporciona información mucho más detallada sobre cómo construir y usar esta empacadora, así como también sobre el diseño. También se incluye una discusión sobre la aplicación de este sistema y sus pacas, así como una breve introducción a máquinas alternativas.
Consideraciones
Acceso a materiales para empacado
Los materiales para empacar existen en todas las partes del mundo donde se practica la agricultura. Las plantas de cereales crecen en todas partes del mundo, excepto en desiertos muy secos y en los polos cubiertos de hielo. [ 1 ] Pero más específicamente, la paja es un subproducto de las plantas de cereales; las pacas hechas de paja se utilizan como material de construcción. La paja es lo que queda después de que se han eliminado el grano y la paja; también se conoce como el tallo de la planta. África es el hogar de muchas plantas de cereales nativas, y la colonización trajo muchas otras especies a la zona. [ 2 ] En otras palabras, esta tecnología puede ser útil en casi cualquier parte del mundo.
Acceso a materiales de construcción y capacidad para construir
La empacadora que se detalla a continuación se fabricó con herramientas eléctricas y madera de calidad nominal. Esto se debe a que estos son los materiales y herramientas que están disponibles y con los que he desarrollado habilidades para trabajar. Estos no están disponibles en todo el mundo, pero es posible hacer esta estructura con diferentes materiales y utilizando herramientas más simples. En la sección de construcción hay una tabla con las herramientas sugeridas y potenciales para construir esta empacadora. Un artesano experto podría recrear esta estructura. En el caso de que un grupo viajara a una zona donde no se dispusiera de estas herramientas y materiales, una solución sencilla sería cortarlos previamente y transportarlos, dejando el ensamblaje final hasta que se llegue al sitio final. Se debe realizar un análisis completo de empacadoras alternativas antes de que esto ocurra.
Aplicabilidad de los fardos
Las pacas de paja se pueden utilizar en la construcción y su aplicación típica es para viviendas de bajo coste y bajo impacto medioambiental. La vivienda es un elemento aparentemente básico que proporciona a las familias un lugar donde abrigarse, dormir, interactuar entre sí y un lugar donde refugiarse de posibles peligros medioambientales, incluidas las enfermedades. Tener una casa tiene muchos beneficios y ser propietario de una sirve como trampolín hacia el éxito futuro. Las construcciones con pacas de paja son un uso barato y eficaz de los recursos renovables y locales. La paja también es un subproducto que se quema habitualmente [ 3 ] , y su uso como material de construcción secuestra el carbono que podría acabar en la atmósfera. Las pacas también tienen fines agrícolas, ya que son una fuente potencial de alimento o lecho para los animales. El almacenamiento de las pacas puede ser útil durante los meses de invierno o los periodos de sequía en aplicaciones agrícolas. Es importante señalar que, independientemente del uso, las pacas deben mantenerse secas y libres de insectos, ya que se pudrirán.
Principios de ingeniería
El uso de un fardo para aplicaciones estructurales se basa en algunos parámetros. [ 4 ] El contenido de humedad, ya que los fardos deben estar secos para evitar que se pudran, mientras que la densidad seca determina la resistencia de los fardos. La ecuación para la densidad, [kg/m 3 ] se encuentra aquí:
ρ=metroV
La densidad de un fardo se basa en la compresibilidad del material y la tensión ejercida por el pistón. Los estudios han demostrado que cuando se colocan en posición horizontal, los fardos con una mayor densidad fallan con una carga máxima mayor. [ 5 ] Estudios posteriores han demostrado una correlación entre la densidad y el módulo de los fardos, pero la orientación tiene un efecto mayor en las propiedades mecánicas. [ 6 ] Los fardos de paja se utilizan para formar una pared compuesta con yeso a ambos lados de los fardos. Cuando estas paredes enlucidas se someten a una carga de compresión concéntrica, actúan como una columna compuesta en la que el yeso soporta la mayor parte de la carga. La paja proporciona principalmente un soporte lateral para las capas de yeso, mientras que soporta una pequeña parte de la carga de compresión. Si el soporte lateral es insuficiente, el pandeo local de la fina capa de yeso provocará el fallo. Los fardos de paja también proporcionan aislamiento en estos sistemas compuestos. [ 4 ] Para hacer fardos, lo importante a tener en cuenta es que una gran fuerza del pistón dará como resultado fardos más densos, lo que proporciona fardos estructuralmente más sólidos. Los fardos más densos deberían tener propiedades de aislamiento reducidas debido a la proximidad de las moléculas, pero se requieren más pruebas en esta área.
Otros factores que afectan la utilidad son la historia, ya que los fardos no deben haber estado cerca de humedad o moho, la longitud de la fibra y la composición del material. Los fardos de paja son más adecuados para la construcción porque se han eliminado los carbohidratos. El heno, que contiene carbohidratos, se pudrirá naturalmente a medida que los insectos y los animales se alimenten de él.
Para esta estructura, todas las cargas son despreciables en relación con la resistencia proporcionada por el área de la sección transversal de los miembros. El diseño está determinado por la utilidad, en lugar de la resistencia o la facilidad de servicio.
Construcción
Se fabricó un prototipo de la empacadora de heno y hojas manual utilizando las herramientas que se enumeran en la tabla siguiente. La figura 1a muestra una imagen del prototipo que se construyó además del dibujo original y el diseño recomendado. Se realizaron cambios al diseño original para simplificarlo y los cambios adicionales se reflejan en el diseño que se muestra en la figura 1b.
Figura 1: Original
Fig 1a: Prototipo
Fig 1b: Recomendado
La siguiente tabla muestra las herramientas utilizadas para construir el prototipo, así como las herramientas básicas que se pueden utilizar para producir la misma empacadora. A pesar de que el prototipo se construyó con herramientas eléctricas, las herramientas básicas en manos de un artesano experto serán suficientes para completar esta tarea.
| Herramientas preferidas | Herramientas básicas |
|---|---|
| Sierra circular | Martillo |
| Perforar | Sierra de mano |
| Martillo | Cinta métrica |
| Cinta métrica | Banco de trabajo/abrazadera |
| Cuadrado | |
| Banco de trabajo/abrazadera |
Lista de piezas
| Parte | Nombre | Tamaño nominal | Longitud del prototipo | Cantidad | Longitud recomendada | Cantidad |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Abajo | 2x4 | 6' 10" | 2 | 6' 10" | 2 |
| 2 | Soporte lateral | 2x4 | 2' 1 ¼" | 8 | 4' | 6 |
| 3 | Conector superior | 2x4 | 1' 6 ½" | 4 | 1' 6 ½" | 4 |
| 4.a | Lado de la cámara | 2x4 | 3' 4" | 4 | 3' 4" | 4 |
| 4.b | Lado de la cámara | 2x4 | 3' 10" | 4 | ||
| 5 | Parte superior de la cámara | 2x4 | 2' 4" | 4 | 2' 4" | 4 |
| 6 | Fondo de la cámara | 2x4 | 4' 8" | 3 [1] | 4' 8" | 3 [1] |
| 7 | Conector inferior | 2x4 | 1'3 ½" | 4 | 1'3 ½" | 3 |
| 8 | Soporte trasero | 2x4 | 39½" | 2 | 39½" | 2 |
| 9 | Restricción | 2x4 | 3' 9 ½" | 2 | 3' 9 ½" | 2 |
| 10 | Soporte de puerta | 2x4 | 1' 6 ½" | 1 | 1' 6 ½" | 1 [2] |
| 11 | Pistón | 2x4 | 8' | 2 | 8' **2 | 2 |
| P1 | Pistón trasero | Capa de ½" | 12" x 14" | 1 | 12" x 14" | 1 |
| P2 | Inserción de pistón | Capa de ½" | 12" x 12" | 1 | 12" x 12" | 1 |
| P3.a | Bloque de pistón | 2x2 | 4" | 8 | 5" | 8 |
| P3.b | Bloque de pistón | 2x2 | 3" | 8 | 3" | 8 |
| P4 | Soporte de pistón | 2x6 | 14" | 2 | 14" | 2 |
| Puerta | Capa de ½" | 18" x 18" | 1 | 18" x 18" | 1 |
Procedimiento
Para acelerar el proceso de construcción, es mejor cortar previamente muchas de las piezas. Si bien esto es recomendable, asegúrese de construir el pistón una vez que se hayan ensamblado la cámara y otras piezas. Esto garantizará que el pistón realmente encaje con lo que ha construido. Si ha habido alguna alteración en el diseño o en el ensamblaje de las piezas, se hará evidente cuando llegue el momento del ensamblaje final de la empacadora. A lo largo de los pasos, amplíe las imágenes para ver los nombres de las piezas y el espaciado con más detalle.
Para todos los pasos, el uso de una escuadra garantizará que las piezas individuales se realicen correctamente, lo que facilita el ensamblaje. Se pueden usar clavos o tornillos, pero los tornillos se usaron por preferencia personal y porque son más tolerantes si se cometen errores o durante el proceso de creación iterativa de prototipos. Las piezas más pequeñas, como las que se encuentran en la cabeza del pistón, también son más fáciles de colocar con tornillos. Los factores ambientales entran en juego al determinar la vida útil de esta estructura. Si se va a utilizar indefinidamente, los tornillos para exteriores y una pintura o tinte preservarán el achicador y evitarán la erosión y otros desgastes ambientales.
Fig 2: Madera precortada
Fig. 2a: Uso de una escuadra y marcado de la madera
Esto lo puede hacer un artesano de nivel intermedio, un trabajador más calificado podrá hacerlo más rápido y con mayor precisión. Independientemente de su familiaridad con las herramientas, siga los procedimientos de seguridad adecuados. Si no es tan experto, trabaje con un compañero o busque a alguien con más experiencia para asegurarse de que la empacadora se fabrique de manera precisa y segura.
Lea todos los pasos antes de intentar la construcción.
Construya la parte superior de la cámara. Deje un espacio de 1/2" entre las piezas porque el hilo pasará por estos espacios.
Construya los dos lados de la cámara. La pieza 2, el soporte lateral, está en el lado opuesto al lado de la segunda cámara. Por lo demás, las dos piezas son idénticas. También hay un espacio de 1/2" entre las piezas. En los dibujos recomendados, los soportes laterales se aumentaron a la altura media de un hombre promedio. Esto permite que el usuario se ponga de pie durante el empacado y el atado, lo que reduce la cantidad de estrés en la espalda del usuario.
Construya la parte inferior de la cámara de forma similar a la parte superior. Las ubicaciones de los conectores están etiquetadas en la figura 7 y deben alinearse con los soportes laterales una vez ensamblados. Las dos piezas de revestimiento de los lados se pueden hacer cortando un trozo de madera de 2 x 4 por la mitad. La pieza inferior del prototipo, que se muestra en la figura 8, no incluye cambios de diseño en la estructura.
Ensamble la cámara colocando la pieza superior entre los dos lados. Una vez que esto esté completo, se puede colocar la parte inferior girando la estructura boca abajo. Una abrazadera garantizará que la cámara quede cuadrada. La Figura 10 muestra dónde se utilizó la abrazadera durante la construcción del prototipo.
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Después de poner la empacadora en posición vertical, construya la parte trasera de la empacadora colocando el soporte trasero, el soporte de sujeción y el conector superior en ese orden. De esta manera, las nuevas piezas no se caerán durante la construcción. Es útil contar con un ayudante para sostener las piezas, pero si no hay nadie disponible, utilice un clavo o un tornillo para fijar una pieza cerca de donde debe estar y luego asegure el otro extremo correctamente y, finalmente, coloque el lado original.
Hay dos opciones para construir la puerta. Se puede instalar una puerta con bisagra, pero si no hay bisagras disponibles, pruebe la opción que se muestra en el prototipo. Se debe cortar una sección del soporte de la puerta para sujetarla. Si se elige esta segunda opción, se debe quitar el conector superior y cortar una sección a lo largo de la ranura de la puerta. Una vez cortadas, estas dos piezas se deben unir de manera que queden al ras con las piezas existentes, lo que permite que la puerta se abra y que el fardo salga libremente de la cámara. Las muescas en estas piezas de soporte de la puerta se deben cortar con una tolerancia adecuada para que la puerta pueda deslizarse; se utilizó una muesca de ¾" para una puerta de ½". Estos cortes se deben hacer con una sierra; se puede utilizar un cincel para quitar el material entre los cortes. Se puede utilizar madera de descarte como manija de la puerta.
Si se dispone de 2x2, se debe utilizar la opción más complicada para la cabeza del pistón. Los bloques de pistón permiten utilizar un inserto (no mostrado) durante el proceso de empacado. Cuando el fardo está listo para ser atado, este inserto se puede quitar y los bloques dejan espacio para que las manos lleguen a la cámara de empacado. Los bloques se pueden ajustar al tamaño de la mano del usuario. Una tolerancia en los cortes en P3.a debería garantizar que el inserto se pueda quitar con facilidad. El final de P3.b también debe coincidir con el comienzo de los cortes en P3.a. Para realizar este corte, se pueden colocar plantillas juntas en una plantilla similar a la que se muestra en la Figura 15.
Los bloques se deben colocar desde atrás, como se puede ver en la figura 16. Dos tornillos impedirán que los bloques giren. Si se coloca un tornillo y se aprieta el segundo, se garantizará que los bloques permanezcan donde están las marcas. Si se perforan agujeros guía, se garantizará que la madera contrachapada y los bloques no se partan en este paso. Como alternativa, se puede utilizar el pistón trasero por sí solo, pero será más difícil mantener compacto el extremo de los fardos.
Los soportes del pistón deben perforarse antes de colocarlos en la parte posterior del pistón. Al igual que los bloques, estos deben colocarse desde atrás, después de perforar un orificio guía. Los tornillos deben ubicarse en los espacios grandes entre los bloques para facilitar la construcción.
Las dos piezas del pistón deben cortarse y perforarse según los planos. El corte, ubicado a 47" del frente, permite que el pistón se bloquee en su lugar mientras se ata el cordel. Esto asegura que el fardo permanezca comprimido en la cámara. El corte en ángulo en la parte delantera permite un amplio rango de movimiento durante el proceso de empacado.
Fije ambos pistones a la cabeza del pistón colocando un perno de carruaje o un eje entre las dos piezas. Se deben usar arandelas en todas las interfaces (entre la madera y las tuercas). Una vez fijados, se debe colocar un trozo de madera directamente debajo de los pistones. Esto evita que la cabeza del pistón se caiga. Alternativamente, si no hay pernos, tuercas y arandelas disponibles, el pistón se puede fijar directamente a la cabeza del pistón. Esto elimina la función de pivote.
Costo
| Artículo | Cantidad | Precio unitario | Precio completo |
|---|---|---|---|
| 2" x 4" x 8' | 20 | 1,77 dólares | $35,40 |
| 2" x 6" x 8' | 1 | $4,29 | $4,29 |
| 2" x 2" x 8' | 1 | $2,26 | $2,26 |
| Capa de ½" | 3 puntos de corte | $3 | $9 |
| Perno de 4" y 5/16" | 2 | $.69 | 1,38 dólares |
| Arandela de 5/16" | 6 | $.11 | $.66 |
| Tuerca de 5/16" | 2 | $.14 | $.28 |
| Total | 53,27 dólares canadienses | ||
Los costos proyectados para construir la empacadora recomendada a partir de madera completamente nueva ascendieron a alrededor de $55. Los costos reales para el prototipo que se construyó fueron mucho más bajos. Esto se debe a que el prototipo se construyó utilizando materiales reciclados. Si se construyera en una granja, es probable que haya exceso de madera, lo que reduciría los costos. En comparación, los gatos agrícolas , que son solo un componente de las tecnologías alternativas, comienzan alrededor de este precio de $55. Como todos los proyectos de construcción, se debe incluir un margen para posibles errores de corte o pérdida de materiales; la madera mencionada anteriormente lo tiene incluido. Otra forma de reducir drásticamente los costos es buscar secciones cortadas en las tiendas (si están disponibles). Los recortes de otros proyectos proporcionan una fuente barata de materiales pequeños y también desvían materiales de los desechos. Los tornillos o clavos no están incluidos en esta estimación de costos, ya que generalmente se compran al por mayor.
Empacado
Procedimiento:
- Pase el hilo a través de los huecos
- Se pueden utilizar 2, 4 o 6 piezas según el material.
- Enhebrar el hilo solo por la puerta
- Corte suficiente hilo para envolver todo el fardo, se recomienda 6 pies, pero asegúrese de que haya suficiente inicialmente porque agregar hilo adicional después es difícil.
- Cierre la puerta y comience a empacar empujando el pistón.
- Utilice pequeñas cantidades para asegurar una buena compactación.
- Retire el inserto cuando se haya empacado suficiente material.
- Pase el cordel alrededor del fardo y átelo.
- Puerta abierta
- Retire la paca empujando el pistón
Vea el siguiente vídeo para ver el procedimiento de empacado:
Nota: Este video muestra la primera vez que creé un fardo en el prototipo. Todo el proceso tomó menos de 20 minutos. Con un ayudante y más práctica, este tiempo se reducirá en gran medida, por lo que en un día se podrían hacer suficientes fardos para una casa pequeña. El material que se está empacando también es viejo y húmedo, ambas propiedades no son útiles. Esto se hizo simplemente porque este material es el que había disponible.
Recomendaciones específicas para cada máquina
Como se muestra en el video, es posible que una sola persona opere esta empacadora, sin embargo, es más eficiente que lo hagan dos. Una persona puede cargar el material que se va a empacar mientras la segunda opera el pistón. Al alternar, se reduce la monotonía del proceso y se garantiza que ninguno de los trabajadores se canse.
Otras mejoras de la empacadora incluirían hacerla móvil mediante la incorporación de ruedas. Estas ruedas tendrían que levantarse durante el proceso de empacado para garantizar que el artefacto no se mueva. Esto permitiría que la empacadora se moviera por un campo para recoger material adicional que necesita empacar. La colocación de dos ruedas en el extremo de la puerta permitiría que este artefacto fuera empujado o tirado por una persona o, preferiblemente, por un animal. Dado que se aplica una gran fuerza durante el proceso de empacado, toda la estructura tiende a moverse en esta dirección. Si esto es una molestia o dificulta el proceso de empacado, se puede agregar peso muerto a la base de la estructura, lo que aumenta la fuerza de fricción que resiste el movimiento. Alternativamente, las cuñas o púas que se fijan a la estructura resistirían este movimiento, ya que actúan como anclajes.
Las pacas se expanden una vez que han salido de la cámara de empacado, si se requiere un tamaño de paca específico, se puede experimentar o realizar más trabajo para hacer coincidir los tamaños de la cámara con los tamaños de paca reales. Todas las pacas fabricadas con métodos no convencionales o empacadoras mecánicas deben someterse a pruebas para evaluar su idoneidad para la construcción. Los indicadores de contenido de humedad, densidad seca, historial de humectación, longitud de la fibra y constitución del material son todos necesarios para determinar la utilidad como material de construcción. [ 4 ] Surgen problemas adicionales cuando se utilizan pacas producidas por máquinas como esta para aplicaciones estructurales. La naturaleza de la máquina produce pacas con cierta variabilidad. Los cambios en la densidad de la paca se pueden atribuir a diferentes fuerzas de empaquetamiento del pistón y la cantidad de material empacado a la vez. El atado manual en un área cerrada también introduce variabilidad. Puede encontrar información adicional sobre la construcción con pacas de paja aquí en appropedia, mientras que el Wikibook sobre construcción con pacas de paja es un recurso un poco más completo.
Tecnologías alternativas
Existen aparatos alternativos de empacado de bajo costo. El empacado en cajas es un método simple, con un método que se explica por sí solo. Se puede encontrar una empacadora de heno simple para zonas remotas en el CD3WD. Un estudio de investigación realizado por el Departamento de Desarrollo Internacional del Reino Unido como parte del Programa de Producción Ganadera proporcionó evidencia de los beneficios del empacado de forraje en cajas para los productores de leche en Tanzania. Existen dispositivos como la empacadora de paja de pino móvil de Clark Dorman , pero aunque es significativamente más pequeña y más barata que las cosechadoras, sigue estando impulsada por un motor de gasolina. La mejor alternativa es la que utiliza y desarrolla la organización Pakistan Straw Bale and Appropriate Building (PAKSBAB). PAKSBAB se esfuerza por aplicar métodos de construcción adecuados en esta región de actividad sísmica para crear casas resistentes a los terremotos. Para la fabricación de pacas de paja se utiliza un molde de compresión y un gato agrícola accionado por el hombre. Este dispositivo es presumiblemente más caro que el diseño de Larry McWilliams porque es de acero, pero es más simple, más rápido, requiere menos esfuerzo humano y reduce la variabilidad en las pacas.
Referencias
- ↑ BBC. ¿Sabías que...? Cereales. http://www.bbc.co.uk/gardening/gardening_with_children/didyouknow_cereals.shtml (consultado el 13 de abril de 2010).
- ↑ Junta de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo Internacional, Oficina de Asuntos Internacionales, Consejo Nacional de Investigación. Lost Crops of Africa: Volume I: Grains . Washington, DC: National Academy Press, 1996.
- ↑ Gobierno de Alberta. "Uso de paja como combustible para calefacción agrícola". Agricultura y desarrollo rural. 6 de enero de 2010. http://web.archive.org/web/20170109090115/http://www1.agric.gov.ab.ca:80/$department/deptdocs.nsf/all/eng3127 (consultado el 13 de abril de 2010).
- ↑Saltar a:4.0 4.1 4.2 King, Bruce. Diseño de edificios con fardos de paja. San Rafael, CA: Green Building Press, 2006.
- ↑ Bou-Ali, G. Fardos de paja y sistemas de muros de fardos de paja. Tesis de maestría, Tucson: Universidad de Arizona, 1993
- ↑ Tattersall, Graeme H. EFECTOS DE LA DENSIDAD EN LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS PACAS DE PAJA. Tesis, Kingston: Queen's University, 2010.