TRABAJO DE MAQUINARIA AGRICOLA

TEMAPOTENCIA EN TRACTORES

INTRODUCCIÓN

Desde los inicios de la utilización de los tractores agrícolas se vio la necesidad de

Medir la potencia en las mismas condiciones para poder compararlas y así elegir el más adecuado a cada explotación. Las primeras normas de ensayo para los tractores se dictan en 1919 en el estado de Nebraska y es el Departamento de Ingeniería Agronómica de la Universidad de Lincoln el encargado de realizar los ensayos.Desde entonces se han elaborado muchas normas de ensayo, algunas de ámbito nacional y otras internacionales, algunas de ellas que afectan no solo a los tractores sino a todo tipo de motores. Así tenemos las normas ISO, SAE, DIN, ECE, OCDE, CEE, BS, CUNA, UNE, NF, etc.A la hora de anunciar la potencia del tractor, no existe uniformidad de criterio en la elección de la norma de ensayo, utilizando los distintos fabricantes una de ellas,Generalmente entre las cinco primeras de las citadas anteriormente, con lo que alAgricultor se le crea un verdadero problema para evaluar la idoneidad del tractor para su explotación. Además, en la mayoría de los casos no se indica el número de la norma. Así, si un fabricante nos dice que el motor de su tractor tiene 100 CV según SAE y no nos dice el número de norma, puede estar hablando de potencia bruta, o de potencia neta, pues en ambos casos existe una norma SAE para la medición. Lo mismo podríamos decir de la norma ISO, que tiene norma para los tres tipos de potencia: bruta, neta y útil.En muchos casos, desgraciadamente cada vez menos, los fabricantes indican también la "potencia de homologación" que, en realidad, se trata de la potencia de inscripción, y que es aquella con la que el tractor se inscribe en los Registros deMaquinaria, por ello también es conocida como potencia de la "cartilla". Esta potencia se mide en la Estación de Mecánica Agrícola del MAPA según el código OCDE, aunque también se puede convalidar un ensayo OCDE realizado por el fabricante en otro país.

IMPORTANCIA DE CONOCER LA POTENCIA DE LOS TRACTORES

Hay que tener en cuenta que el tractor es la máquina básica en la agricultura actual. Por ello, es importante que el agricultor conozca bien sus características a la hora de comprarlo para poder adaptarlo a su explotación. De esta forma reducirá los costos de producción, contribuirá al ahorro energético y disminuirá la emisión de elementos contaminantes, nocivos para el medio ambiente. 

 

FORMAS DE MEDIR LA POTENCIA EN LOS TRACTORES AGRÍCOLAS

En un tractor se pueden medir muchas potencias, entre las que destacan la potencia del motor, la potencia a la barra, y la potencia hidráulica. La primera es la que los agricultores comparan a la hora de adquirir un tractor, y la que los fabricantes anuncian en las características del tractor que figuran en los catálogos y otras publicaciones técnicas.

Las distintas normas y códigos de ensayo para medir esta potencia de motor, los podemos separar en tres grupos según el tipo de potencia que miden:   

POTENCIA BRUTA

En este caso, la potencia se mide en el volante de inercia del motor.

De acuerdo con las normas de ensayo, al motor se le quitan una serie de elementos que consumen potencia en su funcionamiento como son: el filtro de aire, el silenciador del escape, el generador de corriente, la bomba de alimentación de combustible, el ventilador, etc. Con ello se consigue obtener toda la potencia que puede suministrar el motor. Esta potencia nunca puede ser alcanzada por el agricultor con su tractor. 

POTENCIA NETA

También en este caso la potencia se mide en el volante de inercia del motor Sin embargo, las normas de ensayo indican que el motor tiene que llevar el mismo equipamiento que cuando está montado en el vehículo, en nuestro caso, en el tractor.

El agricultor podría obtener la potencia medida, siempre que trabajara directamente con el volante de inercia del motor de su tractor, cosa poco probable. 

POTENCIA UTIL

Aquí, la potencia se mide en el eje de la toma de fuerza del tractor .El motor no se saca del tractor, y mantiene todos los elementos que el fabricante ha previsto en su diseño y construcción.

El agricultor podrá obtener la potencia resultante en el ensayo siempre que utilice la toma de fuerza como elemento motriz de una máquina acoplada a ella.

Por este motivo, este es el dato de potencia más interesante para los agricultores.

Este método de medición tiene la ventaja de poder medir la potencia del tractor en cualquier lugar, incluso en pleno campo, existiendo en el mercado varios equipos móviles para efectuar esta medición.

Entre los valores de las tres potencias citadas existen diferencias para un mismo motor. La potencia bruta siempre es mayor que la potencia neta ya que los sistemas y mecanismos que lleva el motor en el segundo caso necesitan potencia para su funcionamiento. De igual manera, la potencia neta es mayor que la potencia útil, ya que, en este último caso, el movimiento del motor tiene que pasar por un embrague y por una serie de engranajes en donde, aunque pocas, se producen pérdidas    

 

ANALISIS DE POTENCIA

                    

  

Velocidad de régimen

n %

BHP

Torque

320

300

280

260

240

220

200

180

160

140

120

100

80

60

40

20

0

160

150

140

130

120

110

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

400 800 1600 2400 3300 4000

n %

Combustible (lb/h)

Torque(lb*píe)

Consumo de combustible(lb*BHP-h)

Torque - Fricción

0.8

0.6

0.4

Combustible (lb*BHP-h)

Potencia alFreno(BHP)

Velocidad del motor (R.P.M)

Velocidad Máxima

DEFINICIONES

DATOS DEL TRACTOR:Para diferenciar variantes, o versiones, del mismo modelo de tractor, losfabricantes acuden en muchos casos, a señalar las diferencias en la transmisiónindicando el número de velocidades (speed) y/o la velocidad máxima de avance para la que está diseñado. Además, normalmente todos los fabricantes indican el tipo de tracción que lleva el tractor con las siguientes indicaciones:2RM: Dos ruedas motrices4RM: Cuatro ruedas motricesCG: Cintas de goma.Art.: Tractores articulados

Potencia de los tractores agrícolas 6 AEA- ASAJA HuescaEn algunos tractores se da la indicación "Emiss. Eng." (Emissionized Engine) o"Em. Comp. Eng." (Emissions Compliant Engine), lo que indica que el motor cumple la normativa de reducción de emisiones nocivas para el medio ambiente, recogida en la Unión Europea en la Directiva 2000/25 CE, relativa a las medidas contra las emisiones de gases y partículas contaminantes procedentes de motores de tractores agrícolas o forestales, que entró en vigor el 1 de enero de 2001.

REGIMEN NOMINAL DEL MOTOREs la velocidad de rotación del motor especificada por el fabricante para el funcionamiento continuo del mismo a plena carga

REGIMEN NORMALIZADO DE LA TOMA DE FUERZALa velocidad de rotación de la toma de fuerza está normalizada en 540 r/min (ejede 6 acanaladuras) y en 1000 r/min (eje de 21 acanaladuras). Los tractores pueden disponer de una o de las dos velocidades de rotación.Cada fabricante decide a que régimen de motor se alcanza el régimen normalizado de la toma de fuerza, y esta relación se indica en las tablas en la columna que sigue a la del régimen nominal del motor.

ENSAYO DE DOS HORAS ALA POTENCIA MAXIMASe mide la potencia máxima haciendo funcionar el tractor a plena carga durante un periodo de dos horas después de un tiempo de calentamiento suficiente para estabilizar las condiciones de funcionamiento.Durante las dos horas deben hacerse no menos de seis lecturas a intervalosregulares de tiempo.Se puede considerar como la potencia máxima que puede proporcionar en motor,medida en la toma de fuerza.

ENSAYO DE POTENCIA MAXIMAAL REGIMEN NOMINAL DEL MOTORIgual que en el caso anterior, pero limitando la velocidad de rotación del motor a laindicada por el fabricante como régimen nominal. También se denomina potencia nominal del tractor

ENSAYO DE POTENCIA MAXIMA AL REGIMEN NORMALISADO DE LA TDFIgual que las anteriores, pero limitando la velocidad de rotación del motor a aquellaen que la toma de fuerza gira al régimen normalizado, bien 540 r/min, o bien 1000 r/min.También se denomina potencia en la toma de fuerza (tfd), y, en nuestro país, potencia de inscripción, ya que con ella se inscriben los tractores en los Registros de Maquinaria.CONSUMO ESPECIFICOMasa de combustible consumida por unidad de trabajo. Se mide en g/kWh(gramos consumidos para proporcionar un kilovatio durante una hora). Para transformar la masa en volumen, hay que saber que la densidad normal del gasóleo es 840 g/litro.Aunque el consumo específico se mide para todas las potencias indicadas, al objeto de simplificar las tablas, solo se indica en las mismas el dato correspondiente al ensayo de dos horas a la potencia máxima.

POTENCIA NOMINAL

Es la potencia que el motor es capaz de producir en condiciones de trabajo normal. Se calcula para unos máximos de presión, velocidad y torque valores que no deben sobrepasar para no averiar el motor. 

La potencia nominal depende, en parte, de la cilindrada del motor. Partiendo de ésta, el fabricante calcula los esfuerzos máximos y las r.p.m. que el motor podrá soportar sin averiarse 

POTENCIA AL VOLANTE O POTENCIA AL FRENO

Es la unidad práctica  para señalar la potencia de un motor. Es la potencia que el motor entrega al eje del cigüeñal. Se puede medir con un freno “Prony” o de un dinamómetro.  

POTENCIA EN LA BARRA DE TIRO

Es la potencia que el tractor desarrolla en las llantas motrices o carriles para moverse a sí mismo y al implemento o carga acoplado al tractor ya que éste requiere un Tiro (fuerza paralela a la dirección de desplazamiento del implemento). 

Esta fuerza de tiro es igual a la suma de las resistencias del suelo y del cultivo y la resistencia al rodamiento del implemento.  

PRESION MEDIA INDICADA

Se entiende por presión media indicada en un cilindro de motor diesel el valor medio de la presión expresada en kilogramo centímetro cuadrado que realmente actúa sobre el embolo en un ciclo completo  

POTENCIA EFECTIVA

Se llama potencia efectiva de un motor al número de caballos de vapor desarrollados por el eje en su platina de acoplamiento. Se llama también potencia al freno en razón de la manera como se determina comúnmente.  

PRESION MEDIA EFECTIVA

Nos ofrece una indicación del empuje de los gases durante las fases de combustión y expansión, así como de las pérdidas por calor o fricción durante un ciclo operativo en un motor. Se trata, por tanto, de un parámetro fundamental para valorar las prestaciones del motor, pues multiplicando la p.m.e por el área de la cabeza del pistón, se obtiene la fuerza media que cada pistón desarrolla en la manivela del cigüeñal. La p.m.e es proporcional al par motor y, para un régimen de rotación determinado, también a la potencia suministrada. Se mide por lo general en kilopascales (kPa) o kg/cm2  

TORQUE

El torque es la fuerza que producen los cuerpos en rotación, recordemos que el motor produce  fuerza en un eje que se encuentra girando. Para medirlo, los ingenieros utilizan un banco ó freno dinamométrico que no es más que una instilación en la que el motor puede girar a toda su capacidad conectado mediante un eje  a un freno o balanza que lo frena en forma gradual y  mide la fuerza con que se está frenando.

 

RELACION ENTRE POTENCIA Y TORQUE

El torque y la potencia son dos indicadores del funcionamiento del motor, nos dicen qué tanta fuerza puede producir y con qué rapidez puede trabajar.

Se llama Torque máximo a la mayor cantidad de fuerza de giro que puede hacer el motor. Esto sucede a cierto número de revoluciones. Siguiendo el  ejemplo de la gráfica en la figura inferior: Un motor con un torque máximo de 125 Nm @ 2500rpm significa que el motor es capaz de producir una fuerza de giro (Técnicamente conocido como “momento”  o “par” torsional) de hasta 125 newton metro cuando está acelerado al máximo y gira a 2500 revoluciones por minuto. Recuerde que el motor esta acelerado al máximo (Técnicamente conocido como WOT ó wide open throttle) y no gira a las máximas revoluciones ya que se encuentra frenado por el freno dinamométrico.

                                                    

Mientras mayor sea el torque máximo de un motor, más fuerte este es. Esto es interesante al momento de comparar motores ya que sin importar el tamaño, el tipo, el sistema de encendido ó el de inyección, un motor  tendrá más fuerza que otro cuando su torque máximo sea mayor. La tendencia mundial es lograr motores con el torque más alto posible en todas las revoluciones y principalmente al arrancar. Este efecto se conoce como “motor plano”

¿Qué pasó con la potencia?

La potencia  indica la rapidez con que puede trabajar el motor. La potencia máxima es el mayor número obtenido de multiplicar el torque del motor por la velocidad de giro en que lo genera.  En el caso de la figura, el motor tiene una potencia máxima de 38 kW @ 3000 rpm.

Potencia = Torque x velocidad angular  

Veamos las unidades:

En el sistema internacional el torque se expresa en Nm (Newton metro)  La potencia se expresa en W (Vatios)  

Debido a que los motores usados en la industria automotriz, tienen muchos vatios se acostumbra usar el kW (Kilovatio) 1kW = 1000 W

EFICIENCIA DEL TRACTOR EN EL CAMPO 

EFECTO DE LA TEMPERATURA EN LA POTENCIA DEL MOTOR

la temperatura afecta principalmente la densidad del aire inducido en los cilindros del  motor y su elevación desminuye la masa del aire entrante el efecto sobre la potencia desarrollada al volante depende de la relación combustible aire en el diseño del motor y también su facilidad para la inducción del aire  

EFECTO DE LA ALTURA SOBRE EL NIVEL DEL MAR

La influencia de altura sobre el nivel del mar en la perdida de potencia es menor en un motor diesel que en un motor de gasolina, en gran altura el motor diesel pierde menos potencia.

En un motor de combustión interna se desarrolla la máxima potencia cuando la máxima cantidad de combustible se quema a la mayor compresión. En un motor de gasolina sin sobrealimentación se pierde el uno por ciento de la potencia por cada 100 metros de elevación a causa de la disminución de la densidad del aire (que supone una disminución de la compresión y la entrada de una menor cantidad de combustible ). El aire enrarecido arrastra menos combustible cuando atraviesa el carburador.

La presión del aire al nivel del mar es aproximadamente de 1.034 Kg/cm2 y a 1800m de altura se reduce a 0.85 Kg/cm2. Además este aire contiene menos oxigeno y el oxigeno es un factor importante en la mezcla de aire y combustible

Porque precisamente es el elemento comburente.

En el motor diesel hay también una perdida de compresión, pero la bomba de combustible no disminuye la cantidad inyectada. Es fácil demostrar que la perdida de potencia de un motor diesel es pequeña, en comparación de un motor de gasolina, a pesar de que en aquel hay cierta perdida de compresión se necesita aproximadamente una compresión de 2605 Kg/cm2 para conseguir la ignición de combustible, al nivel del mar un motor diesel corriente da una compresión de unos 35 Kg/cm2. 

A pesar de que los principales ingenieros no se ponen de acuerdo sobre el valor exacto de la potencia perdida no hay duda alguna de que el motor diesel es positivamente ventajoso a alturas superiores a 2000 m. con esto se comprende claramente que los aeroplanos equipados con motor diesel tienen un plafón mucho mas alto que los equipados con motores de gasolina sin sobrealimentación

EFECTO DEL MAL MANTENIMIENTO EN LA POTENCIA DEL TRACTOR 

Los tractores que operan en el campo comúnmente se exponen a caminos en mal estado, obstáculos, irregularidades del terreno, excesivo frió o calor, presencia de polvo agua barro y contaminantes que hacen necesario el adecuado mantenimiento la maquinaria

Averías en el cilindro:

Con el funcionamiento normal del motor las paredes interiores de los cilindros o de las camisas se van desgastando y al hacerse estos orificios más grandes y ovalados el ajuste entre los segmentos y el cilindro no es perfecto originándose fugas de gases en la compresión y en el trabajo así como pérdidas de potencias.

Síntomas: perdidas de potencia en el motor, consumo excesivo de aceite, salida de gran cantidad de gases por el respiradero del carter, humos azulados por el escape

Averías de la culata:

Un calentamiento excesivo o el desmonte cuando esta aun esta caliente pueden provocar deformaciones en la misma lo que da lugar a que no cierre perfectamente con el bloque

La junta de culata se quema y casi siempre por el mismo sitio

Averías de la junta de culata:

Cuando la culata no asienta bien sobre el bloque, no esta bien apretada sobre este, o aveses por haberse calentado excesivamente el tractor, se quema la junta

Síntomas:

Se nota porque el motor pierde mucha potencia y fallará

Averías de pistón y segmentos:

A lo largo de su funcionamiento las ranuras en la que se alojan los segmentos se van agrandando quedando los segmentos muy holgados en su interior y con el movimiento de vaivén del pistón el aceite de engrase que hay en la pared del cilindro va pasándose a la parte superior del pistón quemándose durante la combustión

Síntomas: consumo excesivo de aceite, perdida de potencia, humos azulados por el escape

Avería de la biela:

La biela tiene un orificio inferior donde va cojido el cigüeñal en esta parte de la biela lleva unos casquillos de un material llamado antifricción. A este material tan pronto como le hace falta el engrase se calienta y se funde, sin esta protección se produce una holgura entre la biela y la muñequilla del cigüeñal de seguir trabajando con una biela fundida es fácil que se rompa el motor

POTENCIA PERDIDA EN LA TRANSMISION 

Las perdidas ocasionadas en la transmisión se deben principalmente a la fricción entre los engranajes y la viscosidad del lubricante

EFECTO DE LA RESISTENCIA AL RODADO

Es la fuerza paralela a la dirección del movimiento requerida para transportar un implemento sobre el suelo.  Esta fuerza llega a ser apreciable cuando se usan implementos pesados en suelos blandos o sueltos. 

En otras palabras es la fuerza que opone el terreno al giro de las ruedas.  El vehículo no se moverá mientras no se venga esta fuerza. 

Muchos factores determinan la resistencia al rodamiento.  Los más importantes son: 

Fricción interna. Flexión en los neumáticos. Penetración en el suelo. Peso sobre las ruedas. Presión y diseño de los neumáticos.

 

Sobre esta base se ha preparado una fórmula para encontrar la resistencia al rodamiento en los vehículos con ruedas: 

Resistencia al Rodamiento (RR)  = Peso sobre las ruedas * Factor RR 

Dado que las condiciones del terreno pueden variar infinitamente, existirá un número infinito de posibles Factores de Resistencia al Rodamiento.  No obstante en la práctica sólo se consideran 5 factores principales para efectos de cálculo.  Se pueden determinar factores intermedios mediante interpolación y cierta experiencia.  

EFECTO DE PATINAMIENTO 

Las mayores pérdidas de energía se producen en la transmisión de potencia en el contacto rueda –suelo. estas pérdidas pueden ser clasificadas en perdidas por rodadura y patinamiento.

La energía demandada por la rodadura se debe a la resistencia que opone el suelo al desplazamiento del tractor y que variara en función del tipo y tamaño de neumático, el peso del tractor y la condición de suelo, está perdida se traduce en una menor capacidad de tiro a la barra ya que esos ¨kilos¨ de esfuerzo adicional que se emplean en el traslado y la compactación del  suelo se deben restar a los kilos potenciales de la barra de tiro.

De este modo el trabajo con  un tractor grande o lastrado para realizar labores livianas demandara un mayor consumo traducido en el campo en una mayor compactación de suelo.

Las pérdidas de patinamiento se producen por el giro en falso de la rueda motriz sobre el suelo y provoca una disminución de la velocidad de avance .esta reducción se verá afectada fundamentalmente por el peso del tractor, el estado y diseño de los neumáticos y por el uso supuesto al estado del suelo.

La incorrecta selección del neumático agrícola ocasiona que en algunos casos l tractor se encuentre subdimensionado en tamaño de rodado y el solo hecho de dotar el mismo equipo con ruedas de mayor diámetro permitiría lograr incrementos superiores al 10% en la potencia a la barra de tiro y reducir el consumo especifica de combustible. Una precisión de inflado excesiva puede provocar un incremento en el patinamiento debido a una disminución de agarre de los rodados.

Las perdidas por patinamiento y rodadura se contraponen ya que en un aumento del lastrado reducirá las perdidas por patinamiento pero al mismo tiempo se incrementará la rodadura por lo cual se debe lograr una situación intermedia donde la reducción de las pérdidas totales sean mínimas.

Par lograr ese equilibrio en los trabajos de tanto esfuerzo de tracción de deber disminuir en forma prioritaria las perdidas por patinamiento empleando tractores pesados o lastrados adecuadamente para lograr como peso ideal uno que nos de una relación aproximada teniendo en cuenta la potencia del tractor e 50 a 60 kg/cv.

Si el tractor nos permite llegar a estos niveles se deberá aumentar la velocidad de trabajo para logar un aprovechamiento total de la potencia

POTENCIA UTIL Y SU RELACION CON LA ENTREGADA POR EL MOTOR 

La potencia entregada por el motor representa la potencia máxima que puede generar el motor sin tener en cuenta los implementos que intervienen en el funcionamiento del tractor. Teniendo en cuenta lo anterior la potencia útil del tractor siempre será menor que la potencia entregada por el motor y la diferencia entre las dos nos indicara la potencia que se disipa entre el motor y el toma de fuerza     

ANALISIS DE FURZAS QUE ATUAN EN EL TRACTOR 

 

 

ANALISIS DE FUERZA QUE ACTUA EN EL TRACTOR EN SUPERFICIE INCLINADA

  

      

 

CONCLUSIONES  

Del siguiente trabajo podemos concluir que:

La potencia en un factor importante en el trabajo agrícola y fuente en el campo es el tractor por ello es importante conocer la potencia de los tractores que hay en el mercado para seleccionar el mas adecuado según el uso que se le valla a dar.

Siendo el tractor una maquina que a veces varia según su diseño en todos podemos distinguir la potencia bruta, potencia al freno y potencia útil

El tractor puede variar su potencia según la altura sobre el nivel del mar, temperatura y mantenimiento  

-los implementos tirados o remolcados obtienen potencia  de la tracción en las ruedas motrices y del tiro o arrastre e la barra de tiro.

BIBLIOGRAFIA

Enrique freixa, motores diesel, séptima edición, Barcelona 1980

Donnell Hunt, maquinaria agrícola, septima edicion, mexico 1991