Ensayo de los tractores agrícolas

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Daniel Jorajuría Collazo y Jorge Hilbert

MEDICIÓN DE LA PRESTACIÓN DEL MOTOR

La intervención en el mercado de pro-ductos de alto valor adquisitivo y más aún, cuando la seguridad de los usuarios está implicada, el ensayo de los tractores agrí-colas es una práctica común en la mayoría de los países.

Esta intervención se hace con el fin de clarificar el mercado al garantizar las carac-terísticas que el oferente promueve como atributos de su producto. Ello hace más me-ditadas y juiciosas las acciones publicitarias del oferente y protege al consumidor de comprar algo diferente de lo que necesita y está pagando.

Los paises integrantes de la OCDE Orga-nización para la Cooperación y el Desarrollo han establecido una serie de códigos para el ensayo integral de tractores. Estos se realizan en laboratorios acreditados y son supervisados por una unidad de coordina-

ción mundial CEMAGREF de Francia. Si bien el carácter de estas pruebas son voluntarias las mismas se han convertido en un requi-sito internacional para el ingreso en varios mercados.

También existen antecedentes de orga-nismos privados o corporativos, como es el caso de la DLG de Alemania, que se inicia como un consorcio que adquiría máquinas agrícolas para ensayarlas y luego comunicar los resultados a sus miembros. En este caso, la obligatoriedad del ensayo previo a la venta, la impuso el propio mercado sin la necesidad de la intervención estatal.

En la Argentina el laboratorio de referen-cia esta ubicado en el Instituto de Ingeniería Rural del INTA ha realizado más de 1000 ensayos bajo diferentes normas nacionales e internacionales. La información obtenida en este caso al igual que con la OCDE hoy

Capítulo XII

ENSAYOS DE LOS

TRACTORES AGRÍCOLASDaniel Jorajuría Collazo y Jorge Hilbert

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Capítulo XII - ENSAYOS DE LOS TRACTORES AGRÍCOLAS

se encuentran disponibles en bases de datos por medio de internet.

La necesidad de que intervenga un ter-cero no implicado en la comercialización y arbitre las propiedades del producto comer-cializado, es aún mayor cuando el usuario no puede acceder con facilidad a la verificación. Ya que ésta normalmente se vincula al uso de costosos equipos, determinado nivel de tecnología y conocimientos, como es el caso de la prestación del motor de un tractor o una máquina agrícola.

El mismo usuario junto con la verifica-ción de que recibe lo que pagó, tiene ade-más otros criterios para elegir de carácter intuitivo en algunos casos; por ejemplo al recibir cierto tonelaje de fertilizantes o de-terminado volumen de herbicida, si hubiera dudas, el sólo hecho de pesar o comparar bolsas o recipientes individuales, podría despejarlas.

En cambio, en el caso de intentar verificar la potencia del motor del nuevo tractor que ha comprado, no le será tan fácil, y la ma-yoría de las veces será imposible. Dado que el valor de la potencia del motor del tractor es el parámetro básico en la formación del precio final, es muy importante desde el punto de vista técnico y comercial, que un organismo no comprometido en el proceso de producción y posterior comercialización, homologue ese valor.

Cuando el ensayo de prestación del motor tiene el objetivo aludido, recibe el nombre de ensayo de homologación. Esto es la homologación de aquellos datos que el fabricante adjudica al producto que está vendiendo. Los ensayos de homologación deben cumplir dos requisitos ineludibles:

puede depender el precio que defini-tivamente el motor y el propio tractor tendrán en el mercado. El fabricante suele seguir celosamente y muy de cerca el desempeño del responsable del ensayo y del procedimiento, pues ante la menor duda tiene el derecho de exigir que el mismo sea repetido con el fin de despejar dudas sobre un.

-gación de motores es un procedimiento costoso en términos de dinero, tiempo y dedicación de personal muy calificado. Ello ha impulsado a la formación de

redes de ensayo que permiten que el producto ensayado en una de ellas sea homologado por las demás. Así es posible comparar productos similares ensayados en diferentes lugares sin la necesidad de repetir el ensayo.Para garantizar que los ensayos de homo-

logación sean repetibles y comparables, es necesario acordar y proveer al responsable de la ejecución del ensayo una rutina clara e indudable. Así el procedimiento lleva ex-plicito el cómo, cuando y porqué de cada medición que se ejecuta, el método de los cálculos, la tolerancia admitida en la toma de datos. Y fundamentalmente, el procedi-miento de selección del producto a ensayar, para garantizar así su carácter modal respec-to a la producción de ese fabricante. Todo ello está detallado en lo que se denomina normas de ensayos.

ANTECEDENTES

El primer antecedente, además de ser el más reconocido, de una normativa para ensayos de homologación de la potencia de los tractores agrícolas, es la desarrollada en el año 1920 por la Universidad de Nebraska en Estados Unidos. El gobierno de ese es-tado había aprobado el año anterior una ley que obligaba a todos los fabricantes de tractores de uso agrícola, a someterlos a un ensayo que conduciría la Universidad. Sólo si el resultado del ensayo de homologación era satisfactorio se permitía poner el tractor en el mercado.

Luego de revisar los vistos y consideran-dos de aquella ley surge que fue motivada por una marcada desorientación de los usuarios frente a los nuevos productos qué, aún tenían como válida alternativa y competencia a la tracción animal. La falta de uniformidad en cuanto a calidad y sin-ceridad entre los fabricantes de tractores de ese entonces era moneda común.

La ley sentó precedentes de algo que luego se generalizaría en todos los países centrales productores de tractores. Sirvió para sincerar y clarificar el mercado, sentó las bases para la estandarización de los mecanismos y medidas que mejorasen la compatibilidad entre el tractor y las máqui-nas qué, hasta ese momento no habían sido tenidas en cuenta.

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Aquel ensayo que hacía la Universidad de Nebraska, además del motor incluía la prueba del tractor y en su capacidad de tracción. Se enganchaba arados de reja y vertedera, luego de anotar la velocidad máxima de desplazamiento se aumentaba paulatinamente el número de cuerpos del arado hasta encontrar el límite de tracción.

Se registraba todo evento significativo en el transcurso del ensayo y, la homologación del tractor se hacía en base a la capacidad de tirar tantos cuerpos de arado a una velo-cidad dada. Se procuraba que la superficie utilizada fuese homogénea y siempre la misma. Para ello se reservaba un alfalfar consolidado, que hasta el presente esa es-tación de ensayos atesora como evidencia histórica.

LAS NORMAS DE ENSAYO

De lo expuesto surge que la norma de ensayo expresa clara y determinadamente la "receta o rutina" que debe seguir la es-tación de ensayos para realizar un ensayo de homologación. Esas normas surgen de la tarea conjunta y consensuada de profe-sionales que representan por lo menos a los fabricantes, los compradores y los usuarios.

A ellos se agrega quien representa el apoyo técnico y garantiza la racionalidad e independencia de lo que será una futura norma de ensayo. Por lo general son inves-tigadores de la Universidad u otros organis-mos de investigación independientes.

Comisiones conformadas de esta manera son las que en el mundo han sido responsa-bles de proponer en su momento y revisar periódicamente para su actualización, las normas de ensayo que luego son aplicadas por los organismos de estandarización.

A fin de analizar la evolución y el estado actual de las normas o códigos de ensayo, conviene referirse como primer antecedente al estado de Nebraska en Estados Unidos y al Laboratorio Nacional de Ensayo de Tractores (NTTL) de su Universidad.

Esta normativa fue desarrollada por la Sociedad Americana de Automotores (SAE) en acuerdo y colaboración de la Sociedad Americana de Ingeniería Agrícola (ASAE). Con el correr de los años, esta normativa se aproximó a los códigos de otro organismo internacional (ISO) Organización Interna-

cional de Estandarización. En definitiva lo que puede llamarse perfil

norteamericano de las normas de ensayo de tractores se conforma por un conjunto de códigos establecidos en el paquete de normas: SAE, ASAE e ISO.

En Europa se desarrollaron normativas en cada país: normas DIN en Alemania, COPAN en Italia, UNE en España y otras. Hacia fines de la década de 1950 éstos países acordaron incorporar como bloque europeo, norma-tivas desarrolladas en el marco de lo que entonces se llamaba Organización para la Cooperación y Desarrollo Europeo (OEEC) organismo creado luego de la segunda gue-rra mundial con el objetivo de coordinar el uso de la ayuda norteamericana a través del Plan Marshall. El primer código fue aproba-do el 21 de abril del año 1959.

Este organismo cambia su finalidad a partir del año 1961 y se ocupa de considerar asuntos internacionales y transcontinenta-les. Desde ese entonces su nombre es Orga-nización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE). La integran 30 países miembros y 70 asociados con los que com-parte el acuerdo de uso de sus normativas.

Frente a la globalización del mercado mundial, a partir de 1980 la región nortea-mericana, reconoce y aplica las normas OCDE para el ensayo de tractores agrícolas. Es así que a partir del año 1986 el Estado de Ne-braska cambió la exigencia a la norma OCDE y según ésta autoriza, a través de su NTTL, la venta de tractores dentro de su territorio.

Dado que con esta normativa operan Norteamérica, Europa y Asia, y la reconocen y adhieren los países Sudamericanos a con-tinuación se hace referencia a una síntesis de sus contenidos.

Los códigos OCDE para el ensayo de trac-tores se agrupan en ocho títulos diferentes:

oficial de la prestación de los tractores agrícolas y forestales.

oficial de la prestación de los tractores agrícolas y forestales versión restringida.

-cial de las estructuras de protección sobre tractores agrícolas y forestales. (ensayo dinámico).

-cial de las estructuras de protección sobre

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tractores agrícolas y forestales. (ensayo estático).

oficial de ruidos en el puesto de conduc-ción de los tractores agrícolas y forestales.

oficial de estructuras de protección delan-teras sobre tractores agrícolas y forestales de ruedas de escasa trocha.

-cial de estructuras de protección traseras sobre tractores agrícolas y forestales de ruedas de escasa trocha.

-cial de estructuras de protección sobre tractores agrícolas y forestales de orugas.

La aprobación de OCDE bajo el Código 1 (norma completa) requiere determinar:

a) la potencia en la toma de fuerza princi-pal.

b) la potencia del hidráulico y su capacidad de levante.

c) la potencia en la barra de tiro. d) el área y el radio de giro.e) la posición del centro de gravedad. f) capacidad de frenado (sólo en tractores

de ruedas).g) el nivel de ruidos externos (sólo en trac-

tores de ruedas). Mientras que los siguientes ensayos sobre

el motor son opcionales:

con correa o bien potencia en el eje de la polea.

La aprobación OCDE bajo el Código 2 (norma restringida) requiere determinar:a) la potencia a la toma de fuerza principal. b) la potencia hidráulica y la fuerza de le-

vante. c) la potencia de tracción y el consumo de

combustible (sin lastre). La aplicación de éstas normas implica

la medición de la potencia del tractor entregada de dos formas totalmente dife-rentes. A ellas se refiere en los siguientes apartados.

A nivel de ISO existen normas de ensayo de tractores agrupadas bajo el número 789 que se asemejan en gran medida a los códi-gos de la OCDE aunque estos últimos tienen una frecuencia mas corta de actualización y reformas lo cual implica que debe verificarse

la correspondencia entre las últimas versio-nes de las normas en vigencia.

La correspondencia con estas normas en la Argentina son la serie de normas 8005 para ensayos de tractores. Este conjunto de normas establecen los procedimientos para el ensayo de los diferentes componentes.

8005-0 Maquinaria agrícola Tractor agríco-la. Ensayo general del tractor.

8005-1 Ensayo a la toma de potencia8005-2 Ensayo a la barra de tiro. 8005-3 Maquinaria agrícola Tractor agríco-

la. Determinación del diámetro y la amplitud de giro.

-minación del centro de gravedad.

8005-5 Maquinaria agrícola. Tractor agrí-cola. Sistema de levante hidráulico de acoplamiento de tres puntos posterior. Método de ensayo.

8005-6 Sistema hidráulico de mando remoto - Método de ensayo.

8039-1 Tractores agrícolas y forestales. Es-tructuras de protección método de ensayo estático y condiciones para la aceptación.

8039-2 Tractores agrícolas y forestales. Es-tructuras de protección método de ensayo dinámico y condiciones para la aceptación.

La potencia del motor

Medida a través de la toma de fuerza (OCDE 1.1. y 2.1.) se trata de la potencia sobre un eje que rota y se calcula a través de dos datos que se miden, el par motor o trabajo y el régimen o velocidad angular asumiendo que la potencia es el trabajo desarrollado por el motor en la unidad de tiempo.

(XII.1)

Donde Pptp

es la potencia en la toma posterior de fuerza expresada en CV, PM es el par motor expresado en kg.m y n es el régimen del motor expresado en min-1. La constante 716 es para expresar la potencia en CV cuando se usa las unidades técnicas mencionadas y corresponde a:

60 s.min-1.75 kgm s-1 por cada CV dividido por 2 .

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En todas las normas se ha establecido como unidad de medida del par motor el Nm y de potencia al kW, que son las que co-rresponden en el Sistema Internacional (SI).

La potencia de tracción

También llamada potencia en la barra de tiro es seguramente la más frecuente pres-tación del tractor, pero a su vez la de mayor ineficiencia, dadas las importantes y varia-bles pérdidas que se producen al vincularse las ruedas al suelo deformable.

Aquí se hace necesario medir la compo-nente horizontal del esfuerzo de tracción o fuerza en la barra de tiro y conocer a la vez la velocidad real de desplazamiento, a modo de satisfacer la ecuación (7):

(XII.2)

Donde Pb es la potencia en la barra de tiro

o potencia de tracción expresada en CV, T es la componente horizontal del esfuerzo de tracción expresada en kg., Vra es la veloci-dad real de avance expresada en metros por segundo y la constante 75 permite transfor-mar los kg.m/s en CV.

Para cada uno de los ensayos el equipa-miento de medición es muy diferente, sin embargo, básicamente ambos deben tener componentes que resuelvan los pasos que a continuación se detallan y que componen el mecanismo dinamométrico.

Función del mecanismo dinamométrico

Una función principal es disipar la ener-gía, esto es absorber el trabajo realizado por el motor de modo de poder simular, en el laboratorio o la pista de ensayos, los tipos de carga que recibirá en condiciones reales de trabajo en el campo. A este dispositivo encargado de absorber el par motor se lo denomina freno y además de abosorver la energía debe permitir variar el frenado o carga y garantizar la estabilidad de ese fre-nado por cierto período de tiempo según lo estipula la norma respectiva.

Otra función principal será conocer para cada condición de frenado, el valor de la fuerza que se aplica para así mantenerla en esa condición. Esto implica que el mecanis-mo dinamométrico debe ser capaz de medir

constantemente las fuerzas.En el caso de medir la potencia sobre un

árbol que gira, la fuerza corresponde al par de frenado aplicado; mientras para el caso de los ensayos de tracción en pista, la com-ponente horizontal del esfuerzo de tracción comunicado a otro vehículo que hace de freno o disipador de potencia.

Suele citarse al freno tipo "Prony" para explicar el mecanismo dinamométrico de absorción prístino y elemental aplicable a un ensayo de un motor, que pretenda medir la potencia sobre un árbol que gira.

En la figura XII.1 se presenta un esquema de éste tipo de freno tipo: polea de radio co-nocido (a), campana que genera por fricción una fuerza opuesta a F (b), mecanismo para variar la magnitud del frenado (c), mecanis-mo para la medición de la fuerza (d), brazo del dinamómetro (e); la fuerza equivalente de la polea F

1 y la distancia desde el centro

de giro L.

La idea de quien diseñó este mecanismo fue que la fuerza tangencial desarrollada por un mecanismo rotacional que entrega potencia (toma de potencia o polea), no puede medirse directamente, sino sólo a través de la medición del trabajo que de-sarrolla atendiendo a su radio (fuerza por distancia). A su vez el par motor o torque se puede medir por aplicación de un par resistente, que lo absorba (frenado).

Este modelo implica considerar que:

(XII.3)

Donde F1 es la fuerza tangencial en el

mecanismo rotacional que entrega potencia (polea o toma de potencia) a es el radio del mecanismo rotacional, F es la fuerza medi-da por el mecanismo dinamométrico en el extremo de su brazo, L es la distancia del momento de frenado.

Si se despeja la fuerza tangencial de la toma de potencia o polea, resulta:

Fig. XII.1: esquema

de un freno de Prony.

199


F1 =

El mecanismo dinamométrico lleva mon-tado un dispositivo para medir el régimen rotacional y así conocer el régimen en cada punto que se mide el par motor. De esta manera se puede conocer los dos factores de la potencia (fuerza y velocidad). Se asume que la potencia puede definirse como el producto de ambos en razón de:

P = (XII.5)

Donde P es la potencia, F es la fuerza, d es la distancia y t representa al tiempo. Si se considera que d/t representa a la velocidad (V) entonces:

P = F . V (XII.6)

Esta es la expresión más generalizada de la potencia y para el caso particular de la medición de la potencia rotacional la fuerza F

1 se mide a través del trabajo desarrollado

o par motor (PM).

P = F1 . vt (XII.7)

Asumiendo que la velocidad tangencial vt es igual a r.n.2 y que el producto de F

1 por

n es igual a PM; también puede expresarse:

P = PM . n . 2 (XII.8)

A su vez, cuando se pretenda usar unida-des técnicas para expresar la potencia en CV, debe incluirse como constante a 716 en el denominador de esta ecuación. Ella deriva de incluir a 60 segundos por minuto, dado que el régimen estará en vueltas por minuto y a 75 que son los kgm por segundo en cada CV; luego de operar resulta que:

2 / 60 x 75 = 0, 001396

Por lo tanto como 1/0,001396 = 716, la potencia rotacional P medida en un ensayo dinamométrico puede expresarse en CV, el PM en kgm y el n en min-1.

P = (XII.9)

En base a la descripción del elemental freno de "Prony" puede observarse que si se incrementa la fuerza comunicada a las zapatas o mordazas del freno, el motor recibirá un par de frenado cada vez mayor pues las zapatas de frenado están solida-rias con el brazo y están impedidas de girar pues el extremo de su brazo se apoya sobre una balanza u otro mecanismo que mide la fuerza (ver figura XII.1).

Nótese que el diseñador del mecanismo había previsto que, ante la necesidad de medir pares mayores, basta con alargar el brazo para lograr pares de frenado de mayor magnitud sólo en base a la variación de esa distancia. De tal suerte será posible mantener las mediciones de esfuerzo en el mismo rango de régimen que necesitaron los motores de menor par.

Si se mantiene el acelerador del motor para que gire a su régimen máximo, cada vez que se incrementa el par de frenado el motor tiende a disminuir el régimen de giro por efecto de la mayor carga. Para compen-sarlo actúa el regulador de la inyección de combustible y por aumento del volumen individual de cada inyección, restablece el régimen anterior al incremento de la carga.

Este fenómeno se repetirá ante nuevos incrementos del frenado, hasta el punto en que la bomba entrega el máximo volumen de inyección, por lo general un 20% mayor al volumen inicial sin carga. En ese momen-to, se estará midiendo el valor de máxima potencia entregada por el motor.

Si bien en este punto el régimen apenas ha disminuido poco (7-8 %) por acción del regulador, el par motor incrementó su magnitud con respecto al registrado en las primeras etapas del procedimiento de frenado. Al régimen que se corresponde con la potencia máxima se lo conoce como velocidad de régimen o régimen nominal y el intervalo entre la velocidad máxima (sin carga) y régimen nominal se la designa como zona de acción del regulador (ZAR).

Esta definición ha cambiado en los últi-mos años debido a que en muchos casos el régimen nominal declarado por el fabricante no se corresponde con el de potencia máxi-ma. Por este motivo las últimas versiones de las normas de ensayo establecen el ensayo a régimen nominal como aquel declarado por el fabricante y luego el régimen en el cual

PM.n

716

F.d

t

F.L

r

200


el motor desarrolle su potencia máxima en forma continua.

Los incrementos de carga o frenado ma-yores al necesario para llegar al régimen nominal, hacen ingresar al motor en la zona de sobrecarga estable (ZSE). En esta zona, el motor sigue estable y entrega mayores valores de par motor (PM) conforme se incrementa la magnitud del frenado, pero con un ritmo de crecimiento totalmente diferente al de la zona donde trabajaba el regulador. Esto significa que pequeños in-crementos en el valor de par entregado se corresponden con caídas importantes del régimen del motor.

Si se continúa con el incremento del fre-nado o carga, llega un momento en que el motor ya no puede incrementar el PM que entrega y como consecuencia se apaga o cala por efecto de la sobrecarga. En el punto in-mediato anterior a éste, el motor entregará su mayor valor de PM y se lo denomina par motor máximo.

Los ensayos actuales de homologación se basan en este modelo básico para la me-dición de la prestación de un motor. Claro está que, las tolerancias de las normativas vigentes han requerido una mejora muy sustancial de la prestación de los mecanis-mos dinamométricos, que las innovaciones tecnológicas han permitido incorporar.

El equipamiento aplicado a los frenos actuales suele incluir un mecanismo eléctrico basado en las corrientes parásitas o de "Fou-cault" que actúan entre el estator y el rotor de un volante de frenado. Este tipo de freno garantiza la estabilidad de la carga durante el período que se registran los datos esta-blecido por la norma. La energía absorbida es disipada en forma de calor a través de un flujo constante de agua que circula dentro del encamisado del freno.

Por otro lado, la medición de los esfuer-zos, se hace mediante celdas de carga que utilizan la aplicación de puentes Strain Gage sobre una probeta comprimida o tracciona-da por el brazo del dinamómetro de absor-ción. Esto permite que la toma de datos no requiera de un operador, sino que pueda resolverla y almacenarla un ordenador.

Contenidos del ensayo de homologación

La elaboración de los contenidos de la norma de ensayo resulta de la discusión y acuerdo entre los distintos participantes del sistema tecnológico y del mercado. La idea básica es simular sobre el motor del tractor ensayado, por medio del frenado, la presta-ción que frecuentemente se demanda mien-tras realiza las diferentes labores agrícolas.

Por lo tanto, un ensayo de homologación de la prestación del tractor implica:

valor de PM.

Figura XII.2: representación de una curva de par motor.

Fig. XII.3: dinamóme-

tro moderno acoplado a

un tractor IIR INTA Castelar

para medir el par y el régimen.

Figura XII.5: unidad de control y almacenamiento de

datos IIR INTA Castelar

201


consumo específico, es decir la relación consumo horario /potencia.

-diciones estándar de presión atmosférica y temperatura. Las actuales normas de ensayo no establecen corrección alguna a los resultados obtenidos. En cambio fi-jan parámetros de temperatura a la cual deben realizarse los ensayos y establecen que todos los parámetros atmosféricos deben ser monitoreados a fin de dar la libertad a la corrección a voluntad de cada usuario

curvas características (PM, potencia y consumo específico).

boletín de ensayo con la co-municación resumida de los resultados. La rutina para generar las curvas caracte-

rísticas incluye dos grupos de ensayos.

ENSAYOS DE POTENCIA MÁXIMA

Las normas establecen que la carga sea constante durante períodos de dos horas y los datos obtenidos deben promediarse. El punto de la curva que corresponde a la in-yección del máximo volumen de combustible como resultado de la acción del regulador de caudal de la bomba (ver figuras IV.11 y IV.12) es el punto de inflexión que separa a la zona de acción del regulador (ZAR) de la zona de sobrecarga estable (ZSE) e incluye los ensayos aludidos en los dos apartados siguientes.

Ensayo del valor de potencia máxima

Se describirá a continuación la metodolo-gía y condiciones de los ensayos establecidos en los códigos 1 y 2 de la OCDE por ser la normativa mas actualizada y la de mayor aceptación internacional ,teniendo en cuen-ta que existen diferencias entre esta y la norma ISO como la IRAM correspondiente.

Se parte de un motor que funciona en va-cío a velocidad máxima, sin carga mientras el regulador de caudal hace que el volumen de

La temperatura de ensayo debe estar comprendida entre 23 7 ºC se deben mo-nitorear las presión y la humedad ambiente,

temperatura de combustible, etc. Seguida-mente se comienza a cargar hasta llegar al régimen al cual se obtiene la potencia máxi-ma, ejerciendo una intensidad de frenado suficiente para mantener estable el mismo régimen de giro durante dos horas o a la sumo, con una muy pequeña tolerancia 2,5 % de desvío con respecto a éste valor.

Este ensayo se justifica en la necesidad de medir con precisión la máxima potencia del motor, ya que se trata del factor formador de precio del tractor, más relevante. Y ade-más es el techo de potencia que se considera cuando se realizan los cálculos para armoni-zar el tractor y los equipos que opera.

Si el régimen en el cual se obtuvo la po-tencia máxima no coincide con el régimen nominal declarado por el fabricante se debe realizar una medición de la potencia a di-cho régimen de manera de asentarlo en las planillas finales de resultado.

Ensayo de potencia máxima al régimen estandarizado de la toma de potencia

El procedimiento es similar al anterior aunque el régimen de inicio del ensayo co-rresponde al régimen de giro estándar de la toma de potencia según sea: categoría I de

Este ensayo provee de un dato esencial para aquellos cálculos que pretendan armonizar el tractor con las máquinas que demandan casi toda la potencia a través de la toma de fuerza, como es el caso de cosechadoras de plantas forrajeras.

La norma ISO así como la correspondiente norma IRAM 8003 especifican que los trac-

deben contar con una toma de fuerza ca-tegoría I y otra categoría II. En los modelos que cumplen con ella el régimen nominal en

-

Fig. XII.6: mecanismo para la medición volumétrica del consumo horario de combustible.

202


ponde con una velocidad de giro del cigüeñal algo menor a la velocidad de régimen y sólo la toma de categoría II (1000 rev/min.) coin-cide con el de potencia máxima.

En el caso de la categoría I se presenta la ventaja de no ser necesario acelerar mucho el motor para tareas livianas con la toma de fuerza y por tanto poder trabajar a un valor menor de consumo de combustible. No obstante ello, el usuario debe saber que si la máquina operada utiliza más de 65 CV, ésta debiera estar prevista para trabajar con una toma de fuerza de la categoría II pues así dispondrá de toda la potencia del motor y trabajará en condiciones de mayor seguridad.

En este sentido, el concepto de incorporar la toma de fuerza de la categoría II, se basa en transmitir mayores valores de potencia, sin necesidad de aumentar significativamen-te el esfuerzo de torsión a los que estará sometido ese tramo de la transmisión.

A fin de aclarar los conceptos aludidos en los párrafos anteriores se recurre al siguiente ejemplo usando unidades del sistema técnico.

Es necesario comprar una recolectora-pi-cadora de forrajes para cosechar maíz con destino a ser ensilado. La demanda de po-tencia rotacional en la toma de fuerza de la máquina es de 90,5 CV y ésta presenta dos alternativas de transmisión categoría I y II.

Se dispone de un tractor cuyo motor

v/min. la cual coincide con la velocidad estándar de la toma de fuerza de la cate-goría II (1000 min-1) es decir con la potencia máxima; para la otra alternativa el motor entrega 32 kgm al régimen de 2000 v/min. que corresponde a la velocidad estándar de la toma de fuerza de la categoría I. En base a ello se plantean dos interrogantes:

(categoría I ó II) compatibles con el trac-tor?

toma de fuerza mientras trabaja con la categoría I y cual con la categoría II?La primera respuesta requiere calcular la

potencia máxima del motor qué, de acuerdo a la ecuación XII.1 es de 89,3 CV si se tra-baja con la categoría I y de 100,5 CV con la categoría II. Por lo tanto queda claro que la máquina no podrá ser usada con la toma de fuerza de categoría I dado que el tractor no

tendría la potencia suficiente para satisfacer la demanda de 90,5 CV.

El segundo interrogante requiere calcular la fuerza en el eje (F

tpp) para las dos situa-

ciones qué despejando en la ecuación XII.9 se obtiene:

Ftpp

=

(XII.10)

dónde r es el radio de la toma de fuerza. Así resulta que con la categoría I F

tpp es 6857

kg y 3702 kg con la categoría II.Los resultados anteriores demuestran que

transmitir la misma potencia, a prácticamen-te el doble de velocidad, implica reducir pro-porcionalmente casi a la mitad el esfuerzo al que estará sometido el eje. Aunque parezca obvio, cabría recordar que será la fuerza la que provocará daños sobre la transmisión y no la velocidad en caso de mecanismos con las características de los tractores agrícolas. Ello justifica la normativa ISO ya citada y que limita a 65 CV la potencia a transmitir por la categoría I de toma de fuerza.

ENSAYOS de CARGA VARIABLE

Este segundo grupo de ensayos tiene como objetivo obtener los datos de la pres-tación del motor, a cargas que el regulador de la bomba de inyección trabaja efectiva-mente, a fin de mantener el régimen del motor estable. Esto significa que los 6 pun-tos de esta parte del ensayo se encuentran dentro de la zona de acción del regulador (ZAR), y las cargas están todas por debajo de la de potencia máxima.

Otra razón que justifica estos ensayos es la necesidad de evaluar las prestaciones del trac-tor mientras es sometido a cargas menores a las de sobrecarga que serán, algunas de ellas, frecuentemente usadas mediante el armoni-zado correcto del conjunto tractor-máquina como ya se mencionara en el capítulo I.

Los seis puntos de carga variable esta-blecidos en todas las normas de referencia y aplicadas por muchos años en Argentina por el Instituto de Ingeniería Rural del INTA de Castelar son: a. Par correspondiente a la potencia máxima

a régimen nominalb. 85 % del par definido en ac. 75 % del par definido en b

P . 716

n . r

203


d. 50 % del par definido en be. 25 % del par definido en bf. sin carga

Cada uno de los seis puntos debe resultar del promedio medido durante 20 minutos seguidos sin interrupción.

El primero de estos puntos de ensayo de carga variable, el que corresponde al 85% de la carga a la que entrega potencia máxima, es un punto de carga muy razonable para altos esfuerzos de tiro que tendrán luego variabilidad tal como ocurre con la labranza primaria (arados), ya que trabajará dentro de la zona en que trabaja el regulador, y even-tualmente en algún momento lo hará sobre la potencia máxima. El dimensionamiento de los conjuntos tractor/apero apuntando a este valor de potencia sería muy juicioso.

El segundo valor del 75% del par obtenido al 85 % del de potencia máxima a régimen nominal, es también una carga importante, relacionada a labores secundarias pesadas, tiro de sembradoras de siembra directa de alta demanda o bien labores primarias de aradura en condiciones de suelo muy friable.

El tercero, 50%, puede ser una carga asi-milable al laboreo secundario, una rastra de disco en segunda pasada, por ejemplo, en el marco de las justificaciones de los valores de estos puntos de carga variable.

El cuarto, 25%, se correspondería a una carga realmente baja para un tractor, como podría ser el tiro de un acoplado liviano o vacío sobre suelo firme.

El último, punto (0%) intenta en realidad verificar el correcto funcionamiento del re-gulador de la inyección de combustible, ya que al pasar bruscamente de solicitar el 85% de la potencia máxima, se hace desaparecer la carga y entonces el regulador debe "cor-tar" la inyección y mantenerla al mínimo volumen por inyección. Si esto no funcionara así, el motor sufriría un grave deterioro por excesiva frecuencia de giro.

La comunicación de los resultados de un ensayo del motor (curvas características).

Según lo relatado hasta aquí, queda claro que el ensayo de homologación del motor de un tractor, hoy mayoritariamente bajo normativas OCDE, consiste en la me-dición del par motor para todo el rango de régimen donde funcione, el cálculo de la potencia al multiplicarlo por el régimen y simultáneamente la medición del consu-mo horario, con la finalidad posterior de calcular una razón energética que lleva el nombre de Consumo Especificado al Traba-jo realizado (gr/kW.h).

Los resultados del ensayo se vuelcan en una planilla resumen como la siguiente:

La planilla anterior es muy útil, para cual-quier análisis cuantitativo que se pretenda hacer o calcular. Sin embargo, talvez el ele-mento de comunicación de resultados más requerido por los técnicos sea la graficación de los parámetros: Par Motor, Potencia, Consumo Horario y Consumo Específico, respecto al régimen colocado en abcisas.

A éstas se las conoce como Curvas Carac-terísticas de Prestación o Performance del motor y suelen ser la carátula de un ensayo OCDE, colocándose antes que la planilla resumen mostrada más arriba.

Las siguientes corresponden a un tractor ensayado en Alemania:

Fig. XII.7: tractor

acoplado a un equipo

dinamométrico móvil.

Fig. XII.8: planilla que resume un ensayo.

204


En la figura anterior, se destacan sobre las curvas características, las dos zonas de acción del regulador ensayadas, correspondientes a la de máxima potencia y la correspon-diente al régimen normalizado de la toma de potencia.

Elasticidad del motor

Se conoce como elasticidad de un motor, su capacidad para absorber determinada sobrecarga, sin calarse o apagarse, y por tanto sobreponerse y seguir funcionando sobrecargado, hasta que la desaparición de esa sobrecarga, le permita volver al régimen normal. En el caso de los tractores de uso agrícola, tiene una muy estrecha e inversa relación con el número y escalonamiento de las marchas de su caja de cambios.

Es decir que, un tractor con elevada elas-ticidad de su motor necesitará un escaso número de marchas para resolver sus tareas de tracción, ya que podrá trabajar bien aún en sobrecarga. En cambio, un tractor con motor inelástico, necesitará inevitablemente una importante caja de cambios con muchas marchas, para evitar trabajos en sobrecarga.

El concepto de elasticidad de un motor se relaciona con por lo menos tres parámetros:

expresada como porcentaje del régimen

de velocidad máxima. Los motores de uso en tractores agrícolas muestran muy poca variabilidad en este valor, que también se conoce en lengua inglesa como Droop, y suele ubicarse entre 7 y 8%.

respecto al régimen de potencia máxi-ma, expresado también como porcen-taje de éste. Se lo denomina Reserva de Régimen. Tampoco aparece demasiada variabilidad para este parámetro en los actuales motores de tractores y suele ser del orden de un 70%.

-metro es el porcentual del incremento del par motor nominal que se produce al sobrecargarse hasta el valor de par máximo. Es el parámetro fundamental para ana-

lizar las características de elasticidad entre motores es muy significativa y notoria. El rango de oscilación de la Reserva de Par tiene un piso en el orden de 7 a 8% y un techo entre 35 al 38%. Cuando se acercan a esos extremos, llamamos a los motores respectivamente INELÁSTICOS y ELÁSTICOS, reservando el código ELASTICIDAD INTER-MEDIA, para aquellos cuyo valor de reserva de par está en el orden del 12 al 15%.

La Reserva de Par Motor y el Consumo de Combustible

Dado que la denominada reserva de par, no es otra cosa que la expresión directa de caída de la eficiencia global del motor a al-tos regímenes de trabajo, la mayor reserva de par, que otorga una curva de potencia, algunas veces tan "chata", que dio la idea a algunos fabricantes de llamarle a sus series de motores más elásticos como: "Motores de Potencia Constante". Esto se basa en que un motor con un crecimiento del par en sobrecarga superior al 30%, compensa la caída de régimen y entrega en ese rango un valor de potencia que disminuye muy poco con la sobrecarga, manteniéndose "casi constante".

Sin embargo, y dado que el Consumo Es-pecífico es una razón de eficiencia en el uso del combustible, los gramos de combustible gastados (energía química), dividido por el valor de energía efectiva obtenida (potencia por tiempo), está claro que cuanto más pen-

Fig. XII.9: resumen de un boletín de ensayo bajo nor-ma OCDE con las curvas características de prestación.

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diente negativa tenga la curva de par en la Zona de Sobrecarga Estable, más pendiente positiva tendrá el crecimiento del valor que cuesta producir una unidad de potencia en la hora o Consumo Específico.

El resultado es que tan variable como es el valor de la Reserva de Par Motor, resulta ser también los valores de Consumo Específico de los motores de uso en tractores agríco-las. El rango puede ubicarse en un piso de

unidad técnica. Haciendo un balance nemotécnico, po-

dríamos afirmar que la curva de Consumo Específico es la imagen especular de la Curva de Par Motor. O bien que la característica de elasticidad de un motor, tan bienvenida cuando éste motoriza un tractor, se paga con un mayor consumo de combustible.

Desde de otra óptica más, la necesidad de una caja de cambios con más marchas que requiere un motor inelástico, se pagará gracias a un menor consumo de combustible.

El tipo de motor respecto a su elasticidad, tendrá siempre una solución de compromiso al motorizar un tractor. Si embargo, si la motorización es para un equipo de riego o un grupo electrógeno, indudablemente las ventajas estarán hacia el menor consumo posible, pues las sobrecargas no existirán.

Curvas Características de Ensayos de Mo-tores con Regulación Mecánica y Electrónica de la Inyección

El uso de las tres tecnologías modales actuales: Common Rail, Regulación Elec-trónica y la turbo sobrealimentación de aire, han mejorado la prestación de los motores agrícolas.

Los motores cuya bomba inyectora tiene regulación mecánica del circuito y una reser-va de par importante (diferencia porcentual entre el par motor a régimen y el máximo) como para considerarlos “Elásticos”, tenían y siguen teniendo un consumo específico del orden de 300 g/kWh y en algunos casos

En estos casos se paga cara la reserva de par, pues la eficiencia al régimen nominal es marcadamente menor y, que por lo general el régimen nominal coincide con la Potencia Máxima.

Figura XII.10: motor con bomba de inyección y regu-

lación mecánica.

En la figura XII.10 se presentan las curvas

año 2003. Se ensayó el motor de un tractor

máxima de 80,9 kW y regulación mecánica de la bomba de inyección. Este motor ofrece

-

En cambio, luego de combinar la regu-lación electrónica con el sistema de inyección de Common Raillogrado hacer funcionar a los motores de los tractores en condiciones de eficiencia que unos años antes de la difusión de estas tecnologías, se hubiesen calificado de ide-ales o utópicas.

Se han logrado reservas de par motor

a 55%, pero con consumos específicos del

incluyen una “Reserva de Potencia”. Si bien hasta hoy la directiva de uso del fabricante sigue siendo usar los motores a velocidad de régimen, ante una sobrecarga la potencia puede incrementarse un porcentaje signif-icativo, por periodos eventuales de funcio-namiento con mayor exigencia.

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amplio de funcionamiento, es decir tiene una curva muy “chata”.

LOS ENSAYOS de TRACCIÓN

Medición de la potencia en la barra de tiro

Por ser la forma de uso de la potencia del tractor más frecuente y a su vez la que pone a prueba el diseño integral del tractor, pues incluye la vinculación al suelo, la medición de la potencia real en la barra de tiro o po-tencia de tracción, es sin duda un dato de mucha utilidad para quien toma decisiones sobre los conjuntos tractor-apero.

No obstante ello, el principal desafío que presenta normalizar, al punto que los ensayos sean homologables, esta medición enfrenta justamente la dificultad de tener que vincular las ruedas al suelo para obtener tracción.

El primer antecedente de ensayos sobre el tractor (op.cit.), incluía estas determina-ciones trabajando sobre una superficie que se la pretendía uniforme y constante, un alfalfar consolidado. Sin embargo muy lejos está de ser una superficie que garantice la repetición y comparación de un ensayo, al igual que cualquier otro suelo agrícola.

El suelo de uso agrícola es un cuerpo complejo, tiene tres fases: gaseosa, líquida y sólida. En su superficie y hasta cierta pro-fundidad es un muy activo soporte de vida vegetal, animal y microbiana. Así, durante los diferentes períodos del año, su reacción frente al requerimiento del rodado es de casi imposible de predecir.

Esto llevó a los organismos responsables de la normalización, a definir un sustrato simple para realizar el ensayo de tracción. De una sola fase e inalterable a lo largo del año.

Fig. XII.12: equipo dinamómetrico y pista de ensayos de tracción del histórico NTTL (Laboratorio Nacional de Ensayo de Tractores) de Nebraska.

Figura XII.11: motor con Common Rail y regulación electrónica de la inyección.

En la figura XII.11 se presentan las curvas

Holland T7.315 con una potencia máxima de 220,1 kW con Common Rail y regulación electrónica de la inyección. Este motor of-rece una reserva de Par del 32% (desde 925 hasta 1225 Nm) mientras las revoluciones del motor caen un 28,6%, y el consumo es-pecífico desde 221 g/kWh hasta 212 g/kWh respectivamente y, la potencia cae el 6,6 %, desde 205,7 kW a 192,1 kW. Sin embargo, se destaca que ante el incremento inicial de la demanda de Par y mientras las revoluciones del motor caen desde 2100 a 1800 el motor ofrece un incremento de la potencia hasta 220,1 kW y el consumo específico se reduce

En definitiva estas son las diferencias logradas al pasar de regular un motor en base a sólo un parámetro (el régimen), a ha-cerlo en base a alrededor de una decena de parámetros relevados por la EDU y enviados a la ECU para procesarlos y tomar decisiones sobre las variables sujetas a regulación que garantizan una mejor prestación.

La otra característica de estos nuevos mo-tores es que a la baja del consumo específico, es decir el costo de una unidad de potencia durante una hora, suman la estabilidad de ese valor que se mantiene en un rango muy

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Se terminó eligiendo una mezcla particula-rizada en su granulometría y componentes cementantes, que recibe el nombre de tar-macadam, y es con el que se construyen las pistas para ensayos de tracción. El uso de las pistas así normalizadas, no deja de ser una solución de compromiso ya que aún así las diferencias entre pistas diferentes usadas en diferentes períodos del año, arrojan di-ferencias bastante significativas.

Por otro lado, el rodado de los tractores al trabajar sobre un suelo rígido e indeforma-ble, lo hace al revés de lo que acontece en un suelo agrícola. Esto es, cuando se pierde la adherencia, en el campo es el suelo el que se corta. Cuando se pierde la adherencia sobre este suelo por exceso de esfuerzo de tracción, es la capa del rodado en contacto con el suelo la que se rompe.

En líneas generales, los coeficientes de tracción (t) que ofrecen los tractores en la pista, normalmente duplican a aquellos que pueden obtenerse a campo. No deja por tanto de ser un severo ensayo para es-tablecer el correcto dimensionamiento de la transmisión, ya que nunca a campo, ésta será sometida a tanto esfuerzo.

El equipo dinamométrico para los ensayos de tracción

Al igual que los usados para los ensayos del motor, estos mecanismos deberán tener básicamente: un disipador de la potencia o freno y un mecanismo para la medición de la componente horizontal del esfuerzo de tracción. Como se trata de potencia tractiva, el conjunto tractor ensayado/equipo dina-mométrico deberá desplazarse sobre una pista de concreto normalizada.

Siendo la expresión de potencia en la barra:

Fig. XII.13: pista para medición de potencia en la barra.

Nb = T . Vradonde: Nb = Potencia en la barraT = componente horizontal del esfuerzo de tracciónVra = velocidad real de avance

Los carros dinamométricos, como se los denomina, deberán tener un preciso me-canismo para la medición también de la velocidad real de avance.

Estos equipos se suelen construir sobre el chasis de ómnibuses o camiones, modifica-dos para soportar mucho lastre, ya que ac-tuarán de freno, teniendo para ello diferen-tes mecanismos para garantizar un frenado uniforme. Estos pueden ser frenos de tipo electrónico o hidráulico. La disipación de la energía absorbida durante el frenado debe disiparse mediante importantes radiadores.

Contenidos y Condiciones del Ensayo de tracción.

Según el Código 2 de la OCDE, denomi-nado: "Código OCDE, restringido, para el ensayo oficial de la prestación de tractores agrícolas y forestales", los datos a medir y las condiciones para hacerlo, referidas al Ensayo en la Barra de Tiro, son las siguientes:

o usar varios, en este último caso se re-portarán todos los datos obtenidos.

-yo debe ser limpia, horizontal y seca, de concreto o tarmacadam.

ensayarán sobre un campo con pastizal consolidado.

todo el tiempo.

de tracción, Estación de Mecánica Agrícola de España (arriba) la celda dinamométrica en su barra de tracción delantera (abajo).

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los datos de: régimen del motor, potencia erogada, esfuerzo de tracción, velocidad de avance, patinamiento, consumo ho-rario de combustible, temperatura del combustible, el líquido de enfriamiento, el aceite de lubricación y las condiciones atmosféricas. La temperatura ambiente debe ser menor o igual a 35ºC.

del 15% de patinamiento del tractor en-sayado.

lastres. -

tregue la máxima potencia en la barra (Nb máx.), y por lo menos las inmediatas superior e inferior.

Los puntos a ensayar serán: - al esfuerzo de tracción T, que entrega la

potencia máxima en la barra (Nb máx.)- el que corresponde a un esfuerzo de trac-

ción correspondiente al 75% del esfuerzo de tracción medido a potencia máxima.

- el que corresponde a un esfuerzo de tracción igual al 50% del esfuerzo T me-dido en Nb máxima.

- a una marcha superior, desacelerando al punto de entregar igual esfuerzo de tiro y velocidad de avance que al 75% de Nb máxima.

- a una marcha superior, desacelerando al punto de entregar igual esfuerzo de tiro y velocidad de avance que en el punto precedente.

Documents

Ensayo de los tractores agrícolas