Rev. Peru. Investig. Agropecu. 1(2), e22
ISSN: 2955-8530
e-ISSN: 2955-831X
DOI: 10.56926/repia.v1i2.22
©Universidad Nacional Autónoma de Alto Amazonas
Artículo Original / Original Article
Recibido: 22/07/2022
Aceptado: 14/09/2022
Publicado: 20/10/2022
*Lenin Cabanillas-Pardo - lpardocab@unsm.edu.pe (autor de correspondencia)
Los autores. Este es un artículo de acceso abierto,
distribuido bajo los términos de la Licencia Creative
Commons Atribución 4.0 Internacional
Prototipo de trasplantador portátil para el proceso de
trasplante de arroz (
Oryza sativa
L.) en campo
Portable transplanter prototype for the process of transplanting rice
(
Oryza sativa
L.) in the field
Lenin Cabanillas-Pardo1* ; Ubert William Estela-Deza1; Jorge Luis Rojas-Casique1; Nicanor
Martínez-Guevara1
1Agroterra Innova E. I. R. L, Moyobamba, Perú
RESUMEN
El arroz (
Oryza sativa
L.), alimento básico de la población mundial y especialmente peruana, es un cereal que por la
deficiente tecnificación de sus procesos en Perú hace uso intensivo de mano de obra. Diseñamos un prototipo de
plantadora portátil para mecanizar el proceso de trasplante de arroz (
Oryza sativa
L.) en campo. Para ello, realizamos el
análisis de diferentes propuestas de trasplantadoras junto con sus respectivos niveles de efectividad a fin de diseñar un
prototipo que se ajuste a las características del suelo de la región San Martín. Diseñamos un prototipo compacto que
realiza el trasplante en un tiempo promedio de 27,1 minutos por cada 0,25 ha de terreno a sembrarse, con 5,5 plántulas
por manojo sembrado y una efectividad promedio de 99%. El prototipo portátil diseñado mecaniza y automatiza el proceso
de trasplante de arroz en campo.
Palabras clave: economía; mecanización; sembrado; tecnificación
ABSTRACT
Rice (
Oryza sativa
L.), a staple food for the world's population and especially for Peru, is a cereal that, due to the poor
technology of its processes in Peru, makes intensive use of labor. We designed a portable planter prototype to mechanize
the process of transplanting rice (
Oryza sativa
L.) in the field. For this, we carry out the analysis of different proposals of
transplanters together with their respective levels of effectiveness in order to design a prototype that adjusts to the
characteristics of the soil of the San Martín Region. We designed a compact prototype that performs the transplant in an
average time of 27.1 minutes for every 0.25 ha of land to be planted, with 5.5 seedlings per bunch planted and an average
effectiveness of 99%. The designed portable prototype mechanizes and automates the process of transplanting rice in the
field.
Keywords: economy; mechanization; sown; technification
Cómo citar / Citation: Cabanillas-Pardo, L., Estela-Deza, U. W., Rojas-Casique, J. L. & Martínez-Guevara, N. (2022). Prototipo de
trasplantador portátil para el proceso de trasplante de arroz (
Oryza sativa
L.) en campo.
Revista Peruana de Investigación Agropecuaria.
1
(2), e22. https://doi.org/10.56926/repia.v1i2.22
2 Revista Peruana de Investigación Agropecuaria
Rev. Peru. Investig. Agropecu. 1(2): e22; (jul-dic, 2022)
1. INTRODUCCIÓN
El arroz (
Oryza sativa
L.) es uno de los cereales más importantes a nivel mundial por su gran
contribución a la alimentación humana (Heros Aguilar et al., 2019; Nawaz et al., 2022). De acuerdo
con Orús (2022), durante la campaña 2020/2021 el país que ha liderado el consumo del arroz en el
mundo fue China, en una lista de países principalmente asiáticos. Fuera de Asia, el país con mayor
consumo es Brasil ubicado en la posición número diez.
Sin embargo, en términos proporcionales, el Perú, de acuerdo a MIDAGRI (2019), tiene el consumo
per cápita de arroz más alto de Latino América, llegando a 54 kilos por año por persona, seguido por
Brasil con 48 kilos. Esto se relaciona con el incremento de la población peruana; sin embargo, el
hecho de que su demanda interna no puede ser cubierta por su producción, se debe entre otras
cosas a la deficiente tecnificación y mecanización agrícola que repercute en su productividad.
Esta condición hace que el mercado peruano sea atractivo para los grandes productores de este
cereal como Brasil, que tiene una producción anual de 12 millones de toneladas. Cabe mencionar,
que la importación de arroz en el Perú repercute en los precios internos del mercado, haciendo que
el cereal logre precios que, en algunas temporadas está por debajo de los costos de producción,
trascendiendo de manera negativa en ese sector económico agrícola (Guzmán, 2016).
En Perú la importancia del cultivo de arroz radica en su contribución a la seguridad alimentaria. El
arroz junto a la papa es uno de los principales alimentos consumidos por la población. La mayor
producción nacional se obtiene entre los meses de marzo a julio de cada año (campaña grande),
mientras que entre agosto y febrero del siguiente año se producen volúmenes poco significativos.
Las regiones que participan con más del 80% de la producción nacional son seis. Entre estas regiones
está el departamento de San Martín, con el 24% de la producción total en el 2019. Este departamento
viene incrementando su participación de una manera muy dinámica, de este modo se estima en 25%
en el 2020; por tanto, es una de las regiones que explicaría el incremento de la producción nacional.
San Martín como región es la productora más importante de arroz en el Perú y se encuentra ubicada
en la Amazonía peruana y como tal, dispone de agua bajo secano y de riego. Es decir, dado que tiene
agua durante todo el año, siembra y cosecha también durante todo el año. En ese sentido, el 50%
del área sembrada en San Martín se realiza entre los meses de setiembre y febrero.
Y en esta región, el cultivo de este cereal es de importancia para su economía; pues su cultivo se
extiende a 110,442 ha (Orús, 2022; Ríos-Ruiz et al., 2020) distribuidos en 14 mil productores, haciendo
que esta actividad genere alrededor de 5 millones de jornales en toda su cadena productiva; además,
el Servicio Nacional de Sanidad Agraria (Senasa) San Martín, destaca que el arroz constituye el
principal cultivo alimenticio al que se dedican unos 14,500 productores, generando una
productividad de 840 mil toneladas por año siendo la primera región en producir este cereal. Además
de generar un movimiento económico de alrededor de 100 millones de dólares anuales.
La distribución de la producción geográfica en la región San Martín, comprende cuatro zonas
productoras de arroz a riego, las cuales en orden de mayor a menor área sembrada se ordenan de
la siguiente manera: provincias de Rioja y Moyobamba (zona Alto Mayo), San Martín (zona Bajo
Mayo), Picota, Bellavista y Mariscal Cáceres (zona Huallaga Central) y Tocache (zona Alto Huallaga).
Cabanillas-Pardo, L. et al. 3
Rev. Peru. Investig. Agropecu. 1(2): e22; (jul-dic, 2022)
La zona del Alto Mayo (Rioja – Moyobamba), concentra la mayor cantidad de siembra y producción,
con el 61 % de la producción total del corredor y la más variada, con doce variedades distintas de
arroz. Mientras que las zonas comprendidas entre las provincias de San Martín, Picota y Bellavista
concentran el 34 % de la producción del corredor y con una variedad homogénea entre las tres
provincias.
La siembra de arroz comprende el proceso de producir plántulas, trasplante en las unidades
productivas, manejo productivo y cosecha. En este estudio, identificamos que el proceso de
sembrado de las plántulas se caracteriza por no ser uniforme en distancias de sembrado (Ortiz Zelada
& Cáceres Guerrero, 2018); y, el cálculo deficiente del número de plántulas por manojo debido a la
inexperiencia del jornalero. El problema se agudiza debido a que su cultivo sigue el método
tradicional (Orús, 2022), a la escasa mano de obra dada, la demanda sincronizada del proceso de
siembra repercute en el sembrado fuera del calendario arrocero, generando hasta un 20% de grano
inmaduro durante la cosecha. En general, como lo indican Crespo-Amaya et al. (2018) y Miranda-
Caballero et al. (2021) el trasplante del arroz es una de las operaciones tecnológicas más laboriosas
e importantes dentro de este cultivo, actividad que se realiza por nuestros agricultores de forma
manual generalmente.
Todo el proceso de sembrado manual con el protocolo productivo en uso, genera que en promedio
solo se cosechen 7,5 tn de arroz por ha en la región, pudiendo con ello asegurar que la productividad
es baja. Debe mencionarse que, según Miranda Caballero (2020) el trasplante del arroz es una de las
operaciones tecnológicas más laboriosas e importantes dentro de este cultivo, actividad que se
realiza por los agricultores de manera tradicional.
Las consecuencias de la deficiente tecnificación son la pérdida económica en las unidades
productivas, pues los productores de arroz no reducen sus costes y son afectados económicamente
al reducir sus ingresos para la canasta familiar debido al costo de la mano de obra para trasplante
(Jun et al., 2015).
Finalmente, debemos mencionar que la tecnología del trasplante mecanizado, ha sido validada por
el continente asiático, en países como Japón y Corea del Sur, que para el 2002 sembró 10,53 millones
de ha, de las cuales 8,13 millones de ha, que representan el 77%; fueron sembradas mediante el
sistema de trasplante mecanizado y de hecho la mecanización de la siembra es una tendencia
principal del desarrollo de todo el curso de producción de arroz en China.
Por otro lado, para el año 2005, Taiwán, empleó un 99 % de la siembra del cultivo de arroz, mediante
el trasplante mecanizado y tan sólo unos pocos mediante la siembra directa.
Bajo este panorama, la presente investigación tuvo como objetivo diseñar un prototipo de
plantadora portátil para mecanizar el proceso de trasplante de arroz (
Oryza sativa
L.) en campo.
2. MATERIALES Y MÉTODOS
El desarrollo de la propuesta lo realizamos en tres fases:
4 Revista Peruana de Investigación Agropecuaria
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2.1. Ingeniería definida en diseño y tecnología del prototipo de plantadora de arroz
Durante esta fase como equipo técnico definimos mediante prospección la especie de arroz más
cultivada y requerida en el mercado; el tipo de suelos existente, el número de plántulas por manojo
estandarizadas y otras recomendaciones. Realizamos el diseño de un prototipo con sistema de
manojos, sistema de plante, ubicación del sistema de sensores conectados al PLC y tipo de tecnología
de software usada en base a simulaciones y ajustes para minimizar el riesgo de su construcción y
puesta en marcha. Así mismo, hicimos diversas revisiones de propuestas como la de Miranda-
Caballero et al. (2022) con su prototipo de trasplante, y los protocolos de siembra como el de
Valdivieso López & Vera Montenegro (2018).
2.2. Funcionalidad del prototipo de plantadora de arroz ensamblado
En esta fase, con el diseño definido construimos el prototipo de plantadora de plántulas de arroz,
teniendo en cuenta el ensamblaje correcto de las partes. Ensamblamos la tecnología del sistema de
manojos y plante de manera coordinada con la parte mecánica; realizamos las calibraciones y ajustes
hasta tener un prototipo con pruebas funcionales.
Realizamos el proceso de ensamblaje por etapas el cual describimos a continuación:
Etapa 1: Soportes o chasis. Realizamos el proceso de ensamblaje, fabricación y adecuación de los
componentes para luego juntarlos y generar una estructura base. Fabricamos el marco de
conducción a partir de una plancha lisa de acero de 1,20 x 2,40 de espesor de 3 mm que cortamos y
soldamos tipo MIG. Fabricamos el patín en base de fibra de vidrio con un espesor de 8 mm.
Acondicionamos la base que va hacia el suelo para generar el surco. A continuación, fabricamos el
tubo de soporte a base de fierro fundido de 1” de espesor, que plegamos y acondicionamos para el
descanso o soporte donde estarán el sistema de rieles, la caja de cadenas y el brazo de soporte.
Fabricamos el soporte del motor a base de fierro fundido que cortamos, plegamos y perforamos
para darle estabilidad. Fabricamos una rueda fangueadora a base de fierro de ¼, las aspas fueron a
base de fierro estriado de ¼. Con estos componentes fabricados armamos el chasis estructural y en
la siguiente etapa enchapamos el patín junto a los rieles para darle rigidez a la fibra de vidrio.
Etapa 2: Sistema de Plante. Fabricamos el brazo de trasplante a partir de piezas prefabricadas y
adherimos las placas electrónicas para reforzar el agarre y el tejido. Luego adherimos la caja de
cadenas prefabricadas al brazo de trasplante. Con estos componentes procedimos a ensamblar y
hacer pruebas de funcionalidad en el contexto de tejido y sembrado para que sean fijados en el tubo
de soporte.
Etapa 3: Ensamblamos el motor de 4,5 Hp y 1700 RPM conectado con dos fajas y dos poleas a la
caja de engranajes, la rueda fangueadora y acoplamos el sistema de velocidades, la caja de
transmisión y la caja de dirección que adquirimos para ser enchapado a unos engranajes que están
acoplados a la caja de transmisión.
Teniendo los componentes fabricados y adquiridos procedimos a ensamblar, primeramente, el
motor y su soporte para luego posicionar los elementos de dirección, caja transmisión y caja de
engranajes; que aprovechamos en adherir a la rueda fangueadora para hacer las pruebas funcionales
de arranque motor, rotación de la rueda fangueadora y del sistema de dirección.
Cabanillas-Pardo, L. et al. 5
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Etapa 4: Ensamblaje final del prototipo. Finalmente, con los componentes listos procedimos al
ensamblaje del prototipo.
2.3. Puesta en marcha del prototipo de plantadora de plántulas de arroz
La puesta en marcha es la etapa crucial, para ello realizamos pruebas de validación en base a las
zonas, variedad, número de plántulas por manojos, densidad de plante (distancia) y velocidad de
plante. Realizamos la validación verificando la pertinencia de realizar ajustes o mejoras al prototipo,
una vez validado el prototipo quedó en estado de puesta en marcha listo para replicarse en escala
comercial.
Preparación del terreno
Instalamos el ensayo en el sector “El Milagro”, a 40 min del puente río Indoche, entrando a la
izquierda de la carretera Moyobamba - Calzada. Esta zona presenta buenas características de suelo,
riego por bombeo, hay disponibilidad de maquinaria y materiales necesarios para la instalación. Las
dimensiones fueron: 1,50 m de ancho por 13,3 m de largo, posa de forma rectangular con bordos
por el perímetro para retener el agua. Colocamos el plástico con las mismas dimensiones de la posa
sobre la superficie del suelo. Luego cubrimos el plástico con barro de una lámina de 2 cm de grosor.
Aplicamos el protocolo de preparación de batido con maquinaria y pusimos agua para generar
batido, luego retiramos agua por cinco días para endurecer el suelo para luego aplicar una capa de
agua.
Preparación de las plántulas
Realizamos la pre germinación de la semilla de arroz variedad HP102FL-El Valor. Remojamos por un
período de 20 h y luego abrigamos la semilla por un período de 23 h. Acondicionamos un espacio
para germinar las plántulas para garantizar la efectividad del tejido del brazo del prototipo, por
encima de los 20 cm y con camas forradas con plástico cubiertas de aserrín con arena y control de
riego. Realizamos el voleo sobre una lámina de agua de 10 cm para proteger las semillas de los rayos
solares y que no se sequen, la lámina de agua se mantiene hasta que la semilla introduzca sus raíces
en el suelo y empiecen a desarrollar el primer par de hojas. Luego aplicamos riegos intermitentes
cada vez que la semilla lo requiera.
Ejecución de las pruebas de trasplante
Realizamos las pruebas de trasplante en el terreno preparado con el prototipo.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1. Ingeniería definida en diseño y tecnología del prototipo de plantadora de arroz
Realizamos el proceso de ensamblaje en cuatro etapas como describimos en materiales y métodos
y siguiendo las especificaciones de los planos como se muestra a continuación.
6 Revista Peruana de Investigación Agropecuaria
Rev. Peru. Investig. Agropecu. 1(2): e22; (jul-dic, 2022)
Figura 1.
Diseño del prototipo de plantadora de arroz
Figura 2.
Prototipo de plantadora de arroz construido
3.2. Funcionalidad del prototipo de plantadora de arroz ensamblado
Durante las pruebas finales realizamos el trasplante de 1 ha de forma tradicional y 5 ha con la
máquina trasplantadora el cual determinamos que el trasplante de 1 ha es equivalente a ocho
jornadas laborales. Recopilamos los datos y comparamos con el indicador de la plantadora portátil
que es equivalente a 1 h x ha. Así mismo la evaluación que realizamos del trasplante tradicional y el
trasplante mecánico es en función a dos trabajadores debido a que la máquina trasplantadora
requiere de dos personas para realizar el trasplante (conductor y el co-conductor) que a diferencia
de la trasplantadora de Menéndez Cardentey et al. (2012) solo utiliza un operario. Adicionalmente,
pudimos comprobar lo planteado por Nawaz et al. (2022) pues solo requerimos una fina capa de
Cabanillas-Pardo, L. et al. 7
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agua (1–2 cm) para el trasplante mecánico, en comparación con el trasplante convencional en suelo
inundado (3–4 cm de capa de agua) con trabajadores.
Figura 3.
Pruebas funcionales
Las pruebas funcionales además resultaron satisfactorias, pues durante las mismas solo fueron
necesarios pequeños ajustes.
3.3. Puesta en marcha del prototipo de plantadora de plántulas de arroz mediante
validaciones con pruebas y ajustes
Trasplante de plántulas con el prototipo
Realizamos la preparación del terreno de acuerdo al protocolo establecido garantizando 99% de
suelo mecanizado (batido), para evitar que el sistema de arrastre se encuentre con troncos, piedras
y vetas de arcilla sobresalidas. El trasplante se inició en subáreas de 2,500 m2 (0.25 ha), la apreciación
técnica se categoriza en (1: pésimo, 2: bueno, 3: excelente).
Durante las pruebas, pudimos apreciar que la eficiencia del prototipo de plante es de 27,1 para 0,25
ha logrado sembrar una ha en menos de 2 h con una precisión de número de plántulas en promedio
de 5,5 plántulas por manojo (Tabla 1), a diferencia de Menéndez Cardentey et al. (2012) que en
promedio siembra 3. La supervivencia que un aspecto visual después de 15 días de sembrado se
apreció un 99% que las plántulas no sufrieron desgastes o estrés una vez que fueron plantadas
mejorando el resultado de Hernández Llanes (2017) quien logró un 98%.
Tabla 1.
Pruebas de validación realizadas
Código de
prueba
Tiempo
(minutos)
Plántulas/
manojos
Apreciación
técnica
% Efectividad
AgTe-01
31
7
2
99%
AgTe-02
28
4
2
99%
AgTe-03
30
7
2
99%
AgTe-04
27
4
2
99%
AgTe-05
29
7
2
99%
AgTe-06
26
4
2
99%
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AgTe-07
28
7
3
99%
AgTe-08
25
4
3
99%
AgTe-09
28
7
3
99%
AgTe-10
25
4
3
99%
AgTe-11
28
7
3
99%
AgTe-12
25
4
3
99%
AgTe-13
28
7
3
99%
AgTe-14
25
4
3
99%
AgTe-15
28
7
3
99%
AgTe-16
25
4
3
99%
AgTe-17
28
7
3
99%
AgTe-18
25
4
3
99%
AgTe-19
28
7
3
99%
AgTe-20
25
4
3
99%
Promedio
27,1
5,5
3
99%
Monitoreo del crecimiento
Una vez plantadas, sometimos las plántulas a un monitoreo constante y su medición de crecimiento
mensual. Monitoreamos cada una de las pruebas de forma independiente (Tabla 2).
Tabla 2.
Monitoreo del crecimiento a 30, 60, 90 y 120 días
30 días
60 días
90 días
120 días
37
52
58
67
35
50
56
64
38
53
61
70
37
53
60
68
35
51
57
66
37
53
60
69
37
55
62
70
35
50
57
66
35
49
57
64
34
48
55
64
36
50
57
67
37
51
61
67
36
53
62
67
37
53
60
67
38
55
62
71
37
53
60
69
37
54
62
70
38
54
62
71
35
49
54
65
35
49
54
65
36,3
51,75
58,85
67,35
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El monitoreo demuestra que aplicando el protocolo establecido de deshierbo, abonamientos y
cuidado existe un ligero avance del arroz en campo definitivo plantado con el prototipo de
plantadora de plántulas de arroz, puesto que no sufre maltrato y sus raíces suspendidas en el agua
y en el semillero permite que los brazos de la plantadora con facilidad cojan las plántulas y genere
los manojos para sembrar en la tierra.
Análisis de eficiencia y costes del plante con el prototipo
El proceso de plante involucra la producción de plántula de arroz, el cual varía sus costes de acuerdo
al sistema de germinación (Tabla 3).
Tabla 3.
Análisis de eficiencia y costes del plante
Tipo de trasplante
Tradicional
Con prototipo
Concepto
Unidad de
medida
Cantidad
Precio
Total
Cantidad
Precio
Total
Semilla certificada
Kilos
100,00
3,50
350,00
60,00
3,50
210,00
Siembra semillero
Jornal
1,00
45,00
45,00
1,00
50,00
50,00
Extracción de
plántulas
Jornal
7,00
45,00
315,00
-
-
0,00
Preparación del
terreno
Servicio
1,00
600,00
600,00
1,00
650,00
650,00
Personal para plante
Jornal
20,00
40,00
800,00
-
-
0,00
Combustible
Litros
-
-
0,00
4,00
14,00
56,00
Operarios plante
Jornal
-
-
0,00
2,00
80,00
160,00
Total
2,110.00
1,126.00
Se puede observar que, con el proceso tradicional que utiliza la empresa su proceso de trasplante
cuesta 2,110.00 soles/ha el cual se considera alto debido a que la empresa siembra por año promedio
de 20 ha y se complica la situación del proceso de plante debido a la falta de mano de obra.
CONCLUSIONES
Hemos diseñado, ensamblado y validado una máquina plantadora de plántulas de arroz con
eficiencia de plantar 1 ha en 2 h, satisfaciendo las expectativas en la cadena productiva de arroz con
una exactitud de distancia de plante del 99%, precisión de cálculo de plántulas por manojo de 99%,
cosecha uniforme con un 98% de grano maduro, capacidad de reutilizar sus antiguos semilleros y
con un incremento productivo de al menos el 25% (9,979.5 kg/ha).
FINANCIAMIENTO
Ninguno
CONFLICTO DE INTERESES
No existe ningún tipo de conflicto de interés relacionado con la materia del trabajo.
10 Revista Peruana de Investigación Agropecuaria
Rev. Peru. Investig. Agropecu. 1(2): e22; (jul-dic, 2022)
CONTRIBUCIÓN DE AUTORÍA
Conceptualización: Cabanillas-Pardo, L., Estela-Deza, U. W., Rojas-Casique, J. y Martínez-Guevara, N.
Curación de datos: Cabanillas-Pardo, L., Estela-Deza, U. W., Rojas-Casique, J. L.
Análisis formal: Cabanillas-Pardo, L., Estela-Deza, U. W.
Investigación: Cabanillas-Pardo, L., y Rojas-Casique, J. L.
Metodología: Cabanillas-Pardo, L., Estela-Deza, U. W.
Supervisión: Cabanillas-Pardo, L., Estela-Deza, U. W., Rojas-Casique, J. L. y Martínez-Guevara, N.
Redacción-borrador original: Cabanillas-Pardo, L., Estela-Deza, U. W., Rojas-Casique, J. L. y
Martínez-Guevara, N.
Redacción-revisión y edición: Cabanillas-Pardo, L., Estela-Deza, U. W., Rojas-Casique, J. L. y
Martínez-Guevara, N.
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