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SISTEMA DE ARRANQUE HIDRÁULICO PARA LA PUESTA EN MARCHA DE GRANDES MOTORES DE USO AGRÍCOLA ; DESARROLLO Y

CONSTRUCCIÓN DE PROTOTIPO

Manuel E. Budeguer, Antonio Rodero Pérez, Jorge Koehle, Carlos A. Díaz Botta, Ricardo Marchese. Facultad de Agronomia y Zootecnia. U.N.T. Av. Roca 1900 (4000). S.M. de Tucuman. Argentina. e-mail: [email protected] RESÚMEN En nuestro medio agrícola, es muy común el tener los equipos parados, en el mejor de los casos en galpones, durante largos períodos, debido a la estacionalidad de los procesos de preparación de suelos, siembra, cultivo y cosecha . Al llegar el momento de alistarlos para desempeñar su labor, nos encontramos en los grandes motores que normalmente equipan a tractores y cosechadoras en general, con el problema de las exigencias planteadas al sistema eléctrico de arranque, el cuál, debido a las circunstancias ya explicadas, muchas veces es superado por las mismas, produciendo un deterioro prematuro a las baterías y al bobinado del motor de arranque eléctrico. Es propósito de este trabajo el desarrollo de un motor de arranque de accionamiento hidráulico, el cuál proponemos como una alternativa para realizar, sin daños al sistema, la primera puesta en marcha de grandes motores agrícolas, después de un prolongado período de detención, o bajo condiciones severas. La variable que en este trabajo se analizará, será el consumo de potencia requerida para el arranque, y se trata de ponderar las ventajas y desventajas del sistema frente a uno de arranque convencional . Palabras clave: arranque – hidráulico - baterías. SUMMARY Hydraulic starter system for starting of great agricultural use motors. Development and prototype construction. In our agricultural medium it is very common to have stopped the agricultural equipment into sheds, in the best cases, during long periods because the soil preparation, sowing, culture and harvest proceedings are stationaries. At the moment of putting them ready for doing their labors it is found , in the great motors that normally equip tractors and harvest – machines in general, with the problem of the exigencies to the starter electrical system which, owing to the circumstances explained before, often is surpassed by the same producing a premature deterioration to the batteries and to the electrical starter motor bobbined . The objective of this work is to develop of a motor of hydraulic action starter. This is proposed as an alternative for realizing, without damages to the system, the first starter of great agricultural motors after a long stop period or under severe conditions. In this work will be analyzed the variable required power consumption for the starter. It is treated of pondering the advantages of this system in front of a conventional starter one. Key Words: starter – hydraulic - batteries.

mailto:[email protected]


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INTRODUCCION Uno de los problemas que se plantean al tratar de poner en marcha grandes motores agrícolas después de un prolongado período de detención, es el hecho de que al estar detenidos mucho tiempo, los aros de compresión de los pistones, se encuentran totalmente secos, (sin aceite) y por este motivo, además del elevado rozamiento que se produce entre todas las partes metálicas del motor, que tengan movimiento relativo entre sí, debido a la ausencia total de la película de lubricante, se suma el hecho de encontrarnos frente a un motor con una relación de compresión baja, al faltar el efecto sellador en los aros de compresión, debido por supuesto a la total falta de aceite el cuál escurrió completamente hacia el càrter. (Kremser, H. 1945) Si en estas condiciones intentamos poner en marcha el motor mediante su arranque eléctrico, el esfuerzo necesario será notoriamente mayor que el normal, debido al rozamiento citado, y además los tiempos de utilización del mismo serán también mayores (como se demuestra en nuestras mediciones ) hasta conseguir, a expensas de la carga del acumulador eléctrico, el cuál como sabemos es capaz de entregar una elevada corriente ( 120 A o màs ) durante pocos segundos, pero si esto se prolonga en el tiempo, y además lo hace repetidas veces, el daño que puede sufrir, debido al calentamiento excesivo de las placas y al consiguiente desprendimiento de los separadores, puede llegar a ser importante y lo que es aún peor, permanente. Ante este hecho, repetido y siempre presente, es que se propone desarrollar un prototipo de un motor de arranque con accionamiento hidráulico, tratando de establecer las presiones, el caudal y los requerimientos de potencia en una amplia gama de motores . Uno de los motivos por el que se pensó en el accionamiento hidráulico, radica en el hecho de disponer en nuestro proyecto de investigación principal “Pulverizadora de Alta Velocidad; Desarrollo de Prototipo” de una fuente de poder hidráulica, desarrollada para el accionamiento de los mecanismos principales de nuestra pulverizadora, a la cuál se pretende aprovechar en su máxima potencialidad. Por otro lado, la flexibilidad operativa que tiene un sistema hidráulico posibilita mediante simples reguladores la adaptación de un equipo básico para los diferentes requerimientos de potencia y velocidad de arranque de una amplísima gama de motores agrícolas, cumpliendo así con nuestro objetivo de lograr una gran versatilidad de empleo de este prototipo de motor de arranque hidráulico. Material y Métodos Camioneta Toyota Hilux, equipada con motor diesel de 80 HP de potencia. En ella montamos una toma especial para el accionamiento de la bomba hidráulica, ( que en el desarrollo de la Pulverizadora de alta velocidad es la encargada del accionamiento de los mecanismos de la misma) que suministrará la energía hidráulica a nuestro motor de arranque . Motor John Deere, 4979, de 120 HP de potencia, de 11 litros de cilindrada total. Pinza Amperométrica, Manómetro, Caudalímetro, Cronómetro. Motor Hidráulico del tipo Gerotor GMP 50 ,montado en arranque modificado. Arranque modificado. Según diseño adjunto. El método seguido fue: 1)En base al motor Diesel disponible, se realizó el cálculo de la potencia necesaria para el accionamiento del arranque, y la determinación del número de revoluciones por minuto, necesario en el momento del arranque, del motor de accionamiento (List, 1945).


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2) En base a estos datos se procedió a la elección del motor hidráulico de accionamiento del arranque. (Mannesman-Rexroth. 1999) 3) A continuación se procedió a seleccionar la bomba hidráulica de engranajes necesaria para impulsar este sistema. (Mannesman-Rexroth. 1999) 4) Una vez realizada la selección de ambos componentes, se procedió a su montaje, según el diseño ideado, el cuál se adjunta. 5)Se realizó la prueba de arranque, empleando el motor de arranque hidráulico, midiendo el tiempo empleado en producir el arranque del motor Diesel, la presión y el caudal en el circuito.Para ello se procedió a montar el motor de arranque hidráulico en su posición, se lo conectó al acople rápido del control remoto del vehículo auxiliar, y a continuación se intentó realizar la operación de arranque del motor Diesel. Simultáneamente, se registran los valores de presión, caudal, y tiempo de operación. 6) Se realizó la prueba de arranque, empleando el motor de arranque eléctrico convencional. Midiendo el tiempo empleado en producir el arranque del motor Diesel, y mediante la pinza amperométrica la potencia eléctrica necesaria para el accionamiento del arranque. 7) Se procedió a comparar los resultados obtenidos. Calculo y Selección del Motor Hidraulico. Valores Calculados Valores del Manual Qn=1 = 38,5 l/min Qn=1 = 50,9 l/min nM = 1299 r.p.m. nM = 1200 r.p.m. Gerorotor GMP50 Nh = 7,7 Kw Nh = 8 – 10 Kw. Ap = 100 bar Ap = 180 [bar] Calculo y selección de la Bomba Hidraulica Valores calculados Valores del Manual QB = 42 [ l /min] QB = 44,5 [ l / min ] Bomba de Engranajes nB = 1750 r.p.m. nB = 1750 r.p.m. tipo G3 p = 110 [ bar ] p = 250 [ bar ] ( máxima ) Serie 30 B Tamaño 026 NH = 7,7 Kw. NH = 9,44 [Kw ]( a 100 bar ) Nota : Datos de catálogo válidos para aceite hidráulico de viscosidad cinemática 36 [mm2/ seg], a 50 °C.


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RESULTADOS Diseño Motor Hidráulico de Arranque Prueba de arranque empleando motor de arranque hidráulico

Intento de arranque N°

Tiempo de acciona miento [seg.]

Tiempo de espera [seg]

Tiempo total [seg]

Presión del circuito [bar]

Caudal [l / min]

Potencia [Kw]

Resultado Consecuencias para el equipo de arranque

1 20 5 25 85 42 6 Purga inicial de inyectores

ninguna

2 20 5 25 85 42 6 Purga total de inyectores

ninguna

3 20 5 25 87 41 6 Lubricaciòn de aros y aumento de la compresiòn

ninguna

4 20 5 25 85.71 42 6

arranque ninguna

5 20 5 25 71,5 42 5 arranque ninguna 6 20 5 25 73.1 41 5 arranque ninguna 7 20 5 25 71.42 42 5 arranque ninguna 8 20 5 25 73.1 41 5 arranque ninguna 9 20 5 25 73.1 41 5 arranque ninguna


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Prueba de arranque empleando el motor de arranque eléctrico

Comparación de los valores obtenidos

Potencia promedio empleada con arranque hidráulico

Potencia Promedio empleada con arranque eléctrico

Tiempo total promedio hasta arrancar con arranque hidráulico

Tiempo total promedio hasta arrancar con arranque eléctrico

Efecto sobre el equipo de arranque hidráulico

Efecto sobre el equipo de arranque eléctrico

[ Kw ] [ Kw ] [ seg. ] [ seg. ] 5.88 5 25 - ninguno Temperatura

excesiva

DISCUSIÓN En este trabajo se avanzò hasta la construcciòn del motor de arranque hidràulico.. El anàlisis estadìstico de los resultados obtenidos muestra diferencias altamente significativas en las variables tiempo total de arranque, y efectos sobre el equipo de arranque. La prueba “T” con alfa 0,01 para la variable tiempo total muestra diferencias altamente significativas entre los dos sistemas de arranque comparados. CONCLUSIONES El uso de este equipo de arranque hidràulico, para el arranque de grandes motores agrìcolas, luego de perìodos de detenciòn prolongados, presenta ventajas significativas frente al sistema de arranque elèctrico convencional.

Intento de arranque N°

Tiempo de acciona miento [seg.]

Tiempo de espera [seg]

Tiempo total [seg]

Corriente [A]

Tensión [ v ]

Potencia [Kw]

Resultado Consecuencias para el equipo de arranque

1 20 30 50 416 12 5 Purga inicial de inyectores

ninguna

2 20 30 50 416 12 5 Purga final de inyectores

ninguna

3 20 30 50 446 11.2 5 Lubrica ciòn de aros y aumento de la compre siòn

ninguna

4 20 30 50 454 11 5 No arranca temperatura 5 25 40 65 462 10.8 5 No arranca.

Giro màs lento del motor

temperatura

6 25 60 85 471 10.6 5 No arranca temperatura 7 25 60 85 476 10.5 5 Falta

velocidad de giro

Recalentamien to

8 30 60 90 485 10.3 5 No arranca. Falta velocidad de giro

Recalentamiento excesivo

9 30 60 90 555 9 5 Gira muy lenta mente

Baterìa descargada


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BIBLIOGRAFÍA − Kremser, H. Motores de Combustion Interna. 1945. Ed. Labor.

Barcelona.Espana. − List,H.Motores de Combustion Interna. 1945. Ed. Labor. Buenos Aires. Argentina. − Mannesmann Rexroth. Componentes Hidraulicos. 1999. Ed. Mannesmann

Rexroth S.A.I.C.Argentina.

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