EL TRACTOR 1.- LOS MOTORES Y SUS CARACTERÍSTICAS

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1 EL TRACTOR 1.- LOS MOTORES Y SUS CARACTERÍSTICAS Los motores que equipan los tractores agrícolas se diferencian de aquellos empleados en vehículos carreteros por poseer las siguientes características: Suministran potencia a bajo régimen. Operan en ambientes difíciles, con mucho polvo en suspensión, con temperaturas muy elevadas o muy bajas, etc. Trabajan en forma estática o a velocidad de avance muy baja. Cuando una fábrica o una empresa de ventas solicitan la homologación del tractor, lo envía a los centros específicos, donde se lo somete a diversos ensayos predeterminados. Estas mediciones se efectúan en bancos de prueba bajo determinadas condiciones y normas establecidas. Al respecto, las normas para mediciones de motores en bancos de prueba más difundidas son: SAE (Norteamericana) establece que para las mediciones, al motor se le deben quitar todos los accesorios que demandan potencia y no son indispensables para su funcionamiento, como por ejemplo, radiador, bomba de agua, escape, ventilador, filtro de aire, alternador, etc. De esta forma se obtienen cifras de potencia elevadas pero que no reflejan las reales condiciones de trabajo. DIN (adoptada por casi toda Europa) establece que al momento de la medición el motor debe funcionar con todos sus accesorios. Los valores obtenidos de esta forma, para un mismo motor, son inferiores a los obtenidos mediante la norma SAE, pero reflejan la real condición de trabajo en la que el motor deberá funcionar. ISO (internacional) e IRAM (nacional): Estas normas son equivalentes y el motor también debe funcionar con todas sus partes estándar, bajo condiciones especificas y buscan medir la potencia útil a la toma de potencia y a la barra de tiro ya que estos son los elementos que emplea el productor en su trabajo cotidiano. Esta medición resulta inferior en valores del 4 al 7 % respecto de la medida al volante a consecuencia de las absorciones de potencia de la transmisión. En la Argentina, el Instituto de Ingeniería Rural del INTA Castelar emplea la norma IRAM para la realización de los ensayos de laboratorio. De estos ensayos surgen las curvas características del motor potencia, cupla motriz, consumo horario y consumo específico a distintos regímenes. (Fig. N 1) Cátedra: Mecanización Agrícola Facultad de Ciencias Agropecuarias. UNER - 1

2 Fig. n 1: Curvas características del motor Para la obtención de las curvas mencionadas se coloca el motor en un banco de pruebas y se lo hace funcionar a régimen máximo. Como no se le demanda esfuerzo, produce solo la potencia necesaria para vencer su propio rozamiento (no genera potencia aprovechable). El regulador de la bomba inyectora se encuentra totalmente cerrado limitando la cantidad de combustible que llega a los cilindros, a fin de evitar un excesivo régimen de giro que sería perjudicial para el motor. A medida que le aplicamos una cupla (fuerza) frenante, el motor reduce su régimen de giro, el regulador da la orden a la bomba inyectora de enviar mayor cantidad de combustible y por consiguiente aumenta paulatinamente la generación de cupla o par motor necesaria para superar su rozamiento interno y satisfacer la demanda de esfuerzo. Sometiendo el motor a un mayor esfuerzo frenante, éste reduce aun mas su régimen de giro, el regulador da la orden a la bomba inyectora de enviar mayor cantidad de combustible y por consiguiente aumenta nuevamente la cupla generada y la potencia erogada, entregando en este caso la necesaria para superar su rozamiento y satisfacer la nueva demanda de esfuerzo. Siguiendo con este proceso se llega al régimen de potencia máxima, donde el regulador se encuentra totalmente abierto (máxima cantidad de combustible y por lo tanto una generación de potencia máxima). Con estos ensayos se va graficando la curva de par motor. Con los valores de ésta en cada régimen de trabajo, se calculan los valores de potencia erogada y se confecciona la curva de potencia correspondiente. Cátedra: Mecanización Agrícola Facultad de Ciencias Agropecuarias. UNER - 2

3 Además en cada determinación de esfuerzos a que es sometido el motor, se mide el consumo de combustible en función del tiempo de marcha en cada uno de los regimenes ensayados, estableciéndose así la curva de consumo horario. Relacionando estos valores con la potencia erogada en cada punto se van calculando los consumos por unidad de potencia, con lo que se confecciona la curva de consumo especifico. LA POTENCIA La potencia es la medida del trabajo efectuado (fuerza por distancia) por unidad de tiempo N = F * t d Como la distancia divida por el tiempo es velocidad ( d / t= V ), la potencia será igual al producto de la fuerza por la velocidad. N = F* v En los tractores la potencia erogada por el motor normalmente viene expresada en CV (Caballos Vapor), en HP (Horse Power) o en Kw. (kilowat). Esta última es la unidad de medida adoptada por el Sistema Internacional de Unidades. Un CV se define como el trabajo desarrollado para elevar una masa de 75 Kg. a una velocidad de un metro por segundo, es decir que 1 CV es igual a 75 kgm/seg., equivalente a la potencia necesaria para levantar un peso de 75 Kg. a una altura de 1 metro en un segundo. TABLA DE EQUIVALENCIAS 1CV = 0,736 KW 1HP = 0,746 KW 1Kw = 1,360 CV 1Kw = 1,341 HP 1HP = 1,015 CV TABLA DE CONVERSIÓN Unidades Multiplicar por De HP a CV 1,014 De CV a HP 0,986 De CV a KW 0,735 De KW a CV 1,360 De HP a KW 0,745 De KW a HP 1,341 De Kgm a Nm 9,806 De Nm a Kgm 0,102 La potencia que puede erogar un motor depende de muchos parámetros, entre los cuales los más importantes son: La cilindrada. El numero de giros o revoluciones por minuto (rpm.) La presión media efectiva en el interior de los cilindros o relación de compresión. Cátedra: Mecanización Agrícola Facultad de Ciencias Agropecuarias. UNER - 3

4 Para que un motor desarrolle su potencia, es necesario que ésta sea requerida, por lo que necesita una cierta carga, ya que un motor que gira en vacío no eroga, mas que la potencia mínima necesaria para el movimiento de los propios órganos internos. CUPLA MOTRIZ, TORQUE O PAR MOTOR La cupla, torque o par motor (M), viene expresada en Kgm o en Nm y esta dada por el producto de la fuerza tangencial (f), que hace rotar un árbol y el radio (r) del árbol mismo, (es el esfuerzo torsor que ejerce el motor al girar, generando así un momento M que toma, precisamente el nombre de Cupla Motriz (M). M = f* r r f Conociendo la Cupla motriz de un motor y su régimen de giro, mediante la siguiente formula, se puede determinar la potencia que puede erogar. N = Donde: N = potencia expresada en CV M = cupla, torque o par motor, en Kgm n = número de giros por minuto (rpm). M*n 716,2 Así por ejemplo, un tractor, cuyo motor desarrolla una cupla motriz máxima de 33,3 Kgm a un régimen de 1400 r.p.m., tendrá una potencia de: 33,3*1400 N = = 65CV 716,2 El mismo motor, al régimen de potencia máxima de r.p.m., desarrolla una cupla de 26 Kgm. Por lo tanto la potencia erogada será: 26* 2200 N = = 79, 7CV 716,2 Si analizamos estos dos casos, veremos que si bien el par motor disminuye de 33,3 a 26 kgm., el régimen de giro pasa de 1400 a 2200 r.p.m. y esto hace que la potencia (fuerza por velocidad) se incremente de 65 a 79,7 CV. Dicho de otra manera al ser mayor el aumento proporcional del régimen que la disminución de la fuerza se obtiene un incremento en la potencia erogada. Cátedra: Mecanización Agrícola Facultad de Ciencias Agropecuarias. UNER - 4

5 De esto se deduce que la cupla motriz alcanza su máximo valor a bajos regímenes, mientras que la potencia registra el valor máximo a regímenes mas realzados RESERVA DE PAR MOTOR La reserva de par es la diferencia entre los valores de par máximo y de par a potencia máxima, referida al par a potencia máxima, expresada porcentualmente. Donde: RM = Reserva de par M max = Par máximo MNmax =Par a potencia máxima RM Mmax MNmax = *100 MNmax En la curva de par, la reserva se representa por un segmento paralelo al eje de las ordenadas que va desde el punto de par a potencia máxima hasta la proyección horizontal del punto correspondiente a par máximo. (Fig N 3) Par motor Nm. Kgm Mmax Reserva de par MNmax Régimen motor Fig. n 3: curva característica de entrega de la cupla motriz Elasticidad motor La conveniencia que un tractor posea alta reserva de par, esta dada por el hecho que ante un momentáneo aumento en la demanda de carga, pueda hacer frente al mismo, acudiendo a la reserva de par, sin necesidad de realizar un cambio de marcha. Es indudable que la importancia de poseer un tractor con elevada reserva de par, se torna prioritaria cuando estamos efectuando tareas que demandan altos esfuerzos a la barra de tiro, como lo son las labores de labranza. Cátedra: Mecanización Agrícola Facultad de Ciencias Agropecuarias. UNER - 5

6 Las tareas que demandan al tractor, bajos esfuerzos de tracción, minimizan la importancia de poseer un tractor con alto valor de reserva de par. Es de tener en cuenta que la función para la que ha sido diseñado el tractor, es la de traccionar distintos implementos, y debe estar capacitado para acudir a su reserva de par cuando necesite sortear una mayor demanda de esfuerzo momentáneo Los valores razonables de reserva de par oscilan entre 15% y 30%. Valores inferiores al 15% se consideran bajos, adaptándose mejor estos tractores para tareas que requieren poco esfuerzo de tracción como lo son: la siembra convencional, pulverización, traslado de acoplados, etc. Valores superiores a 30% no son comunes de observar y le brindaría al tractor una mejor prestación en tareas de alta demanda de esfuerzos de tracción, como sería el caso de labores de labranza. ELASTICIDAD DEL MOTOR Al concepto de reserva de par, es necesario agregarle el de elasticidad del motor (Fig. 3); este surge de los resultados extraídos de los ensayos, relacionando el desarrollo de la curva de cupla del motor, en función del número de giros del mismo. La elasticidad de un motor se representa, en la curva de par, con un área comprendida entre ésa curva, la línea paralela al eje de ordenadas (a partir del punto de par a potencia máxima) y la paralela a la abscisa (a partir del punto de par máximo). Según el desarrollo de esta curva los motores son definidos como elásticos o rígidos: Son elásticos aquellos motores en los cuales el desarrollo de la curva de cupla presenta un valor de par a potencia máximo que aumenta gradualmente al decrecer el régimen de giro en un intervalo relativamente grande. En estos casos la diferencia entre el valor de cupla máxima y el valor de cupla a potencia máxima se registra en un amplio rango de giros del motor. Esto permite que los tractores con motores de elevada reserva de cupla en un amplio rango de revoluciones puedan hacer frente a aumentos considerables y paulatinos de carga, sin tener que cambiar de marcha; garantizando así una mejor funcionalidad operativa. Son rígidos aquellos motores en donde la variación de los valores de par a potencia máxima y par máximo se registra en un rango de revoluciones menor al anterior, determinando por lo tanto, un área menor que los elásticos. Un motor con mayor reserva de par, no necesariamente es más elástico que otro con menor reserva, ya que es importante determinar en que rango de revoluciones se entrega la misma. A manera de ejemplo analizamos las características de dos tractores distintos: Tractor (a) cuyo motor presenta un par a potencia máxima de 28 kgm a 2400 r.p.m. y un par máximo de 35 kgm a 1200 r.p.m. Tractor (b) que presenta un par a potencia máxima de 29 kgm. a 2200 r.p.m. y un par máximo de 36,25 kgm. a 1400 r.p.m. Cátedra: Mecanización Agrícola Facultad de Ciencias Agropecuarias. UNER - 6

7 Si calculamos la reserva de par veremos que es igual en los dos tractores, pero el tractor (a) la utiliza en una mayor amplitud de régimen, por lo que éste es mas elástico, teniendo la posibilidad de acudir a su reserva en forma mas paulatina; en cambio el tractor (b) al ser menos elástico tenderá a agotar su reserva en forma relativamente rápida CONSUMO Al hablar de consumo debemos definir previamente dos conceptos: consumo horario y consumo específico. El consumo horario se define como la cantidad de combustible consumido por un motor en una hora (gramos/horas), si tenemos en cuenta el peso específico del gas oil que es de 0,840 Kg/lt lo podemos expresar en litros/hora. El consumo específico se define como la cantidad de combustible consumido en una hora, por unidad de potencia erogada (gr./cv/hora). Esto depende de las características intrínsecas del motor, de su diseño, de la carga que de el se demande y por ende de la potencia erogada. El consumo, especifico a plena carga, habitualmente se sitúa entre los gr./cv/h. Al disminuir la carga, el consumo horario disminuye, pero el específico aumenta y disminuye así el rendimiento del combustible utilizado para cada unidad de potencia erogada. Por ejemplo un tractor que erogue una potencia de 100 CV a 2500 revoluciones por minuto (rpm.) tendrá un consumo horario aproximado de 20 l.; teniendo en cuenta el peso específico del gasoil (840 gr/l) diríamos que su consumo horario es de gr. El consumo especifico será de gr/100cv/1h, o sea de 168 gr/cv/h. Mientras que el mismo tractor manteniendo las 2500 rpm pero con una carga que demande una potencia de solo el 50% de su valor máximo (50 CV) tendrá un consumo horario aproximado de 13 l. ( gr/h) resultado por lo tanto un consumo específico de 218,4 gr/cv/h. El primero de los ejemplos corresponde a un optimo de aprovechamiento de la potencia erogable, mientras que en el segundo caso existe una subutilización de la potencia disponible ya que si bien, por un lado, existe una disminución del consumo horario, por el otro se evidencia un aumento del consumo específico; esto ocurre cuando los equipos son muy chicos y exigen poco al tractor al cual van acoplados. Por lo tanto el motor ofrece sus mejores prestaciones y los menores consumos específicos cuando se utiliza prácticamente toda la potencia que puede erogar. De esto se desprende que para que el motor del tractor este racionalmente utilizado debiera estar empleado a régimen nominal (rpm. cercanas al régimen de potencia máxima), donde se Cátedra: Mecanización Agrícola Facultad de Ciencias Agropecuarias. UNER - 7

8 obtiene el mayor rendimiento por unidad de combustible y por lo tanto, el menor consumo específico. De los ensayos realizados en el banco de pruebas se obtienen las curvas de consumo horario (Fig. N 4) y consumo especifico (Fig. N 5) las cuales son particulares y diferentes para cada motor. Relacionando el consumo específico y el consumo horario, podemos calcular por ejemplo, el consumo específico de un motor que eroga una potencia máxima de 158 CV. a 2420 rpm., con un consumo horario de 32 l/h., de la siguiente manera: Cons. horar. C. Esp. = p. esp. gas N oil 32l/ h C. Esp. = 840gr/ l= 170,12gr/ CV/ h 158CV Concluyendo que el consumo específico en esa situación será de 170,12 gr/cv/h. EJERCICIOS 1) Calcular la potencia que entrega un motor a régimen nominal de 2200 rpm. si a ese régimen eroga un par motor de 43,5 kgm. 43,5*2200 N = 716,2 N =103, 62CV Respuesta: La potencia entregada a 2200 rpm será de 103,62 CV. 2) Cual será el par motor a potencia máxima, que posee el motor de un tractor que entrega una potencia máxima de 158 CV a 2430 r.p.m.. Respuesta: El par motor a potencia máxima será de 46,57 kgm. 3) Calcular el par motor a potencia máxima entregado por un motor cuya potencia máxima es de 88 CV a 2300 rpm. Respuesta: N = 27,40 kgm. 4) Calcular el régimen nominal de un motor que eroga una potencia nominal de 160 CV y un par a régimen nominal de 50 kgm. Respuesta: régimen nominal = 2292 rpm 5) Un motor posee un par máximo de 55 kgm. a 1600 rpm. Calcular la potencia entregada por éste motor a régimen de par máximo. Respuesta: N = 122,87 CV Cátedra: Mecanización Agrícola Facultad de Ciencias Agropecuarias. UNER - 8

9 6) El motor de un tractor posee un par máximo de 54 kgm. a 1700 rpm. y un par a potencia máxima de 46 kgm. a 2420 rpm. Calcular la reserva de par. RM = 46 *100 RM =17,40kgm. 7) Calcule la reserva de par de un motor que posee un par a potencia máxima de 28 kgm. y un par máximo de 36 kgm. Opine sobre el valor hallado. Respuesta: la RM es del 28,57%. Es una buena reserva ya que está cercana al 30 %. 8) El par máximo de un motor es de 45,5 kgm y su par a potencia máxima a 2100 rpm. es de 40 kgm. Calcule la reserva de par y opine sobre su valor. Respuesta: La reserva de par es de 13,75%. Es una reserva muy baja, se adaptaría para tareas de bajas demanda de esfuerzos. 9) La potencia máxima de un motor es de 87 CV a 2350 rpm. Calcule el consumo horario a régimen de potencia máxima si presenta un consumo específico de 184 gr/cv/h. Respuesta: el consumo horario es 19,06 lt/h. 10) La potencia máxima erogada por un motor es de 135 CV a 2250 rpm., con un consumo horario a potencia máxima de 27 l/h. La potencia entregada, a par máximo de 1750 rpm. es de 118 CV.con un consumo horario de 20,8 l/h. Calcule el consumo específico a régimen de potencia máxima y de par máximo Respuesta: C. esp a N máx. = 168 gr/cv/h C. esp. a M máx. = 148 gr/cv/h Cátedra: Mecanización Agrícola Facultad de Ciencias Agropecuarias. UNER - 9

10 2.- CLASIFICACIÓN DE LOS TRACTORES En función del sistema de tracción los tractores se pueden clasificar en cuatro grandes grupos: De tracción simple (TS): poseen ruedas posteriores motrices y ruedas anteriores directrices más pequeñas De doble tracción asistidos (DT): poseen ruedas posteriores motrices y ruedas delanteras mas chicas con función directriz y motriz. De doble tracción articulado (DTA): las ruedas anteriores y posteriores son del mismo tamaño y todas cumplen la función de tracción y para la dirección poseen un chasis articulado con pivote. Con orugas (O): la función de propulsión es desarrollada por las orugas accionadas por las ruedas dentadas motrices y toda la masa del tractor se descarga sobre la superficie de apoyo de las orugas que se desplazan entre los dos ejes. Estas configuraciones estructurales de los tractores inciden en las prestaciones de los diversos modelos, debido a las posibilidades de tracción y a la distribución del peso del tractor tanto en forma estática como dinámica. Los tractores de DT, DTA, y O (en ese orden) a paridad de potencia, tienen un mayor peso adherente respecto de los de TS. En general, la relación peso/potencia (cociente entre el peso del tractor y su potencia) sin utilización de lastres, es del orden de Kg/CV para los modelos TS, de Kg/CV para los modelos de DT, del orden de los 50 Kg/CV para los DTA y superiores a 60 Kg/CV para los modelos de oruga. Otro dato importante es la distribución estática y dinámica de peso. La primera se refiere a cuanto del peso total del tractor incide en los ejes delanteros y traseros, mientras que la distribución dinámica es el reparto de peso que se obtiene en situación de trabajo y surge de la transferencia dinámica de peso del implemento al eje trasero. En los tractores de TS el peso se reparte, aproximadamente con un 30 % en el eje delantero y un 70 % en el eje trasero; en forma dinámica se transforman en 20 % en el eje delantero y 80 % en el eje trasero. El 20 % del peso en el eje delantero es el mínimo necesario para conservar la dirección del tractor. Los tractores de DT tienen un peso estático de 45% en el eje anterior y un 55 % en el eje posterior que se transforman en 35 y 65 % respectivamente en forma dinámica. Las unidades de DTA poseen un peso estático de 60 % y 40 % en el eje delantero y trasero respectivamente para lograr que los dos ejes posean igual peso dinámico cuando el tractor se encuentra trabajando. Finalmente en los tractores con orugas el peso se distribuye uniformemente en toda la superficie apoyo. Cátedra: Mecanización Agrícola Facultad de Ciencias Agropecuarias. UNER - 10

11 De esto se desprende que los tractores de doble tracción y aquellos a orugas, tienen la mayor adherencia (ya que toda la masa actúa sobre los órganos de propulsión) y además a igualdad de potencia tienen mayor peso que los tractores de TS. Estas características le brindan a este tipo de tractores la posibilidad de utilizar mejor la potencia del motor para ejercer altos esfuerzos de tracción ya que esta cuestión depende básicamente de la masa adherente. Al cuantificar tal diferencia de prestaciones de un tractor de DT respecto a un tractor de TS podemos mencionar que el incremento de fuerza de tracción es del orden del % en condiciones normales de trabajo. Pero puede resultar todavía más elevado si las condiciones de trabajo se hacen difíciles, donde la mayor velocidad puede permitir cubrir superficies de un 8 a un10 % más elevada. 3.- POTENCIA AL MOTOR Y POTENCIA DISPONIBLE PARA TRACCIÓN. La potencia que un tractor eroga en el volante del motor, es siempre superior a la potencia que esta en condiciones de proveer a la máquina que acciona. De acuerdo al tipo de acoplamiento y a las diversas condiciones de trabajo, se verifican muchas y diversas absorciones o pérdidas de potencia que pueden ser atribuidas a: a) Los órganos de transmisión, (caja de velocidad, diferencial, reductores, etc.) b) La toma de potencia (TDP) c) Los sistemas hidráulicos d) El patinamiento de las ruedas motrices. e) Las eventuales pendientes del terreno f) La resistencia al avance del tractor (rodadura) a) Absorción de potencia debido a la transmisión: esta causada por el roce propio de los órganos en la transmisión del movimiento del árbol motor a los sistemas de propulsión y alcanzan aproximadamente valores del 7 al 13 % de la potencia del motor en los tractores de TS, y del 12 al 16 % para los tractores de DTA; para los asistidos (DT) sus pérdidas toman valores intermedios. b) Absorción de potencia debido a la toma de potencia: como consecuencia del rozamiento interno que se tiene en la transmisión del movimiento a la toma de potencia cuando está en funcionamiento. Ella resulta aproximadamente del 3 al 6 % de la potencia del motor, por lo cual, si el tractor opera solamente a punto fijo, mediante la TDP, la potencia disponible es del orden del 94 al 97 % de la que eroga el motor. c) Absorción de potencia debido al elevador hidráulico: deriva del gasto de energía necesario para el movimiento del fluido en el sistema mismo, cuando el tractor está trabajando con una máquina montada al tres puntos o acciona un implemento mediante el control remoto. En los breves tiempos (3 a 5 segundos) en los cuales se procede a la elevación o descenso del implemento, la absorción de potencia puede ser del 25 al 30 % de la del motor. d) Absorción de potencia por patinamiento: para que el tractor ejercite una fuerza de tracción, es inevitable un cierto patinaje entre los órganos de propulsión y el terreno con la consiguiente dispersión de potencia. El estudio de la particular relación que se establece entre los órganos de propulsión y el terreno, Cátedra: Mecanización Agrícola Facultad de Ciencias Agropecuarias. UNER - 11

12 ha demostrado que inicialmente la fuerza de tracción aumenta rápidamente con el crecimiento del patinaje, para luego estabilizarse o directamente disminuir arriba de determinados valores (Fig. n 6) La absorción de potencia para vencer el patinaje de los tractores a ruedas y de orugas, alcanza valores del 12 al 20 % y del 5 al l0 % respectivamente, de la potencia del motor. Fig. n 6: Fuerza de tracción en función del % de patinaje. 1) tierra removida o laboreada 2) rastrojo de trigo El patinamiento se puede determinar prácticamente de dos maneras: 1.- Se marca una distancia conocida, por ejemplo 50 m., a la velocidad de trabajo y con el tractor en vacío (sin implemento) se recorre dicha distancia contando las vueltas que dio la rueda tractiva para recorrer esa distancia (por ejem.10 vueltas). A continuación a la misma velocidad y con el implemento trabajando (tractor traccionando) se recorre la misma distancia, contando nuevamente las vueltas que ha dado la rueda tractiva para cubrir la distancia (por ejemplo 12 vueltas). Para determinar el porcentaje de patinamiento realizamos la siguiente operación % patinam = * 100 = 10 20% 2.- A velocidad de trabajo y con el tractor en vacío se comienza a marchar hasta que la rueda tractiva da determinado número de giros (por ejemplo 15 vueltas) y se mide la distancia recorrida (60 metros por ejemplo). A continuación, a la misma velocidad y con el implemento trabajando (tractor traccionando) se hace girar el mismo número de vueltas de la rueda y se mide la distancia que recorrió (por ejemplo 52 metros). Para la determinación del porcentaje de patinamiento realizamos la siguiente operación % patinamien to = *100 = 15,38% 52 Cátedra: Mecanización Agrícola Facultad de Ciencias Agropecuarias. UNER - 12

13 e) Absorción de potencia debido a las pendientes: su magnitud esta en relación directa con el grado de pendiente, la masa total (masa del tractor mas máquinas montadas o traccionadas) y con la velocidad de avance. Para pendientes inferiores al 5 % las pérdidas de potencias no son significativas, en cambio para pendientes del orden del 5 al 10% las perdidas son del orden del 15 al 20 % de la potencia del motor. Cabe aclarar que cuando el tractor esta en trabajo, a favor de la pendiente, dicha absorción de potencia no existe, sino que por el contrario aumentan los valores de potencia disponible. f) Absorción de potencia para vencer las resistencias al avance (rodadura): deriva de la resistencia que opone el suelo al desplazamiento del tractor. Esta 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 de la barra de tiro. De este modo el trabajo con un tractor lastrado para labores livianas, demandara un mayor consumo de combustible y una mayor compactación del suelo. Generalmente, como valor medio, para las velocidades más comunes y en las condiciones normales de empleo, las absorciones para vencer la resistencia al avance (rodadura) están comprendidas entre el 5 al 15 % de la potencia del motor. La potencia absorbida para vencer tal resistencia depende del coeficiente de resistencia al avance (K) dicho coeficiente de rodadura, variara en función del tipo de neumático (ancho y diámetro), del peso del tractor, su distribución y la condición del suelo. Para el cálculo de su valor se detalla la formula correspondiente: 1,2 K = + 0,04 Cn IC* b* d Cn= Qa/ 2 Donde: IC = índice de cono expresado en PSI. b = ancho del neumático en pulgadas. d = diámetro del neumático en pulgadas. Qa = peso dinámico sobre las ruedas traseras La absorción de potencia, para vencer la resistencia al avance, depende de factores que se definen e interactúan de la siguiente forma: Índice de Cono (IC): es un valor que se obtiene a través del penetrómetro y nos indica el grado de dureza que tiene el suelo. por ejemplo, para un suelo arado toma valores de alrededor de 80 PSI (Lib./pulgada 2 ), para un suelo de pradera oscila alrededor de 120 PSI y valores por encima de 180 PSI corresponden a un suelo de un camino (tabla N 1). A medida que mayor es la dureza del suelo (IC mas alto) mayor será el Cn, menor será el coeficiente de rodadura y por lo tanto menor la resistencia que opone el suelo al desplazamiento del tractor. Cátedra: Mecanización Agrícola Facultad de Ciencias Agropecuarias. UNER - 13

14 Condiciones de suelo PSI. ARROCERA 30 SUELTO FRANCO 60 LABRADO 80 PRADERA 120 COMPACTADO 180 CAMINO VECINAL 220 Fig. n 1: I. C. para distintas condiciones de suelo Ancho (b) y diámetro (d) del neumático: debido a que la rodadura es causada por el hundimiento de la rueda, la resistencia al avance tiende a disminuir con el aumento del ancho y diámetro del neumático. Al aumentar los valores de b y d disminuye la presión especifica por lo que resultara mas fácil trepar esa cuesta que se opone al avance del tractor. Peso dinámico del eje trasero (Qa): a medida que aumenta el peso del tractor, mayor será el peso en el eje trasero y por lo tanto mayor la resistencia que se opone al avance del tractor. A β B β Fig. n 7 A) hidroinflado al 25 % y sin lastrado B) hidroinflado al 75 % y conlastrado Este concepto es importante para realizar el correcto lastrado del tractor según sea el esfuerzo de tracción necesario ya que un elevado peso del mismo en condiciones de bajo esfuerzo de tracción redundara en un aumento del ángulo de rodadura a vencer con mayor absorción de potencia por rodadura y aumento del consumo de gasoil. (Fig. n 7) Globalmente, las absorciones de potencia en las condiciones normales de empleo y en terrenos planos, alcanzan valores del % de la potencia del motor, para los tractores a ruedas y del 40 % aproximadamente, para los tractores a orugas. Esto significa que, si se verifican contemporáneamente todas las pérdidas señaladas, en las condiciones de trabajo, la potencia disponible para accionar las máquinas operatrices no va mas allá del % de la potencia del motor. Dichas adsorciones de potencia, empero, pueden no verificarse contemporáneamente, en cuanto Cátedra: Mecanización Agrícola Facultad de Ciencias Agropecuarias. UNER - 14

15 el tractor, como se ha expuesto antes, puede erogar su potencia solo corno fuerza de tracción al gancho o solo como cupla motriz a la toma de fuerza. En función de estas diversas posibilidades de utilización, un tractor, según que sea de TS o DT, o Orugas, puede proporcionar diversas prestaciones que pueden estar expresadas a través del Índice de utilización de la potencia y/o de la masa Índice de utilización de la potencia(ip): es la relación entre la potencia utilizada por el implemento y la potencia máxima erogable por el motor. La potencia a la barra de tiro que demanda un implemento estará dada por el esfuerzo de tracción requerido y por la velocidad de avance. Para su cálculo se utiliza la siguiente formula: Donde: N = potencia al gancho (CV) T = esfuerzo de tracción al gancho (Kg) V = velocidad de avance (km/h) N = T * V 270 Índice de utilización de la masa (im) dado por la relación de la fuerza de tracción ejercida al gancho y la masa del tractor. Estos índices dan la medida del grado de aprovechamiento del tractor, globalmente indicada a través del índice de eficiencia, expresado por el producto de los mismos. CAPACIDAD DE TRACCIÓN La máxima capacidad de tracción realizable en Kg. y para determinadas condiciones de trabajo estará dada por la siguiente expresión: Donde: T = capacidad de tracción en Kg. t= coeficiente de eficiencia tractiva Qa= peso dinámico sobre las ruedas traseras T = t* Qa Para el cálculo del coeficiente de eficiencia tractiva (t) se puede utilizar el modelo de Wisner, M. y Lutz, R. que integra y valoriza cada una de las variables que inciden en la capacidad de tracción. El modelo es el siguiente: t: Coeficiente de eficiencia tractiva S: patinamiento expresado en tanto por uno K: coeficiente de rodadura = 1,2/Cn + 0,04 Cn = Ic. * b * d Qa/2 Ic. : Índice de cono; b: Ancho de neumático; d: Diámetro del neumático; Qa: Peso dinámico del eje trasero Cátedra: Mecanización Agrícola Facultad de Ciencias Agropecuarias. UNER - 15 t e 0,3* S* Cn = 0,75* 1 [ K]

16 Esta fórmula para el cálculo de la capacidad de tracción se puede dividir básicamente en dos términos, el 1 ro indica la capacidad potencial de tracción que tendría el tractor si no tuviese pérdidas por rodadura, y el 2 do de los términos indica la magnitud de las perdidas por rodadura. La pérdida total por rodadura (en Kg.) se calcula de la siguiente forma: Donde: K = coeficiente de rodadura. Qa = peso dinámico del eje trasero del tractor. rodadura = K* Qa Cátedra: Mecanización Agrícola Facultad de Ciencias Agropecuarias. UNER - 16

17 ESQUEMA DE LAS ABSORCIONES DE POTENCIA Absorciones o Perdidas de potencia y fuerza de tracción disponible al gancho, referida a un tractor de TS con potencia al motor de 100 CV kg. de peso y trabajando a 5 Km./h. de velocidad y otra referida a un tractor de DT con potencia al motor de 100 CV., 4250 kg de peso y a una velocidad de 5 Km/h. 100 CV Perd. transmisión y sistema hid. 13 CV Perd. patinamiento 13 CV 69 CV Perd. rodadura 5 CV Potencia disponible al gancho: 69 CV. Capacidad de tracción: 1870 Kg. Índice de masa: 53 % Índice de Potencia: 34,6 % 100 CV Perd. transmisión y sistema hid. 17 CV Perd. patinamiento 12 CV 65 CV Perd. rodadura 6 CV Potencia disponible al gancho: 65 CV. Capacidad de tracción: 2750 Kg. Índice de masa: 64 % Índice de Potencia: 51 % Se ve así, que aunque el tractor de TS tiene una mayor potencia disponible al gancho (69 contra 65 CV) el mismo esta en condiciones de ejercitar una fuerza de tracción de solamente 1870 Kg. contra los 2750 Kg. del tractor de DT. En el tractor de DT la potencia utilizable al gancho, en las condiciones de trabajo se corresponde a la potencia disponible, mientras que en el tractor de TS, a bajas velocidades, la Cátedra: Mecanización Agrícola Facultad de Ciencias Agropecuarias. UNER - 17

18 potencia realmente utilizable es menor a la disponible en la barra de tiro por cuanto tienen menos adherencia. Por otra parte, de acuerdo a experiencias realizadas la disponibilidad de potencia al gancho, depende en gran medida del estado del terreno sobre el que se transita, de modo tal que de acuerdo a esto se pueden esperar diferentes porcentajes de aprovechamiento de la potencia según el siguiente cuadro: Potencia disponible en la barra en proporción a la potencia del motor Estado del terreno % de la Potencia del motor Concreto 68 Firme 62 Laboreado 55 Suelto 47 Cátedra: Mecanización Agrícola Facultad de Ciencias Agropecuarias. UNER - 18