AHORRO DE COMBUSTIBLE

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1 Suplemento especial LUIS MÁRQUEZ Dr. Ing. Agrónomo AHORRO DE COMBUSTIBLE MOTORES TRANSMISIONES CONSEJOS

2 AHORRAR COMBUSTIBLE 1. Empezando por los motores El incremento de los precios de los carburantes y la polémica sobre la cuantía de las ayudas a los diferentes sectores económicos se mantienen como noticias de actualidad. No despiertan tanto interés los procedimientos que pueden seguirse para ahorrar combustible. En este Suplemento especial se analizan los medios de que disponen los usuarios de los tractores agrícolas para hacerlo. En primer lugar se presentan los procedimientos que sirven para comparar la eficiencia energética de los motores que utilizan los tractores agrícolas, para pasar posteriormente a analizar la influencia que en esto pueden tener las transmisiones. Para finalizar se dan unas recomendaciones prácticas para ahorrar combustible en la utilización de los tractores durante el trabajo diario, algo que sí está al alcance de cualquier usuario que se preocupe por conseguirlo. El consumo de gasóleo en los tractores y máquinas que trabajan en la agricultura española se encuentra alrededor de los millones de litros por año. En consecuencia, una subida de 10 céntimos de euro ocasiona un incremento de los costes de producción agraria de 250 millones de euros, que incidirán directamente sobre las rentas de los agricultores. Para la agricultura de secano se puede estimar que el consumo de gasóleo se encuentra entre los 70 y 150 L/ha, lo que hace que un agricultor con una explotación de 100 ha tenga que adquirir alrededor de L/año. Asimismo, para un tractor de 100 CV que trabaje 600 horas/año el coste del combustible llega a ser del 30% de los costes totales del tractor (incluidos intereses y amortizaciones). Con independencia de las reducciones fiscales y subvenciones que se puedan conseguir, el usuario dispone de otra alternativa que parece que se olvida: racionalizar la utilización de tractores y máquinas agrícolas para ahorrar combustible. Esta idea no es nueva; cada vez que se produce un fuerte incremento de los precios del petróleo se recuerda que hay unas reglas prácticas que permiten 5

3 bajar el consumo de combustible de manera significativa, hasta el punto que una reducción de más del 10% en el consumo nacional podría conseguirse sin dificultad, o lo que es lo mismo, más de 250 millones de euros en el conjunto español, que equivalen, en términos económicos, a la bajada de 10 céntimos en el precio del gasóleo. Con la evolución de los motores que montan los tractores se ha producido una reducción de los consumos, aunque ésta, que ha exigido grandes inversiones y años de investigación, ha sido pequeña si se compara con lo que puede conseguir el usuario haciendo las cosas bien, pero se requiere mayor dedicación en el trabajo diario. Elegir un tractor adaptado a las necesidades El tractor debe de ser el adecuado para accionar los aperos y máquinas que tiene asignadas, o lo que es lo mismo, utilizar un tractor de más potencia no es necesario, salvo si se renuevan los aperos. Analicemos dos opciones para renovar un tractor de 100 CV, sobre la base de que no se produce un incremento en la superficie agrícola de la explotación, ni se renuevan los aperos introduciendo otros de tamaño mayor. El tractor de 100 CV tiene un coste de adquisición variable en función del nivel de tecnología que ofrece. Considerando un coste medio de 400 /kw de potencia, se pagaría una cantidad de Con estas mismas hipótesis, por un tractor de 125 CV habría que pagar Sin embargo, se da el caso de que al mismo tractor de 100 CV se le puede incrementar la potencia del motor, sin cambiar nada de lo demás, para alcanzar los 125 CV. La sobrepresión del turbo y la regulación de la inyección lo hacen posible, aumentando la potencia y el consumo de combustible, pero lo que sale de la fábrica sigue siendo un tractor de 100 CV, al menos en lo que se utiliza para trabajar en el campo. Frente a esta posible modificación, que el lector saque sus propias consecuencias, pero el producto puesto en el mercado no vale más, aunque se ofrezca con precio mayor. Volviendo al análisis de los costes de utilización del tractor y recurriendo a la metodología que se publicó en en junio de 2002 para la previsión de costes, con unas hipótesis de 7% de tasa de interés, 0.7 /L de precio del gasóleo y carga media del motor del 50% a lo largo del año con 600 horas de trabajo por año, el coste horario resultante y el resumen anual para el tractor de 100 CV se presenta en el Cuadro 1. En el mismo se observa que, con esta inversión en la compra del tractor, los costes fijos son del 40%, frente al 60% de los variables; el coste del combustible es del 43.4% del coste total, con un consumo anual de litros. Si se compran estos resultados con los correspondientes a un tractor de 125 CV que hace el PA tasa interés 7 % gasóleo 0.7 /L CUADRO 1.- PREVISIÓN DE COSTES DE UTILIZACIÓN DE UN TRACTOR DE 100 CV Potencia 73 kw CV Consumo de combustible baja Media alta carga % factor L/h-kW Costes horarios ( /h) 400 /kw Amortización horas combinada 20 años Seguros 0.2 % Resguardo 0.1 % Mantenimiento- reparaciones 0.27 /L Consumo (carga media) 11.0 L/h Horas A1 A2 I S+R Combustible Mant-repar gastos fijos (%) variables (%) [ /h] Total [ /h] s/comb % horas años Combustible (%) 43.4 Amortización Costes anuales ( /año) Horas A1 A2 I S+R Combustible Mant-repar /año /año combustible Total s/comb [L/año]

4 CUADRO 2.- PREVISIÓN DE COSTES DE UTILIZACIÓN DE UN TRACTOR DE 125 CV PA tasa interés 7 % gasóleo 0.7 /L Consumo de combustible baja Media alta carga % factor L/h-kW Costes horarios ( /h) Potencia 92 kw CV 400 /kw Amortización horas combinada 20 años Seguros 0.2 % Resguardo 0.1 % Mantenimiento- reparaciones 0.27 /L Consumo (carga media) 11,9 L/h Horas A1 A2 I S+R Combustible Mant-repar gastos fijos (%) variables (%) [ /h] Total [ /h] s/comb % horas años Combustible (%) 40.7 Amortización Costes anuales ( /año) Horas A1 A2 I S+R Combustible Mant-repar /año /año combustible Total s/comb [L/año] mismo trabajo, sin renovar los aperos adaptándolos a la mayor potencia disponible, en primer lugar hay que habrá que destacar que se necesita realizar una mayor inversión, pasando de a , lo que incrementará los costes financieros. El consumo de combustible habrá que calcularlo sobre la base de una menor carga en el motor, pasando del 50 al 40% de carga media anual. En estas circunstancias el consumo pasaría de a L/hora y kw de potencia, pero aplicando estos factores sobre una potencia mayor, lo que incrementaría el consumo. En consecuencia, se pasaría de consumir 11 L/hora con el tractor de 100 CV a 11.9 L/hora en el de 125 CV para hacer el mismo trabajo, lo que significa un total de L/año, frente a los L/año con el tractor de potencia menor. La previsión de lo que corresponde a gastos de mantenimiento y reparaciones, vinculada en esta metodología al consumo de combustible, evoluciona de una manera similar, por lo que la potencial reducción de los costes correspondientes al trabajar el tractor con un nivel de carga no compensa el incremento derivado de la mayor inversión. En resumen, pasar de un modelo con 100 CV a otro con 125 CV se produce un aumento de los costes anuales totales de ( ), o sea del 26.3% de incremento para hacer el mismo trabajo, consumiendo 551 litros de gasóleo más por año. Se puede criticar la metodología aplicada para estos cálculos, especialmente en lo que se refiere a la amortización del capital invertido. Aumentando el periodo de amortización se reduciría este concepto del coste para ambos casos, pero las diferencias señaladas entre las dos opciones se mantienen, o sea, adquirir un tractor de más potencia para continuar haciendo lo mismo, y sin cambiar los aperos, produce un aumento del consumo de combustible en la explotación, a la vez que de los costes totales derivados de la utilización del tractor. La primera conclusión que hay que sacar de todo esto es que las inversiones en equipo mecánico hay que analizarlas económicamente de forma global. El plan de trabajo de la empresa es el punto de partida; esto sirve para definir las máquinas necesarias y el tractor o tractores para accionarlas, de acuerdo con las características del suelo y de los tiempos disponibles. Las diferencias en los motores Una vez decidida la potencia necesaria, se necesitan analizar las características de los modelos que la ofrecen. Son aspectos importantes, para reducir el consumo de combustible: el consumo específico del motor, la reserva de par motor y la reserva de régimen y el escalonamiento de la caja de velocidades. Estas diferencias aparecen incluso entre modelos de la misma marca, o pueden ser alternativas que acompañan a un determinado modelo que recibe la misma denominación comercial. 7

5 CUADRO 3.- CONSUMOS DE COMBUSTIBLES EN DIFERENTES CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO DE LOS MOTORES RÉGIMEN ENSAYO 2 HORAS POTENCIA MÁXIMA TDF 1000 CONSUMO A CARGAS PARCIALES MODELO NOM.MOTOR POTENCIA RÉGIMEN CONS.ESP. POT.MAX. CARGA ALTA CARGA BAJA (rev/min) (kw) (rev/min) (g/kwh) (kw) (L/h) (g/kwh) (L/h) (g/kwh) A B C D E F G H I media max min No resulta sencillo encontrar la información que interesa, ya que las empresas, frente a unos potenciales compradores que sólo se preocupan por los caballos y el precio, sin olvidar lo que pueden recibir a cuenta del tractor viejo, ofrecen unos catálogos con vistosas fotografías, pero con las características técnicas reducidas al mínimo. Hay, sin duda, excepciones. Durante muchos años en Francia se ha venido publicando una información bastante completa de los consumos de combustible y la potencia de los motores de los tractores, medidos en ensayos a la toma de fuerza. Con la aplicación de la normativa de homologación europea ( tipo CE ) ya no se exige que los fabricantes suministren esta información, por lo que sólo se encuentra la de los tractores que voluntariamente se presentan a ensayos OCDE en cualquiera de los laboratorios integrados que aplican estos Códigos. La información correspondiente a estos tractores se puede encontrar en Internet ( y junto con la que aparece en el catálogo comercial de la marca, hacen posible sacar algunas conclusiones. FIGURA 1 Datos de 55 tractores ensayados OCDE ( ). CONSUMO ESPECÍFICO (g/kwh) CONSUMO ESPECÍFICO MEDIO (g/kwh) CONSUMO ESPECÍFICO A POTENCIA MÁXIMA Cesp Turbo Cesp Asp. Lineal (Cesp Turbo) POTENCIA MÁXIMA (kw) VARIACIÓN (VALORES DEL CONSUMO MEDIOS) ESPECÍFICO (VALORES MEDIOS) -10 turbo aspirado -20 = Nom N85% N50% Max TDF T85% T50% Media PUNTO DE FUNCIONAMIENTO + CONSUMO ESPECÍFICO MEDIO (g/kwh) CONSUMO ESPECÍFICO MEDIO CALCULADO (g/kwh) VARIACIÓN DEL CONSUMO ESPECÍFICO (PUNTO DE FUNCIONAMIENTO) Nom N85% N50% Max TDF T85% T50% media PUNTO DE FUNCIONAMIENTO RELACIÓN ENTRE CONSUMOS ESPECÍFICOS Turbo Aspir. Lineal (Turbo) Lineal (Aspir.) CONSUMO ESPECÍFICO A POTENCIA MÁXIMA (g/kwh) 8

6 Los consumos específicos de los motores Utilizando estas fuentes de información, en el Cuadro 3 se presentan 9 modelos de tractor con una potencia similar (70.9 kw de potencia media; 1 kw equivale a 1.36 CV) junto con los consumos de combustible correspondientes a plena potencia y a cargas parciales. Se puede observar que no siempre el menor consumo a plena potencia se corresponde con el menor consumo a potencia reducida. Además, conseguir un bajo consumo en un punto de funcionamiento no va a resultar significativo para un tractor que funciona con diferentes niveles de carga y a régimen variable, por lo que habría que hacer las comparaciones sobre la base de un consumo específico medio. No hay que olvidar que el consumo específico indica el grado de eficiencia del motor, o, lo que es lo mismo, el trabajo que puede realizar por cada litro de combustible. En la Figura 1 se presentan cuatro gráficos, publicados con anterioridad en, y que pueden consultar, junto con otros que los complementan, en nuestra Guía de Tractores 2003, que ponen de manifiesto las diferencias de los consumos en los distintos puntos de funcionamiento del motor y como varían en los motores de aspiración natural y en los turboalimentados. En el primero de estos gráficos se puede apreciar que a medida que aumenta la potencia máxima tiende a reducirse el consumo específico correspondiente, así como que los motores turboalimentados ofrecen un menor consumo específico. En el siguiente se observa cómo cambia el consumo específico en cada uno de los puntos de funcionamiento considerados (régimen NÚMERO DE MODELOS nominal y de toma de fuerza normalizada con diferentes niveles de carga), así como el valor medio calculado. En el tercero de los gráficos se hace esta misma comparación distinguiendo entre los motores de aspiración natural y los turboalimentados. Por último, en el cuarto gráfico se puede observar que el consumo medio calculado, comparado con el consumo a potencia máxima, sigue pautas diferentes según se trate de motores turboalimentados (menor consumo medio para igual consumo a Potencia Potencia VARIACIÓN DEL CONSUMO ESPECÍFICO MEDIO EN LA MUESTRA DE TRACTORES % -14% media = 286 g/kwh Tractor A Tractor B INTERVALOS DE CONSUMO (g/kwh) máxima potencia) o de aspiración natural. Completando esta comparación, en la Figura 2 se presenta la variación del consumo medio en una muestra de tractores que marca diferencias significativas entre los modelos considerados, lo que ya puede tomarse como punto de partida, pero también habrá que tener en cuenta lo que sucede con la reserva de par y con la reserva de régimen para poder definir el modelo que mejor conviene para una determinada aplicación Tractor B Reserva de régimen B Tractor A A Par motor (dan.m) A Régimen motor (rev/min) Par motor (dan.m) Régimen motor (rev/min) Reserva de par B FIGURA 3 FIGURA 2 9

7 La reserva de par y la reserva de régimen La reserva de par permite que el tractor soporte una sobrecarga pasajera, sin tener que recurrir al cambio de marchas. Con una reserva de par baja el número de relaciones del cambio deberá de ser más elevado. La reserva de par se calcula como porcentaje de la diferencia entre el par máximo y el par nominal, referido al par nominal. Según se puede apreciar en la figura 3-1, el tractor A ofrece una reserva de par del 26.1% [(29 23) x 100 / 23], mientras que el B solo proporciona el 13.0% [(26 23) x 100 / 23]. En consecuencia, el tractor A soporta más fácilmente una sobrecarga en el trabajo (sin cambiar de marcha) que el tractor B, en el que hará que recurrir al cambio de marchas para evitar que el motor se cale. Un buen cambio en carga puede compensar la menor reserva de par en el motor. En cualquier caso se pueden establecer cuatro categorías: baja reserva de par, considerando en este grupo los motores cuya reserva está entre el 10 y el 15%, media para valores entre el 15 y el 25%, alta del 25 al 35% y muy alta cuando se supera el 35%. En muchos motores con los sistemas de inyección modernos se consigue superar el 35% de reserva de par. En general, un tractor polivalente necesita que su reserva de par supere el 20%. Por otra parte, hay que considerar la reserva de régimen, equivalente a la caída de vueltas que se produce entre el régimen nominal y el de par máximo. En la Figura 3-2 se representan las curvas características de dos motores con diferente reserva de régimen, que se puede calcular como porcentaje de la diferencia entre el régimen nominal y el régimen de par máximo con respecto al régimen nominal. Ambos tractores son idénticos: igual potencia máxima, régimen nominal, par máximo y reserva de par. La opción que más conviene depende de las aplicaciones del tractor; para tracción será mejor el tractor B, ya que permite utilizar el tractor a bajo régimen, lo que repercute en un menor desgaste y en la reducción del consumo de combustible. Si se utiliza en operaciones a la toma de fuerza, con demanda de potencia apreciable, puede ser conveniente la opción A, ya que el régimen nominal de la toma de fuerza se aproxima al régimen nominal del tractor, lo que proporciona mayor potencia en motores clásicos considerando como tales los que no ofrecen potencia constante o potencia extra. Este tractor podrá arrastrar un arado similar al del tractor B, pero con el motor trabajando a un régimen más alto; también necesita una caja de cambio con mayor número de escalones. Es conveniente en tractores polivalentes que la diferencia entre el régimen de par máximo y nominal sea al menos de 800 rev/min. CUADRO 4.- PRESTACIONES DE UN MOTOR DE 4.5 LITROS DE CILINDRADA TURBOALIMENTADO Y POST-ENFRIADO EN FUNCIÓN DE LA REGULACIÓN ESTABLECIDA POR EL FABRICANTE Régimen del motor [rev/min] Modelo A consumo reserva Presión media [dan/cm 2 ] 8.5 par máx. máx. nom. 6 puntos par régimen Potencia [kw] Par motor [Nm] Consumo horario [L/h] Consumo específico [g/kwh] Modelo B Presión media [dan/cm 2 ] 9.3 par máx. máx. nom. 6 puntos par régimen Potencia [kw] Par motor [Nm] Consumo horario [L/h] Consumo específico [g/kwh] Modelo B+ Presión media [dan/cm 2 ] 10.1 par máx. máx. nom. par régimen Potencia [kw] Par motor [Nm] Consumo horario [L/h] Consumo específico [g/kwh]

8 Todo está interrelacionado CARACTERIZACIÓN DE UN MOTOR MEDIANTE EL CONSUMO ESPECÍFICO DE COMBUSTIBLE EN 6 PUNTOS (PROPUESTA OCDE) PAR MOTOR REFERIDO AL NOMINAL O RÉGIMEN DE FUNCIONAMIENTO REFERIDO AL NOMINAL El valor medio del consumo específico correspondiente a los 6 puntos daría la eficiencia energética del motor instalado en el tractor. Para completar este análisis de los motores buscando aquellos que economizan combustible sin perder prestaciones, conviene revisar de manera conjunta la evolución del consumo junto con otros parámetros importantes para conseguir que el tractor satisfaga las necesidades del usuario. En el Cuadro 4 se presenta un resumen con los resultados de los ensayos realizados, según los códigos OCDE, sobre dos modelos de tractores de la misma marca que utilizan el mismo motor con diferente regulación. En este caso ambos utilizan los sistemas de inyección de common rail. Se puede observar cómo en el primero de los modelos sólo se consiguen 66.3 kw de potencia al régimen nominal y 69.4 kw de potencia máxima a rev/min (potencia extra), pero también que el par máximo se consigue a un régimen de rev/min. En el modelo B se han conseguido 72.6 kw de potencia a régimen nominal pasando de consumir 19.9 litros de gasóleo por hora a 21.7 L/h; también la potencia máxima ha aumentado hasta 82.0 kw, pero con mayor régimen de giro (2.100 rev/min) y el par máximo, que es mayor, se obtiene a rev/min, perdiendo 100 vueltas por minuto con respecto a lo que se observa en el modelo A. Como consecuencia, la reserva de par ha caído de 41.7% a 38.3%, y la reserva de régimen de 39.1% a 34.8%. El consumo horario a régimen nominal ha aumentado, pero no así el consumo específico que resulta algo menor (247 g/kwh frente a 249 g/kwh), pero hay ventaja del modelo A para el punto de funcionamiento correspondiente a potencia máxima, en el que el consumo específico es de 225 g/kwh frente a los 232 del modelo B. La mayor potencia que suministra el motor con la regulación B, es en parte consecuencia de que la presión media en el ciclo termodinámico ha pasado de 8.5 a 9.3 dan/cm 2, lo que significa que el motor debe de soportar una mayor tensión en sus elementos estructurales. Por todo ello, las comparaciones relativas al consumo de combustibles realizadas entre motores exigen no sólo considerar el consumo de combustible a potencia máxima, sino que deben de incluir los consumos a cargas parciales y a régimen reducido (lo que se indica en el cuadro como consumo en 6 puntos ), sin olvidar el efecto que la regulación tiene sobre la reserva de par y la reserva de régimen. Esta información sobre consumos a cargas parciales se viene suministrando, de manera voluntaria, en los tractores que se comercializan en Alemania, y parece que en el futuro se incluiría como optativa en el Código OCDE y es una alternativa a las curvas de isoconsumo, más costosas de elaborar, ya que se realiza junto con el ensayo del motor a la toma de fuerza (Figura 4). Todavía hay algo más; el modelo B dispone del sistema que permite aumentar la potencia disponible en determinadas condiciones de funcionamiento del tractor (trabajo de la tdf, transporte ), lo que se consigue aumentando la inyección. En estas condiciones, la potencia aumenta (también la presión media), pero se pierde reserva de par. Aún queda por considerar la interacción del motor con la transmisión, aspectos que se tratarán con posterioridad POTENCIA 100% 80% 60% 40% FIGURA 4 11

9 2. Lo que ofrece la transmisión y la forma en la que se utiliza El escalonamiento de las marchas 12 Para el trabajo de campo resulta muy importante el número de relaciones del cambio que permiten trabajar en el intervalo de 4 a 12 km/h. A medida que el número de relaciones aumenta es posible ajustar mejor el régimen de funcionamiento del motor a la velocidad de avance, de manera que lo haga en una situación que minimice el consumo de combustible. Sin embargo, un elevado número de relaciones del cambio no puede considerarse a priori como un criterio determinante. En la Figura 1 se presentan los casos de dos tractores con igual potencia cuyo escalonamiento de la caja de cambios es diferente. Para cada una de las relaciones del cambio consideradas, que se representan como bandas, la zona en la que cambia Tractor A 3ª 2ª 1ª Tractor B 3ª 2ª 1ª la banda de color claro a oscuro representa el régimen correspondiente a par máximo, por lo que la parte clara de la banda indica que el motor funcionaría a un régimen menor al de par máximo, mientras que la parte obscura corresponde a los valores de régimen de funcionamiento entre el nominal y de par máximo, o, lo que es lo mismo, la zona normal de trabajo del motor en condiciones de campo. FIGURA 1. COMPARACIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE DOS TRACTORES CON IGUAL POTENCIA Y DIFERENTE CAJA DE CAMBIOS velocidad de avance deseada velocidad de avance deseada peligroso rev/min L/h imposible rev/min L/h rev/min L/h rev/min - 10 L/h Para el tractor A sólo una relación del cambio (2ª) permite avanzar a la velocidad deseada, con rev/min del motor para la que el consumo de combustible es de 9.4 L/h. Intentar trabajar con la 3ª resulta peligroso, ya que el motor se calaría al producirse una sobrecarga. La 1ª relación está fuera del campo de utilización. Con el tractor B se puede elegir entre tres relaciones que permiten asegurar la velocidad de avance establecida con el motor 2.200, y rev/min, lo que conlleva consumos de combustible de 10.0, 9.4 y 8.8 L/h respectivamente. En todos los casos se mantiene la potencia del motor y la potencia de tracción. No siempre se puede elegir la que proporciona el menor consumo, ya que en cierto modo la elección depende de la variabilidad en el esfuerzo que demanda el apero; trabajar a muy bajo régimen del motor limita la potencia máxima disponible. Si se dispone de una caja con cambio en carga para dos o más relaciones sería más fácil adaptarse en cada momento a la situación real.

10 FIGURA 2. CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UN MOTOR TIPO POTENCIA CONSTANTE PARA TRACTOR AGRÍCOLA a) Valores absolutos b) En porcentaje respecto a las condiciones nominales 100% Potencia kw % 0 l/h Consumo horario rev/min 50% 75% 100% Régimen motor N Par motor Nm % % g/kwh Consumo específico Par motor en % respecto al par a régimen nominal % (43.5%) Régimen del motor g/kwh % Régimen de funcionamiento del motor - en % respecto al nominal rev/min % Potencia del motor en % de la nominal Características: Elevada reserva de par Intervalo de potencia constante Elegir la relación que permite ahorrar sin perder capacidad de trabajo Para ello hay que considerar, de manera combinada, el régimen del motor más favorable junto con la relación de la caja de velocidades que mejor se ajusta al tipo de operación. Cuando se dispone de las curvas características de un motor moderno (tipo potencia constante ), como las que aparecen en la Figura 2a, se puede observar que el par motor aumenta a medida que se reduce el régimen de giro hasta que se alcanza el punto de par máximo. En consecuencia, la curva de potencia, producto del par motor por el régimen de giro, crece al principio (el par motor aumenta más rápidamente de lo que desciende el régimen de giro), hasta llegar a potencia máxima (1.800 rev/min en el motor correspondiente a las curvas de la Figura 2). A partir de este punto la potencia desciende progresivamente. Junto con las curvas características de potencia y par motor se representa las de consumo horario y de consumo específico. Se observa como el consumo específico, que es el que indica la eficiencia del motor en la transformación de la energía química del combustible, se reduce para llegar a un valor mínimo que se encuentra a un régimen ligeramente más elevado que el que corresponde al par máximo. Este, en el motor que se utiliza como ejemplo, corresponde a rev/min. Como consecuencia, trabajando a rev/min, aunque sea a diferentes niveles de carga, la eficiencia del motor será mayor y disminuirá el consumo de combustible. 13

11 Disponiendo de la información relativa a las curvas de isoconsumo se podría definir con mayor precisión las condiciones ideales de funcionamiento, pero esto no es imprescindible, ya todos los motores siguen unas pautas parecidas. En los motores tradicionalmente utilizados en los tractores agrícolas, la potencia máxima se obtiene a régimen nominal. Sin embrago, buscando motores más adaptados a lo que demanda el trabajo agrícola, se ha llegado a soluciones que permiten aumentar considerablemente la reserva de par, lo que hace posible trabajar con sobrecarga sin tener que recurrir al cambio de marchas. Esto se ha conseguido a partir de motores con gran cilindrada, en los que se limita voluntariamente la potencia máxima que podrían suministrar, y el empleo de la turboalimentación. De esta forma se ofrece potencia constante o potencia extra, e incluso variación de las curvas características (dos familias de curvas características diferentes) en función del tipo de trabajo que realiza el tractor. Estos motores se comportan de manera algo diferente, en cuanto a su consumo a régimen y a cargas parciales, como se puede apreciar en la Figura 2b, en la que se presenta el diagrama con las curvas de isconsumo correspondiente a un motor moderno de los que se utiliza en los tractores agrícolas. Este diagrama también se utiliza para analizar la influencia que tiene sobre el consumo la elección de las diferentes relaciones de un cambio de marchas (figura 3a), aunque el régimen del motor considerado se exprese en términos absolutos. En labores pesadas Considerando un tractor que utiliza un motor cuyas curvas ca- FIGURA 3. RELACIONES DE TRANSMISIÓN UTILIZADAS EN COMBINACIÓN CON EL MOTOR a) b) (Régimen %) Par motor (%) D1 B3 C3 C1 B2 C2 100% 85% 75% 50% 40% 25% Potencia del motor en % nominal A-1 A-2 A-3 B-1 B-2 C-1 B-3 C-2 C-3 D-1 D-2 D rev/min Régimen motor (rev/min) Velocidad teórica (km/h) 14

12 racterísticas son las que aparecen en la Figura 3a, si se pretende hacerlo trabajar a 6 km/h de velocidad teórica, tomando como referencia el diagrama de velocidades que se representa en la figura 3b, se deduce que esto podría conseguirse utilizando las relaciones del cambio designadas como B-2, C-1 y B-3. Para la relación B-2 el motor debería de funcionar a rev/min para alcanzar los 6 km/h, mientras que si se utiliza la C-1 el régimen sería de rev/min. En el caso de utilizar la B-3 el régimen de funcionamiento del motor sería de sólo rev/min. Suponiendo que la potencia demandada por el trabajo fuera del 75% de la potencia disponible al régimen nominal del motor, los puntos de funcionamiento se encontrarían sobre la línea de potencia correspondiente. En consecuencia, trabajar con la relación B-2 significa consumir casi 218 gramos de gasóleo por cada kwh de trabajo producido, mientras que con la relación C-1 este consumo se reduciría a 208 g/kwh y con la B-3 se podría llegar a 206 g/kwh. Al ser las relaciones B-2 y B- 3 del mismo grupo, y existiendo la posibilidad de pasar de una a la otra sin interrumpir la transmisión del movimiento del motor a las ruedas (cambio en carga), sería la relación B-3 la más conveniente, ya que, aunque en ella se utilizan casi el 100% del par nominal, todavía se dispone de par de reserva (casi el 40%) y 150 rev/min de margen hasta el régimen de par máximo. En el caso de no disponer de cambio en carga, para el caso de un trabajo pesado, como el que indica la utilización del 75% de la potencia del motor, sería preferible quedarse con la C-1, especialmente cuando se trabaja en parcelas en las que la carga del apero sea variable, bien por las características y el estado del suelo, bien por las variaciones de pendiente. En ambas situaciones, para el tractor analizado en este ejemplo, el ahorro de combustible que se puede conseguir trabajando con el motor a mayor régimen y una marcha corta, frente a una marcha más larga bajando el régimen del motor, sería de = 11 g/kwh, que para la potencia utilizada de 45 kw llevaría a ahorrar 45 x 11 = 495 gramos a la hora, o sea alrededor de medio litro de gasóleo por cada hora trabajada, sin perder capacidad de trabajo. En labores ligeras Analizando el caso del tractor utilizado en una labor ligera que demande el 40% de la potencia disponible en el motor, desarrollada a una velocidad 10 km/h, en las citadas figuras se observa que se podrían utilizar las relaciones del cambio C-2, C- 3 y D-1, a las que corresponderían, como régimen de funcionamiento del motor los valores de 2.200, y rev/min, y con consumos específicos de 260, 225 y 217 g/kwh, respectivamente. Al igual que en el caso de trabajar a 6 km/h, en la nueva situación la relación D-1 es la que más interesa desde el punto de vista energético, pero como consecuencia de que el régimen del motor (1.430 rev/min) está muy cerca del correspondiente a par máximo, solo podría hacerse si el escalón con la relación del cambio anterior fuera del tipo de cambio en carga, para poder utilizarla de manera inmediata en el caso de sobrecarga. Si no se da esta situación, lo mas adecuado sería trabajar en la C-3 a rev/min, con un ahorro de combustible de = 35 g/kwh, equivalentes a 826 gramos de gasóleo, prácticamente 1 litro, por cada hora trabajada. De este ejemplo se saca una conclusión adicional: cuando las máquinas que se utilizan demandan un bajo porcentaje de la potencia disponible en el motor del tractor la eficiencia en el aprovechamiento del combustible se reduce. O sea, al aumentar la potencia disponible en los tractores sin hacer lo mismo con los aperos aumentará el consumo de combustible, aunque sean los nuevos motores más eficientes. 15

13 3. Reglas prácticas para ahorrar gasóleo 16 Para conseguir un bajo consumo por hectárea, basta, como sucede en cualquier máquina, con eliminar en lo posible las pérdidas que se producen desde que el combustible se convierte en energía mecánica, también denominada trabajo, hasta que este trabajo se transforma en trabajo agrícola producido por un apero o una máquina de las que se utilizan en la explotación. Seguidamente, y en forma resumida se exponen unas reglas sencillas para conseguir este bajo consumo en la utilización del tractor, completando de esta manera lo que ya han reflejado anteriormente en relación con motores y transmisiones. Buen mantenimiento del tractor Se debe mantener el motor en buenas condiciones de uso con las revisiones periódicas necesarias, atendiendo en especial al estado del: Filtro del aire (grado de limpieza) Inyectores y bomba de inyección Un filtro de aire sucio que produzca una reducción del aire aspirado del 10% hace aumentar el consumo de combustible en el 7%. Si la reducción en la entrada de aire aumenta hasta el 20%, el consumo se incrementa en el 22% Un motor que emite gran cantidad de humo por el escape indica claramente que quema mal el combustible, que en vez de transformarse en trabajo se desperdicia sin utilidad. La limpieza del circuito de refrigeración también es importante. Se deben respetar escrupulosamente las normas del fabricante en cuanto a la viscosidad del aceite lubricante empleado. Un lubricante demasiado viscoso incrementa inútilmente el consumo de combustible por aumento de las resistencias internas. Comprobando el estado de los tractores en servicio se detectan consumos que superan en más del 10% la de los mismos equipos cuando fueron presentados al Ensayo Oficial de Homologación.

14 Correcta utilización del motor Como ya se ha indicado, el consumo de un motor varia con su régimen de rotación y con la carga que se le impone. Actuando sobre el acelerador y sobre la caja de cambios se puede conseguir que el motor funcione en el punto de mejor transformación del combustible que no coincidirá con el de máxima potencia del motor. El usuario atendiendo a las indicaciones de cuentarrevoluciones puede saber si esta utilizando correctamente el motor. Como orientación general, y en función del tipo de labor realizada, los mejores resultados se pueden obtener aplicando las siguientes reglas prácticas: a) Para labores pesadas (como labor de alzar) Colocar la palanca del acelerador con el embrague pisado para que el motor gire entre el 75 y el 80% del régimen nominal. Buscar entre las distintas velocidades del cambio la que con el equipo en trabajo y sin tocar el acelerador, produzca una caída de vueltas de unas 150 a 250 rev/min. Si la caída de vueltas fuese mayor, la marcha elegida sería demasiado larga; si fuese menor se estaría utilizando una marcha demasiado lenta, que carga poco el motor. b) Para labores de cultivador (en general ligeras) Colocar la palanca del acelerador para que el motor en vacío gire entre el 60 y el 65% del régimen nominal. Proceder a seleccionar la velocidad del cambio como se indica en el apartado anterior. En el caso de que la velocidad de avance venga impuesta por las condiciones agronómicas, se deberá trabajar con aperos de la mayor anchura posible, % % Nm 50% 75% 100% Nm máx g/kwh compatible con la capacidad del tractor. Reducir al mínimo las pérdidas entre ruedas y suelo En la transmisión rueda-suelo es donde se producen los mayores desperdicios de energía. Las causas de estos desperdicios son: Motor Potencia CONTROLAR LA CAÍDA DE VUELTAS ÓPTIMO 224 g/kwh Pérdidas por rodadura V max Velocidad=V 1 c b a kw máx kw 100% kw kw 75% 50% 25% Pérdidas por rodadura Debidas a la resistencia que opone el suelo al desplazamiento del tractor, y que, en cada condición del suelo, son tanto mayores cuanto más elevado es el peso del tractor. Trabajar con un tractor grande y un apero pequeño consume inútilmente combustible para asegurar el desplazamiento del conjunto; los trabajos con la toma de fuerza y en labores ligeras se reducen las pérdidas por rodadura quitando las masas adicionales de lastre que el tractor puede llevar. En labores que requieren gran esfuerzo de tracción, el aumento de peso es necesario, y BALANCE DE POTENCIAS Pérdidas en la transmisión Potencia de tracción kw Pérdidas por patinamiento Resistencia a rodadura - R k Patinamiento: menor velocidad Tracción (F t -Q-R k ) a+b c 17

15 18 CUADRO 1.- PATINAMIENTO RECOMENDADO PARA CONSEGUIR LA MÁXIMA EFICACIA POSIBLE SOBRE DIFERENTES TIPOS DE SUELO Tipo de suelo Patinamiento óptimo (%) Eficiencia en tracción Firme Blando el tractor debe lastrarse como se indica a continuación. Pérdidas por patinamiento Se manifiesta por una reducción de la velocidad real de avance del tractor, afectando a la superficie útil trabajada durante un tiempo determinado. Aumenta considerablemente cuando el esfuerzo de tracción que debe realizar el tractor es grande comparado con el peso de éste. A menudo se olvida que pasar de un patinamiento del 10% al 25% significa perder un 17% del trabajo, consumiendo el mismo combustible (L/hora), y tardando más tiempo en finalizar la labor, lo que hace aumentar el consumo total (L/ha). El deslizamiento se puede reducir a niveles aceptables: Sustituyendo a tiempo los neumáticos desgastados, especialmente cuando se trabaja sobre suelos blandos. Lastrando especialmente el tractor para labores que precisan fuerte tracción. Utilizando la presión de inflado de los neumáticos recomendada para trabajar en campo. (Entre 0.8 y 1.2 bar, siguiendo en cualquier caso las recomendaciones del fabricante en función de la carga). Evitando utilizar aperos que necesitan demasiada tracción para el tamaño del tractor disponible. Los medios propuestos para reducir el patinamiento contribuyen a aumentar las pérdidas por rodadura: el peso que ofrece mayor adherencia, obliga al tractor a consumir más para conseguir su propio desplazamiento. Por ello la solución adaptada debe ser una solución de compromiso que dependa de la naturaleza del trabajo que se debe realizar. La máxima eficiencia se consigue, en función de tipo de suelo, cuando el patinamiento de las ruedas del eje trasero toma los valores indicado en el Cuadro 1. Reducción conjunta de pérdidas por rodadura y patinamiento Las huellas de las ruedas motrices del tractor dan una indicación de la suficiencia o del exceso de peso del tractor para el esfuerzo que tiene que realizar. Una huella muy marcada indica que el tractor está lastrado en exceso para el esfuerzo de tracción que realiza; por el contrario, una huella totalmente borrosa es indicadora del alto patinamiento y es necesario lastrar el tractor si se quiere mantener este esfuerzo de tracción que el apero necesita. En función de la naturaleza del trabajo se recomiendan las siguientes formas de actuación: Trabajo importante de tracción: Predominarán las pérdidas por deslizamiento, por lo que es preferible: - Utilizar tractores pesados para su potencia (50 kg/cv ó más). - Lastrar con masas adicionales o agua en las ruedas. Trabajo ligero de tracción: Predominarán las pérdidas por rodadura, por lo que se recomienda: - Utilizar tractores ligeros para su potencia (30 a 35 kg/cv). - Suprimir cualquier lastre adicional. La mayor economía de combustible en lo que respecta al rendimiento entre rueda y suelo se consigue utilizando tractores adaptados a las diferentes labores agrícolas. Las masas de referencia aconsejada en función de la potencia disponible y utilizada en la labor se presentan en el Cuadro 2.

16 En el caso de explotaciones de tractor único se recomienda: Utilizar tractores medianos, ni demasiado pesados ni demasiado ligeros para su potencia. Buscar una buena adaptación del apero a la potencia del tractor. Reemplazar sin retraso los neumáticos desgastados, especialmente para trabajar con suelos blandos. Modificar con buen criterio el lastre recurriendo a las masas adicionales. Ajustar la presión de inflado de los neumáticos a la naturaleza del trabajo que se debe realizar. En el uso habitual que del tractor hacen los usuarios las pérdidas por rodadura y deslizamiento son casi un 10% mayores a las que con cuidado podrían conseguir y el consumo de combustible aumenta en la misma proporción. Buen rendimiento del apero o máquina que se acciona Todos los tractoristas saben que un arado cuando las rejas o el formón pierden el filo, o cuando está mal regulado tira mucho más. Si las condiciones de adherencia del tractor están en el límite de lo admisible, el esfuerzo CUADRO 2.- PESO TOTAL NECESARIO PARA EL TRACTOR EN FUNCIÓN DE LA POTENCIA DE SU MOTOR UTILIZADA EN TRABAJOS DE TRACCIÓN PARA DIFERENTES VELOCIDADES DE TRABAJO Potencia Peso total necesario del tractor (kg) del motor a 8.5 km/ sobre rastrojo a 6.5 km/ sobre rastrojo (CV) 2 RM 2+2 RM 2 RM 2+2 RM Nota: Las velocidades indicadas son las teóricas y no tienen en cuenta el patinamiento. Las masas son las necesarias para utilizar el 75% de la potencia indicada en la columna correspondiente; en el caso de utilizar un grado de potencia menor habrá que reducir la masa en la misma proporción si resulta posible. suplementario debido al mal corte del arado, penaliza doblemente el rendimiento del conjunto apero-tractor: el exceso de esfuerzo aumenta la resistencia en las ruedas precisándose una mayor potencia del motor; el aumento del patinamiento que se producirá por el aumento de esfuerzo incrementa el tiempo necesario para finalizar la labor. Para máquinas accionadas por la toma de fuerza, el mal aguzado de las cuchillas, tiene un efecto análogo, e incrementa innecesariamente el consumo del tractor para la misma superficie por trabajar. Por defecto de regulación o afilado de los aperos, el consumo de combustible aumenta hasta en un 10% de lo que se necesita en buenas condiciones de utilización. Conclusión En consecuencia, como reglas prácticas para ahorrar combustible, se pueden dar las siguientes: Elegir un tractor adecuado para el trabajo que debe de realizar. Elegir los neumáticos y lastrar el tractor en función de las operaciones previstas Mantener el motor del tractor en buen estado (filtros, inyección, refrigeración) Selección del régimen de funcionamiento del motor para que trabaje en zonas de bajo consumo Utilizar el bloqueo del diferencial y la doble tracción en suelos húmedos, manteniendo la adecuada presión de inflado en los neumáticos Máquinas y aperos apropiados, correctamente regulados, simplificando labores y asociando operaciones de cultivo para utilizar en mayor grado la potencia disponible en el motor. El usuario siempre tiene la última palabra cuando llega la hora de ahorrar. 19