Determinación de la potencia a la toma de fuerza del tractor New Holland 6610s
Determining of the power source capacity in the New Holland 6610s tractor
Pedro R. Mayans-Céspedes1, José R. Soca-Cabrera2 y Gilberto López-Canteñs3
1 M.I., Prof., Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola, Universidad Autónoma Chapingo, km 38,5. Carretera México-Texcoco, Chapingo, Edo. de México, CP. 56230, México, E-mail: mayans@correo.chapingo.mx
2 M.C., Prof., Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola. Universidad Autónoma Chapingo.
3 Dr. Prof., Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola. Universidad Autónoma Chapingo.
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
RESUMEN. Las pruebas energéticas de los tractores están estandarizadas y se rigen por normas que permiten determinar los principales índices del tractor. En el presente trabajo se reflejan los resultados de la prueba al árbol toma de fuerza del tractor New Holland 6610S. La prueba se realizó en los laboratorios del Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola de la Universidad Autónoma Chapingo, utilizándose la norma MNX “Tractor agrícola–Determinación de potencia a la toma de fuerza–Método de prueba” y la NC “Máquinas agropecuarias y forestales. Evaluación energética. Metodología para su realización”. Los resultados de las mediciones realizadas fueron procesados en el paquete CurveExpert versión 1,3 con el cual se construyeron las características de regulación en función de la frecuencia de rotación del motor, torque y potencia en el árbol toma de fuerza, los valores de potencia máxima, gasto horario y específico de combustible fueron de 24,14 kW, 9,63 kg/h y 398,84 g/kW·h respectivamente, y corresponden a una frecuencia de rotación del motor de 1619 min-1 y al árbol toma de fuerza de 443 min-1.
Palabras clave: Dinamómetro, consumo horario de combustible, torque, características, potencia
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
ABSTRACT. The tractors energy tests are standardized and are guided by standards which allowed the principal indexes determination. This paper reports the results obtained during New Holland 6610S tractor axel power test. The test was made in the laboratories at Chapingo Autonomous University, Agricultural and Mechanical Engineering Department. The MNX Agricultural tractor standad-Determining the potential of the power source-Test method was used, as well as the NC ‘Agricultural and forestry machinery test. Energetic evaluation, Methodology for its undertaking. The results were processed with the software package CurveExpert version 1,3 with which the regulating characteristics with regards to the function of the motor rotation frequency, and the power source potential were determined. The values of the maximum power, hourly and specific gas expenditure were 24,14 kW, 9,63 kg/h and 398,84 g/kW·h respectively, and the motor rotation frequency was 1619 min-1, while that of the power source was 443 min-1.
Keywords: Dynamometer, fuel consumption schedule, torque, characteristics, power
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________
INTRODUCCIÓN
La mecanización de la agricultura ha permitido aumentar, principalmente, la capacidad de trabajo y la producción, ejecutar las operaciones con mayor oportunidad y calidad, reduciendo y dignificando el esfuerzo físico del hombre; sin embargo, los tractores y máquinas agrícolas tienen un alto costo de adquisición y operación en términos monetarios y energéticos (Hetz y Barrios, citados por De Erbiti y Paneque, 1999).
Para lograr optimizar la explotación de la maquinaria agrícola y establecer métodos de organización que aseguren el correcto aprovechamiento de los medios de mecanización, eleven la eficiencia productiva y que las máquinas funcionen cumpliendo su trabajo con alta calidad y eficiencia energética, es necesario el estudio detallado de las propiedades de explotación de los conjuntos y en especial el relacionado con la fuente energética, ya que de ello depende en gran medida los indicadores técnicos-económicos (Paneque et al., 1994). El presente trabajo tiene como objetivo determinar los principales índices del tractor New Holland 6610S a través del árbol toma de fuerza para diferentes regímenes de carga del motor y construir las características de regulación.
MATERIALES Y MÉTODOS
Lugar de ubicación de las actividades experimentales
La prueba para la determinación de la potencia a la toma de fuerza del tractor fueron realizadas en los laboratorios del Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola, perteneciente a la Universidad Autónoma Chapingo localizada en la carretera México-Texcoco km. 38,5, Chapingo, Edo. de México.
Condiciones ambientales
La información referente a las condiciones metereológicas durante el periodo de realización de las actividades experimentales, se obtuvieron del observatorio metereológico de Chapingo, ubicado a una altitud de 2242 msnm, a los 19°30' de latitud norte y a los 98°51' de longitud oeste del meridiano de Greenwich.
Los valores medios de temperatura ambiente, presión atmosférica y humedad relativa fueron de 18,3°C, 0,0783 MPa y 83% respectivamente en el periodo analizado.
Instrumentos y medios de medición
Todos los medios de medición utilizados en la fase experimental fueron calibrados y verificados, cumpliendo cada parámetro medido con las tolerancias permitidas (MNX-O-169-SCFI, 2002). En el Cuadro 1 se muestran los instrumentos de medición con su precisión correspondiente.
El dinamómetro AW (Figura 1) es del tipo de fricción, ya que realiza el frenado por medio de balatas y tambores. Se conecta mediante un árbol cardán a la toma de fuerza del tractor. La precisión de las mediciones que se registran para el torque, frecuencia de rotación y potencia son de: ±1,356x10-3 kN·m, ±1 min-1, ±0,075 kW, respectivamente.
CUADRO 1. Relación de los instrumentos de medición y su precisión
Metodología utilizada en la determinación de la potencia a la toma de fuerza del tractor
Para calcular los índices principales del tractor a diferentes regímenes de trabajo se consultó la MNX-O -169-SCFI (2002): “Tractor agrícola– Determinación de potencia a la toma de fuerza–Método de prueba” y la NC-34 -48 (1987): “Máquinas agropecuarias y forestales. Evaluación energética. Metodología para su realización”.
Preparación del tractor
En la Figura 1 se muestran los componentes principales del dinamómetro AW
Para realizar una correcta operación del dinamómetro se siguió el siguiente procedimiento:
Se colocó el dinamómetro en una superficie horizontal;
Se acercó el tractor con suficiente combustible, se instaló el acoplamiento para conectar el cardán del dinamómetro al árbol toma de fuerza del tractor;
Se colocaron las conexiones del flujo de agua para la refrigeración del dinamómetro;
Se fijó el dinamómetro con sus tacones metálicos a los neumáticos, se puso el freno de mano del tractor y la palanca para el cambio de velocidad en posición neutral;
Se puso en funcionamiento el motor durante cinco minutos a 1200 min-1 para elevar su temperatura del motor. Posteriormente se conectó la toma de fuerza del tractor para hacer girar el cardán del dinamómetro;
Durante la prueba se realizaron mediciones para trece regímenes de trabajo del motor que van desde régimen en vacío hasta la zona de sobrecarga. La carga se fue variando con la válvula secundaria.
FIGURA 1. Identificación de los componentes principales del dinamómetro.
Al finalizar las mediciones en cada régimen de trabajo, se fue disminuyendo la carga suavemente hasta llegar a cero y se desaceleró el tractor durante dos minutos para liberar el calor.
Durante la prueba en el banco se determinaron el torque, potencia y frecuencia de rotación del árbol toma de fuerza, que fueron registradas en el tablero del dinamómetro;
El consumo de combustible y el tiempo de duración de cada régimen fueron determinados por el medidor de gasto de combustible y un cronometro digital.
Según Iglesias et al. (1999), los parámetros del tractor que se calculan a partir de los resultados de la prueba son:
Gasto horario de combustible: se determinó mediante la siguiente expresión:
(1)
Donde:
Gh-Gasto horario de combustible, kg/h;
q-Combustible gastado en cada régimen, L;
ρ- Densidad del combustible, kg/L;
t-Tiempo de duración del régimen, s.
La densidad del combustible fue determinada con una probeta y una balanza analítica.
Consumo especifico de combustible: se utilizó la expresión:
(2)
Donde:
ge-Consumo especifico de combustible, g/kW·h;
Ne-Potencia efectiva en el árbol toma de fuerza, kW;
Gasto de combustible durante un ciclo por litro de volumen del motor : se expresa mediante la formula:
(3)
Donde:
qc-Combustible entregado durante un ciclo por litro de volumen del motor, mg/ciclo·L;
nm-Frecuencia de rotación del motor, min-1;
C-Cilindrada del motor, L;
Potencia corregida: Puede ser expresada de la siguiente manera (MNX-O-169-SCFI, 2002):
N0=Ne·α (4)
Donde:
No-Potencia corregida, kW;
a-Factor de corrección.
El factor de corrección a de la potencia para motores diesel a entrega de combustible constante, se obtiene aplicando la formula:
(5)
Donde:
fa-Factor atmosférico;
fm-Parámetro característico para cada tipo de motor y ajuste.
El factor atmosférico fa tiene en cuenta las condiciones ambientales (presión, temperatura y humedad) sobre el aire aspirado por el motor. Para motores naturalmente aspirados, fa se calcula como:
(6)
Donde:
Ps-Presión atmosférica, kPa;
T-Temperatura ambiental, ºK.
El factor del motor fm para motores con aspiración natural se calcula a través de la fórmula:
(7)
La formula anterior es valida si: 40 mg/cicloL £ qc £ 65 mg/ ciclo L en régimen de trabajo por debajo de la potencia máxima.
Si qc<40 mg/ciclo·L; entonces f =0,3
Si qc>65 mg/ciclo·L; entonces fm =1,2
Coeficiente de adaptabilidad de la frecuencia de rotación del árbol cigüeñal (Kn),se determina mediante la expresión (Jrobostov, 1977):
(8)
Donde:
wn, wo- Frecuencia de rotación del cigüeñal en min-1 a potencia nominal y torque máximo, respectivamente.
El coeficiente de adaptabilidad del momento torsor (Km) , se determina como (Chudakov, 1977):
(9)
Donde:
Mem-Valor máximo del torque, kN;
Men-Valor del torque correspondiente a potencia máxima, kN.
El gasto específico de combustible corregido se determinó por la siguiente expresión:
(10)
Donde:
gec -Consumo especifico de combustible corregido, g/kW·h.
Procesamiento estadístico
Para la construcción de las características de regulación en función de la velocidad, potencia y torque, se utilizó el paquete CurveExpert versión 1.3, obteniéndose los modelos matemáticos que reflejan el comportamiento del gasto horario y especifico de combustible, torque y potencia a la toma de fuerza del tractor.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Los modelos matemáticos que reflejan el comportamiento de la potencia, torque, consumo horario y especifico de combustible obtenidos a partir del árbol toma de fuerza para los diferentes regímenes de carga del motor están contenidos en el Cuadro 2. En el mismo se observa que el modelo de mejor ajuste obtenido para el torque y la potencia es el cuadrático, mientras que para el gasto horario y específico de combustible fue el modelo Weibull y la función racional, respectivamente.
En el Cuadro 3 se reflejan los valores medios de la frecuencia de rotación del motor (nm), y del árbol toma de fuerza (no), la potencia (Ne), el torque (Me), el consumo horario (Gh) y específico (ge) de combustible, la potencia corregida (No), el gasto de combustible durante un ciclo por litro de volumen del motor (qc) y el gasto especifico de combustible corregido (gec) para diferentes regímenes de carga del motor
CUADRO 2. Modelos matemáticos que reflejan el comportamiento de los índices principales del tractor obtenidos a partir del árbol toma de fuerza
CUADRO 3. Valores promedios de los principales índices del tractor obtenidos a partir de la toma de fuerza para diferentes regímenes de carga del motor
En el Cuadro anterior se observa que la potencia máxima en el árbol toma de fuerza obtenida en el dinamómetro es de 24,11 kW a una frecuencia de rotación de 1 619 y 443 min-1 del motor y árbol toma de fuerza respectivamente. Mientras que el torque máximo fue de 0,605 kN·m y se obtuvo a 1 174 y 322 min-1 del motor y árbol toma de fuerza respectivamente.
De los resultados anteriores se tiene que el coeficiente de adaptabilidad del torque fue de 1,16, mientras que el de la velocidad del motor es de 0,73; es decir existe una reserva del torque del 16% y una disminución de la velocidad del motor del 27% cuando éste pasa de régimen nominal a sobrecarga máxima. El factor de corrección de la potencia fue de 1,068, lo que representa un incremento del 6,8% (25,78 kW) en la potencia máxima obtenida en el dinamómetro, debido a las condiciones atmosféricas existentes.
A partir de los principales índices del tractor 6610S obtenidos en la prueba de potencia a la toma de fuerza a diferentes regímenes de carga del motor, se construyeron las características de regulación en función de la velocidad del motor, potencia y torque a la toma de fuerza (Figuras 2, 3 y 4).
FIGURA 2. Característica de regulación en función de la frecuencia de rotación del motor.
En la característica de regulación construida en función de la velocidad del motor se observa que al aumentar la carga, la frecuencia de rotación n m disminuye de su valor máximo en régimen de vacío (2 310 min-1) hasta su valor nominal (1 619 min-1) que corresponde a la potencia máxima, por lo que se reduce en un 30%.
FIGURA 3. Característica de regulación en función de la potencia a la toma de fuerza.
La potencia y el torque aumentan desde 0 hasta su valor máximo de 24,11 kW y 0,605 kN·m respectivamente. Esto se debe a que se incrementa el suministro de combustible a los cilindros cuando surge una carga externa.
El consumo horario de combustible se incrementa con el aumento de la carga mientras que el consumo especifico alcanza su menor valor (398,84 g/kW·h) a potencia máxima.
FIGURA 4. Característica de regulación en función del torque en la toma de fuerza.
CONCLUSIONES
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CHUDAKOV, D.A.: Fundamentos de la teoría y cálculo de tractores y automóviles, 435pp., Edición MIR. Moscú, URSS, 1977.
DE ERBITI, M.E.; P. PANEQUE: Indicadores energéticos de dos conjuntos agrícolas utilizados en la siembra y cosecha de la papa en Cuba, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 8(3): 1-7, 1999.
IGLESIAS, C., P. PANEQUE; L. SHKILIOVA: Evaluación y pruebas de tractores y maquinas agrícolas,485pp., Ed., Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola, Universidad Autónoma Chapingo, Texcoco, México, 1999.
JROBOSTOV, S.N: Explotación del parque de tractores y máquinas, 552pp., Editorial MIR, Moscú, URSS, 1977.
MNX-O-169-SCFI: Tractor agrícola–Determinación de potencia a la toma de fuerza–Método de prueba, 37pp., DF, México, Vig. 2002 .
NC-34-48-1987: Máquinas agropecuarias y forestales. Evaluación energética. Metodología para su realización, 20pp., La Habana, Cuba, Vig. Julio 1987.
PANEQUE, P.; H. DE LAS CUEVAS; M. VILA; R. MEDERO: Parámetros de explotación de los tractores para la mecanización de los cítricos en Cuba, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 4(1):18-25, 1994.
Recibido 13/12/08, aprobado 19/06/09, trabajo 47/09, investigación.