9ο Κεφάλαιο: Αποδοτικότητα και Δυνατότητες του Αγροτικού Εξοπλισμού Στόχοι

Transcript

1 9ο Κεφάλαιο: Αποδοτικότητα και Δυνατότητες του Αγροτικού Εξοπλισμού Στόχοι Κατανόηση της έννοιας της Αποδοτικότητας και της εφαρμογής της στις γεωργικές εργασίες. Κατανόηση της έννοιας της Δυνατότητας ενός εξοπλισμού και την εφαρμογή της στα Αγροτικά Μηχανήματα. Γνώση των υπολογισμών της Αποδοτικής Δυνατότητας ενός εξοπλισμού. Γνώση του τρόπου υπολογισμού των Δυνατοτήτων των Αγροτικών Μηχανημάτων. 1

2 Εισαγωγή Αποδοτικότητα σημαίνει να παράγει κάποιος την επιθυμητή ποσότητα με ελάχιστη προσπάθεια και σπαταλώντας όσο το δυνατό λιγότερους πόρους. Αυτός είναι ο στόχος της καθημερινότητας των περισσοτέρων ανθρώπων και στόχος κάθε παραγωγικής διαδικασίας, στο πλαίσιο της οποίας επιδιώκεται η μεγιστοποίηση του οφέλους με όσο το δυνατό μικρότερη θυσία (λιγότερα έξοδα). Οι Γεωργικοί Μηχανικοί προσπαθούν συνεχώς να βελτιώσουν την αποτελεσματικότητα των αγροτικών εργασιών μειώνοντας τις ενεργειακές δαπάνες ή/και τα απόβλητα από κάποια αγροτική ή βιομηχανική επεξεργασία. Η αποδοτικότητα ενός μηχανολογικού εξοπλισμού είναι η εκτίμηση του κατά πόσο η μηχανή αυτή εκτελεί ικανοποιητικά το ρόλο για τον οποίο έχει σχεδιαστεί. Η αξιολόγηση της δυνατότητας ενός μηχανήματος είναι πολύ σημαντική, γιατί όταν η δυνατότητα υποτιμάται, αυξάνεται το κόστος παραγωγής, ενώ όταν υπερτιμάται αυξάνεται το κόστος συντήρησης, το κόστος επισκευών και ενδεχομένως μειώνεται η ωφέλιμη ζωή του μηχανήματος εν γένει. Ικανότητα είναι η μέτρηση του έργου που επιτεύχθηκε Αποδοτικότητα (Efficiency) Σε αυτό το κεφάλαιο θα χρησιμοποιηθεί η έννοια της αποδοτικότητας για να αξιολογήσει πόσο καλά μια μηχανή αποδίδει το προσχεδιασμένο έργο της σε όρους ποσότητας ή/και ποιότητας. Ιδιοκτήτες και χειριστές των γεωργικών επιχειρήσεων ενδιαφέρονται για την αποτελεσματική λειτουργία του εξοπλισμού που διαθέτουν, επειδή η αναποτελεσματική λειτουργία οδηγεί σε μεγαλύτερα λειτουργικά έξοδα και βεβαίως σε μειωμένα κέρδη. Η αποδοτικότητα συνήθως εκφράζεται με το λόγο του οφέλους προς τη θυσία, εκφρασμένο ως ποσοστό (%), διότι είναι αναλογία δύο ποσοτήτων με ίδιες μονάδες, οπότε οι μονάδες αυτές απλοποιούνται. Η μαθηματική έκφραση της αποδοτικότητας παρουσιάζεται με τις ακόλουθες μορφές: H γενική μορφή της Αποδοτικότητας μπορεί να εκφραστεί ως: Η Αποδοτικότητα μπορεί επίσης να εκφραστεί ως αναλογία του τι λαμβάνεται σε σχέση με αυτό που χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή του. Όταν τα παραγόμενα (π.χ. κιλά, ή ώρες κ.λπ.) είναι 9 μονάδες και τα δαπανημένα είναι 10, η αποδοτικότητα είναι: Όταν τα παραγόμενα είναι 5 μονάδες και τα δαπανημένα είναι 10, η αποδοτικότητα είναι: Η Αποδοτικότητα μπορεί επίσης να προσδιοριστεί συγκρίνοντας την πραγματική απόδοση (λαμβάνεται στο τέλος μιας διαδικασίας) προς τη θεωρητική (εξάγεται με βάση τους υπολογισμούς), οπότε ισχύει η εξίσωση: 2

3 Πρέπει να σημειωθεί ότι ο υπολογισμός μιας απόδοσης παρέχει μια μαθηματική απάντηση σε ένα πρόβλημα. Είναι ένα εργαλείο ή μια πληροφορία που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ληφθεί μια απόφαση. Για παράδειγμα, όταν έχει καθορισθεί ότι η αποδοτικότητα των καυσίμων ενός αυτοκινήτου είναι 10 km ανά λίτρο καυσίμου, αυτό δεν είναι επαρκής πληροφορία για το αν η μηχανή λειτουργεί ικανοποιητικά ή όχι. Για να γίνει κάτι τέτοιο πρέπει ο αριθμός που προκύπτει να συγκριθεί με την τιμή που υπάρχει στο εγχειρίδιο του κατασκευαστή ή κάποια άλλα σχετικά δεδομένα και έπειτα να χαρακτηρισθεί ως καλός ή κακός, οπότε με βάση αυτό το συμπέρασμα μπορεί κάποιος να καταλήξει σε σωστή απόφαση Απόδοση Μηχανήματος (Mechanical Efficiency) Μια μηχανή έχει ικανοποιητική απόδοση, αν μετατρέπει τη μια μορφή ενέργειας σε άλλη με ικανοποιητικό τρόπο. Για παράδειγμα, ένας κινητήρας εσωτερικής καύσης μετατρέπει τη χημική ενέργεια των καυσίμων σε κινητική. Ένας κινητήρας εσωτερικής καύσεως δεν είναι 100% αποδοτικός, επειδή δε μετατρέπεται όλη η ενέργεια του καυσίμου σε μηχανική (κινητική). Όπως έχει αναφερθεί και σε προηγούμενο κεφάλαιο (Παράγραφο 4.3), μεγάλη ποσότητα της θερμότητας που παράγεται στον χώρο του κινητήρα διαφεύγει στο περιβάλλον μέσα από το σύστημα ψύξης και το σύστημα απαγωγής των καυσαερίων (εξάτμιση). Ένας κανονικός κινητήρας βενζίνης είναι 22% αποδοτικός ένας κινητήρας diesel είναι 30-33%. Ένας ηλεκτρικός κινητήρας μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε κινητική με απόδοση 95 έως 98%. Τη μεγαλύτερη Αποδοτικότητα την έχουν οι αντλίες θερμότητας οι οποίες έχουν κυκλοφορήσει τα τελευταία χρόνια. Η αποδοστικότητα των μηχανημάτων αυτών μπορεί να φθάσει μέχρι 500% (Field et Solie, 2007). Η αποτελεσματικότητα της μηχανικής ισχύος σε τρένα και άλλα μηχανικά οχήματα καθορίζεται από το αν μπορεί να προσδιοριστεί ο ακριβής αριθμός του λόγου της ενέργειας που δαπανάται για την κίνηση τους προς την ενέργεια που παράγεται Απόδοση κατά την Eφαρμογή (Performance Efficiency) Η αποδοτικότητα αυτή αναφέρεται στην ποιότητα της εργασίας που πραγματοποιείται από ένα σύνολο μηχανημάτων προκειμένου αυτή να ολοκληρωθεί. Όμως η αποδοτικότητα των διαφόρων μηχανημάτων που εμπλέκονται σε μια καλλιέργεια δεν έχει την ίδια βαρύτητα στην τελική διαμόρφωση της αποδοτικότητας ολόκληρης της παραγωγικής διαδικασίας. Για παράδειγμα, σε μια γεωργική επιχείρηση η οποία πουλά σιτάρι η ποιότητα της εργασίας στην πρωτογενή κατεργασία του εδάφους (π.χ. όργωμα) δεν έχει την ίδια συνεισφορά στην κερδοφορία της επιχείρησης με την ποιότητα της εργασίας της θεριζοαλωνιστικής μηχανής. Στη μηχανική συγκομιδή, η αποτελεσματικότητα εκφράζεται με το λόγο της πραγματικής σε σχέση με την επιθυμητή απόδοση. Για παράδειγμα, στην περίπτωση της θεριζοαλωνιστικής η αποδοτικότητά της ορίζεται με το λόγο των συγκομισθέντων κόκκων σιταριού προς το συνολικό αριθμό των κόκκων που υπάρχουν στην καλλιέργεια. Επίσης, η ίδια μηχανή (θεριζοαλωνιστική) μπορεί να αξιολογηθεί σύμφωνα με το ποσό των κατεστραμμένων κόκκων σιταριού. Στην περίπτωση των καρπών η αποδοτικότητα της εργασίας συγκομιδής μπορεί να εκφραστεί με το ποσοστό των μωλωπισμένων καρπών. Γενικά μια θεριζοαλωνιστική μπορεί να εμφανίζει απώλειες κατά τη συγκομιδή, για πολλούς λόγους ορισμένοι από τους οποίους είναι: Aν η θεριστική μονάδα θρυμματίζει τους κόκκους. Aν η αλωνιστική μονάδα δεν ξεχωρίσει τους κόκκους από τα λέπυρα (καθώς αυτοί περνούν μέσα από τη μηχανή). Aν αποτύχει στον καθαρισμό (δηλαδή στην απομάκρυνση των ξένων υλών). Aν στάχυα δεν εισέρθουν στη μηχανή και μείνουν στο χωράφι. Aν σπόροι πέσουν στο έδαφος από διάφορες αιτίες. Aν σπόροι φύγουν στο πίσω μέρος της μηχανής με τα άχυρα και τα λέπυρα. Αυτές οι απώλειες συνήθως εκφράζονται ως ποσοστό της απόδοσης της καλλιέργειας. Η αξιολόγηση των απωλειών της θεριζοαλωνιστικής είναι ένα πρόβλημα πολλαπλών βημάτων. Ο στόχος είναι να εκτιμηθεί το ποσοστό των κόκκων του σιτηρού που αποτυγχάνουν να μπουν στον κάδο συλλογής καρπού. Το πρώτο βήμα 3

4 για την εύρεση της αποτελεσματικότητας της απόδοσης είναι να εξακριβωθεί αν πραγματικά υπάρχει πρόβλημα παρακολουθώντας και μετρώντας τις συνολικές απώλειες στο πίσω μέρος της μηχανής μετά την απομάκρυνσή της. Για τον προσδιορισμό της συνολικής απώλειας σημαδεύεται μια έκταση γνωστής επιφάνειας και γίνεται καταμέτρηση του αριθμού των κόκκων σιταριού που υπάρχει στην περιοχή αυτή. Θα πρέπει να ληφθεί μέριμνα να μετρηθούν οι πεσμένοι σπόροι, πριν περάσει από την επιφάνεια αυτή η θεριζοαλωνιστική, γιατί ενδεχομένως οι σπόροι να βρίσκονται στο έδαφος από κάποιον άλλο λόγο (υπερωρίμανση, καιρικές συνθήκες κ.λπ.). Μετρώντας, επομένως, τους πεσμένους σπόρους αφού περάσει η θεριζοαλωνιστική από την σημαδεμένη περιοχή, δεν υπάρχει καμιά αμφιβολία ότι οι πεσμένοι σπόροι οφείλονται αποκλειστικά στη μειωμένη αποδοτικότητα της εργασίας της συγκομιδής. Η μείωση αυτή αυξάνεται αναλογικά με την αύξηση του αριθμού των σπόρων στο έδαφος. Σχετικά με το όριο, το οποίο αν ξεπεραστεί έχει ως αποτέλεσμα μια παραγωγική διαδικασία να χαρακτηριστεί ως αποδοτική ή όχι, υπάρχει σχετική πληροφόρηση. Οι τιμές εξαρτώνται από το είδος της εργασίας. Για παράδειγμα, στο θεριζοαλωνισμό των σιτηρών έρευνες έχουν δείξει ότι υπό κανονικές συνθήκες ένας έμπειρος χειριστής σε μια θεριζοαλωνιστική μπορεί να έχει απώλειες μικρότερες από 1%. Ωστόσο, απώλειες μέχρι 3% είναι συνηθισμένες Απόδοση στο Xωράφι (Field Efficiency) Η Αποδοτικότητα στο χωράφι χρησιμοποιείται συνήθως για να αξιολογήσει την απόδοση του οργώματος ή των θεριστικών μηχανημάτων. Πρόκειται για μια σύγκριση του θεωρητικού ποσού του παραγόμενου «έργου» (εννοώντας τον όγκο των δραστηριοτήτων και όχι το γινόμενο «δύναμη*απόσταση») μιας μηχανής σε σύγκριση με κείνο που θα πραγματοποιούνταν χωρίς καμία απώλεια χρόνου ή ικανότητας. Το ανώτατο ποσοστό που μπορεί να εκτελέσει ένα μηχάνημα καθορίζεται από το πλάτος της μηχανής και την ταχύτητα της. Όταν μια μηχανή λειτουργεί με σταθερό πλάτος και κινείται με σταθερή ταχύτητα, εκτελεί στο πεδίο εργασία με απόδοση 100%. Ένα μηχάνημα είναι ικανό να λειτουργεί στο χωράφι στο 100% της απόδοσης του μόνο για ένα μικρό χρονικό διάστημα. Η αποδοτικότητα αυτή σταδιακά μειώνεται, καθώς αλλάζει η ταχύτητα του (επιβραδύνει για στροφές, κ.λπ.) ή αλλάζει το πλάτος του (επικαλύψεις στα διάφορα περάσματα από τη μια άκρη του χωραφιού στην άλλη κ.λπ.) Μέτρηση της Aπόδοσης (Capacity) Ο όρος απόδοση χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση της παραγωγικότητας μιας μηχανής. Στη Γεωργία δύο τύποι απόδοσης χρησιμοποιούνται συχνά: η απόδοση σε έκταση (field capacity) και η απόδοση σε υλικό (throughput capacity). H 1 η χρησιμοποιείται στην αξιολόγηση της παραγωγικότητας των μηχανημάτων που χρησιμοποιούνται για την κατεργασία του εδάφους (άροτρα, καλλιεργητές, τρυπάνια, ψεκαστήρες και θεριστικές μηχανές). Η 2 η για να περιγράψει τα μηχανήματα που χειρίζονται ή επεξεργάζονται ένα προϊόν (κοχλιομεταφορείς σιτηρών, πρέσες, μηχανές συλλογής/κοπής και θεριζοαλωνιστικές) με την ποσότητα υλικού που επεξεργάζονται στη μονάδα του χρόνου (Field et Solie, 2007). Μια πρόσθετη έννοια που αφορά και τους δύο τύπους παραγωγικής ικανότητας είναι η διαφορά μεταξύ θεωρητικής και πραγματικής παραγωγικότητας. Αν μια μηχανή οργώματος λειτουργεί σε 100% της απόδοσης, λειτουργεί και στο 100% της ικανότητας. Αυτό ονομάζεται θεωρητική ικανότητα. Η θεωρητική ικανότητα προσδιορίζεται χρησιμοποιώντας το πλάτος της μηχανής και την ταχύτητα μετακίνησης. Πρόβλημα: Να καθοριστεί η θεωρητική ικανότητα πεδίου μιας μηχανής που κινείται με ταχύτητα 5 km h -1 και έχει πλάτος 5 m. Λύση: 4

5 Όταν η μηχανή κινείται με σταθερή ταχύτητα και έχει ένα σταθερό πλάτος, έχει μια θεωρητική αποδοτικότητα 25 στρέμματα/h. Το ποσό βέβαια αυτό μειώνεται όταν υπάρχει είτε απώλεια χρόνου, είτε νεκρός χρόνος χωρίς λειτουργία ή, τέλος, όταν η εργασία εκτελείται με μικρότερο από το μέγιστο πλάτος εργασίας. Στις κοινές αιτίες του χαμένου χρόνου περιλαμβάνονται τα εξής: Μηχανικά προβλήματα. Χρόνος για τη σύνδεση του παρελκομένου μηχανήματος στο γεωργικό ελκυστήρα. Διακοπή εργασίας για γέμισμα σποροκιβωτίων (της σπαρτικής μηχανής) ή ψεκαστικού υγρού (ψεκαστικό μηχάνημα) κ.λπ.. Διάλειμμα χειριστή. Πρόβλημα: Αν υποτεθεί ότι ο χειριστής στο προηγούμενο πρόβλημα είχε μέσο όρο 1 h χαμένου χρόνου ανά 10 ώρες ημερησίως. Ποια είναι η πραγματική του ικανότητα Αποδοτικότητας πεδίου; Λύση: Το πρώτο βήμα είναι να καθοριστεί η αποτελεσματικότητα του χρόνου: Το 2o βήμα είναι να καθοριστεί η πραγματική ικανότητα: Απόδοση σε Yλικό (Throughput Capacity) Κι εδώ ισχύουν οι έννοιες της θεωρητικής και της πραγματικής ικανότητας. Η απόδοση αυτή βασίζεται στο χρόνο, αλλά επειδή συνήθως αναφέρεται στη ροή ενός υλικού μέσα από ένα μηχάνημα, οι μονάδες μπορεί να είναι διαφορετικές από εκείνες που χρησιμοποιούνται για την εύρεση της ικανότητας ενός μηχανήματος. Για παράδειγμα, η απόδοση ενός μηχανήματος δεματιάσματος σανού θα μπορούσε να μετρηθεί χρησιμοποιώντας ως μονάδα τα δέματα ανά ώρα ή τους τόνους ανά ώρα, ή ακόμη και τα στρέμματα την ώρα (Field et Solie, 2007). Πρόβλημα: Ποια είναι η απόδοση ενός μηχανήματος δεματοποίησης χόρτου, εάν είναι γνωστό ότι το μηχάνημα αυτό δεματοποιεί 150 τόνους χόρτου την εβδομάδα και λειτουργεί κατά μέσο όρο 6 h ημερησίως. Λύση: Με τις πληροφορίες που παρέχονται, διαφορετικές μονάδες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τα αποτελέσματα, όπως τόνοι/εβδομάδα, τόνοι/ημέρα ή δέματα/ημέρα. Οι «σωστές» μονάδες είναι αυτές που ταιριάζουν με τις μονάδες που εισήχθησαν. Για αυτό το παράδειγμα υποθέστε πως ο κατασκευαστής υποστηρίζει ότι το μηχάνημα δεματοποίησης έχει μια ικανότητα 6 τόνων την ώρα. Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να καθοριστούν τα αποτελέσματα (αποτελεσματική ταχύτητα μετάδοσης) σε μονάδες τόνου ανά ώρα (ton h 1 ). Γνωρίζοντας την πραγματική ταχύτητα κίνησης για το μηχάνημα δεματιάσματος, να καθοριστεί η απόδοση. Δηλαδή ισχύει ότι: 5

6 9.3. Απόδοση και Γεωργικά Μηχανήματα Το κυριότερο πρόβλημα που αντιμετωπίζει ένας αγρότης σε μια σύγχρονη γεωργική εκμετάλλευση είναι να συνδυάσει το γεωργικό ελκυστήρα στο μέγεθος και τον τύπο των γεωργικών μηχανημάτων που διαθέτει η εκμετάλλευσή του, έτσι ώστε όλες οι εργασίες στο χωράφι να τελειώνουν έγκαιρα και με το μικρότερο κάθε φορά κόστος. Αν ο ελκυστήρας είναι μεγάλος για το μέγεθος των μηχανημάτων, το κόστος εργασίας του παραγόμενου έργου θα είναι υψηλό. Αντίθετα, αν το μέγεθος των μηχανημάτων είναι μεγάλο για τον ελκυστήρα, η απόδοσή του και η ποιότητα της εργασίας είναι δυνατό να μειωθούν ή και να υπερφορτωθεί ο ελκυστήρας, με συνέπεια να προκληθούν δαπανηρές βλάβες. Μερικοί από τους παράγοντες που λαμβάνονται υπόψη κατά την εκλογή της κινητήριας μονάδας είναι: Ο τύπος του κινητήρα. Η μέτρηση της ισχύος. Η αντίσταση του εδάφους για το οποίο προορίζεται. Το μέγεθος του ελκυστήρα. 6

7 Βιβλιογραφία Field, L. H., Solie, B. J., Introduction to Agricultural Engineering Technology: A Problem Solving Approach, Εκδ. Springer, Οκλαχόμα,