Balance
de potencia del conjunto formado por el tractor New Holland 6610s y la sembradora
v-20
Power balance of the New Holland 6610s tractor and v-20 seeder unit
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.C. Prof., Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola. Universidad Autónoma Chapingo.
RESUMEN
En el presente trabajo se reflejan los resultados de la prueba de tracción y potencia a la toma de fuerza de la sembradora V-204, formando conjunto con el tractor New Holland 6610s4. Para las pruebas se contó con los instrumentos, medios de medición e instalaciones del Centro Nacional de Estandarización de Maquinaria Agrícola, utilizándose la NMX “Método de evaluación de sembradoras y/o fertilizadoras de tracción mecánica con dosificador de disco” y la NC “Máquinas agropecuarias y forestales, evaluación energética. Metodología para su realización”. Los resultados de las mediciones realizadas fueron procesados estadísticamente con Microsoft Excel XP versión 2002, calculándose los estadígrafos más importantes y se construyeron los dinamogramas de la resistencia a la tracción del conjunto. Los valores de potencia a la tracción de la sembradora, consumo de combustible, potencia consumida por la sembradora en el accionamiento del ventilador, patinaje de las ruedas motrices del tractor, humedad del suelo, consumo específico de combustible y potencia efectiva por metro de ancho de trabajo de la sembradora, fueron de 2,35 kW, 9,32 kg/h, 0,86 kW, 6,2%, 23,7%, 1 079,9 g/kW.h y 3,2 kW/m, respectivamente.
Palabras clave: balance de potencia, prueba de tracción, prueba a la toma de fuerza.
ABSTRACT
This research reveals the results of the traction and power tests made on the V-20 seeder power source. Instruments and the means for testing during measuring were supported by the National Center of Standardization of Agricultural Machinery. The NMX, “The evaluation of seeders and/or traction fertilizers with a disc injector” method and the Cuban standard (NC) “Agricultural and forestry machinery energy evaluation. Methodology for its undertaking” were used. The data collected was statistically processed using Microsoft Excel XP 2002, obtaining the important statistical parameters as well as, the dynamics graphics of the unit traction resistance. The values such as: traction power of the seeder, gas consumption, the power used by the seeder when the ventilator was used, the skidding of the tractor tires, soil moisture content, the specific gas consumption, and the effective power per meter-wide working area of the seeder were 2,35 kW, 9,32 kg/h, 0,86 kW, 6,2%, 23,7%, 1 079,9 g/kW·h and 3,2 kW/m, respectively.
Keywords: Power balance, traction test, power source test.
INTRODUCCIÓN
La eficiencia de la mecanización y automatización agropecuaria de las operaciones y procesos de producción dependen no solo del perfeccionamiento técnico de las máquinas, sino también y en grado considerable, de la elección correcta de éstas para formar conjuntos teniendo en cuenta las características del suelo, clima y demás condiciones tecnológicas (Jrovostok, 1977).
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 explotativas 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).
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). El presente trabajo tiene como objetivo determinar los principales índices energéticos del conjunto formado por el tractor New Holland 6610S y la sembradora V-20.
MATERIALES Y MÉTODOS
Lugar de ubicación de las actividades experimentales
Las pruebas de tracción y potencia a la toma de fuerza de la sembradora V-20 fueron realizadas en las instalaciones del CENEMA ubicado en el campo experimental del Valle de México, del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP) en el km 18,5 de la carretera México-Lechería, Texcoco, Estado de México.
Condiciones ambientales
La información referente a las condiciones meteorológicas durante el período de realización de las actividades experimentales, se obtuvieron del observatorio meteorológico de Chapingo, ubicado a una altitud de 2 242 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 durante la prueba de tracción de la sembradora fueron de 14,7 o C, 0,07841 MPa y 46%, respectivamente.
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.
Dinamómetro c/electromotor modelo S/L334600Y03: Tiene un motor eléctrico de 15 kW de potencia y velocidad variable que puede alcanzar las 6 000 min -1 . El torque y la frecuencia de rotación se registran en el tablero de control con una precisión de ± 0,1 N·m y ± 1 min -1 , respectivamente; se utilizó para determinar la potencia consumida por la sembradora en el accionamiento de sus órganos de trabajo a través del árbol toma de fuerza del tractor.
Datalogger modelo NR-200 400 kHz: Posee ocho canales y una tarjeta magnética que registra y almacena la información de forma simultánea. Puede realizar desde 80 hasta 500 000 mediciones en un intervalo de 0 a 60 segundos.
CUADRO 1. Instrumentos de medición y su precisión
Metodología utilizada en la determinación de la potencia de tracción y a la toma de fuerza por la sembradora
Para calcular los principales índices del conjunto se consultó la NMX “Método de evaluación de sembradoras y/o fertilizadoras de tracción mecánica con dosificador de disco” y la NC 34-48 “Máquinas agropecuarias y forestales, evaluación energética. Metodología para su realización”.
Prueba de tracción y potencia a la toma de fuerza de la sembradora v-20
Para conocer la fuerza de resistencia a la tracción se emplearon dos tractores. Inicialmente se enganchó la sembradora al mecanismo de suspensión del tractor New Holland 6610S, se puso la palanca de cambio de velocidades en la posición neutral y posteriormente fue remolcado por el tractor Ford 7610 en la cuarta posición de la caja de cambio de velocidades. (Figura 1).
FIGURA 1. Medición de la resistencia a la tracción del conjunto formado por el tractor New Holland 6610S y la sembradora V-20.
El transductor de fuerza se colocó entre los dos tractores. Posteriormente se desenganchó la sembradora del tractor y se repitió el procedimiento para calcular la resistencia a la rodadura del tractor New Holland 6610S (Figura 2).
FIGURA 2. Medición de la resistencia a la rodadura del tractor New Holland 6610S.
Para la medición del consumo de combustible y el tiempo de duración del recorrido para 20 vueltas de la ruedas motrices se enganchó nuevamente la sembradora al tractor New Holland 6610S y se hicieron 2 repeticiones en cada sentido en la parcela de prueba. En el transcurso de la prueba se determinó la humedad del suelo.
La resistencia a la tracción de la sembradora se calcula como:
(1)
Donde:
R s : Resistencia a la tracción de la sembradora, kN;
R T : Resistencia a la tracción del conjunto formado por el tractor New Holland 6610S y la sembradora V-20, kN;
R r : Resistencia a la rodadura del tractor New Holland 6610S, kN;
R T y R r se calcularon a partir de la ecuación obtenida durante la calibración del transductor de fuerza, siendo ésta:
(2)
Donde:
x : Valores de R T o R r
y : Valor de tensión almacenada en la tarjeta magnética, mV;
La potencia consumida a la tracción de la sembradora se calcula como:
(3)
Donde:
N s : Potencia consumida en la tracción de la sembradora, kW;
V ts : Velocidad de trabajo de la sembradora, m/s.
El cálculo del patinaje de las ruedas motrices del tractor se calculó por la expresión:
(4)
Donde:
d : Patinaje de las ruedas motrices, %;
S: Distancia recorrida por el tractor bajo carga, m;
S 1 : Distancia recorrida por el tractor sin carga, m y se calcula como:
(5)
Donde:
p ·D : Perímetro de la rueda motriz, m;
n : Número de vueltas de la rueda motriz.
La velocidad de trabajo se calculó como:
(6)
Donde:
t 1 : Tiempo durante el recorrido, s.
El consumo horario de combustible se determinó tomando el tiempo en que gastó 0,1 L de combustible:
(7)
Donde:
G h : Gasto horario de combustible, kg/h;
q: Volumen de combustible consumido en el recorrido, L;
t c : Duración del recorrido, s;
r : Densidad del combustible, kg/L.
Para la prueba de potencia a la toma de fuerza, se colocó la sembradora en el dinamómetro y se fijó a través de pernos a la estructura del banco (Figura 3); se colocó el cardán y se hizo girar a la frecuencia de rotación recomendada por el fabricante (540 min -1 ).
Las mediciones de torque y frecuencia de rotación fueron registradas en el tablero de control.
FIGURA 3. Instalación de la sembradora V-20 al dinamómetro.
A partir de los resultados de la prueba, se calculó la potencia consumida por la sembradora en el accionamiento del ventilador como:
(8)
Donde:
N atf : Potencia consumida en el accionamiento del ventilador, kW;
M : Valor del torque, N·m;
w : Valor de la velocidad angular, s -1 ;
La velocidad angular se calcula con la expresión siguiente.
(9)
Donde:
n : Frecuencia de rotación registrada en el tablero de control, min -1 .
Balance de potencia del conjunto formado por el tractor New Holland 6610S y la sembradora V-20
En una superficie horizontal el balance potencia del conjunto esta formado por:
(10)
Donde:
N : Potencia consumida en el proceso de siembra, kW;
N r : Potencia consumida en la rodadura, kW y se calcula como:
(11)
N d : Pérdida de potencia por patinaje de las ruedas motrices, kW y se calcula mediante la expresión:
(12)
Donde:
P tan : Fuerza tangencial desarrollada por las ruedas motrices, kN y se calcula como:
(13)
V´ : Velocidad teórica, m/s y se calcula a través de la expresión:
(14)
Donde:
d : Patinaje de las ruedas motrices obtenido durante la prueba de tracción de la sembradora;
N tr : Pérdida de potencia en la transmisión de las ruedas motrices, kW y se calcula como:
(15)
Donde:
h tr : Eficiencia de la transmisión a las ruedas motrices;
N k : Potencia llevada a las ruedas motrices, kW y se calcula de la siguiente manera:
(16)
N p : Pérdida de potencia en la transmisión a la toma de fuerza, kW y se calcula como:
(17)
Donde:
h p : Eficiencia de la transmisión a la toma de fuerza.
Los valores de h tr y h p fueron de 0,91 y 0,92 respectivamente (Jrobostok, 1977).
Con los resultados de las pruebas de la sembradora y el balance de potencia del conjunto se calculan los siguientes índices:
Coeficiente de carga del motor (K N ):
(18)
Donde:
N m : Potencia efectiva del motor (según el fabricante es de 65,6 kW).
Potencia efectiva por metro de ancho de trabajo de la sembradora (N B ) en kW/m:
(19)
Donde:
B : Ancho de trabajo de la sembradora (según el fabricante es de 2,7 m ).
Resistencia específica por metro de ancho de trabajo (K B ) en kN/m:
(20)
Consumo especifico de combustible durante la siembra (g e ) en g/kW.h:
(21)
Donde:
G h : Consumo horario de combustible durante la siembra, kg/h:
Rendimiento de tracción (K T ) en base a la potencia consumida en el proceso de siembra:
(22)
Rendimiento de tracción (K´ T ) en base a la potencia del motor reportada por el fabricante:
(23)
El rendimiento total del tractor (K o ) en base a la potencia consumida en el proceso de siembra:
(24)
El rendimiento total del tractor ( K´ o ) en base a la potencia del motor reportada por el fabricante:
(25)
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La prueba de tracción de la sembradora se realizó para la cuarta posición de la caja de cambio de velocidades del tractor por ser la más próxima a la recomendada por el fabricante (8 km/h).
Los resultados de la prueba de tracción y potencia a la toma de fuerza de la sembradora así como el balance de potencia del conjunto están contenidos en los Cuadros 2 y 3. En los mismos se observa que el coeficiente de carga del motor que se obtuvo fue de 13%, el rendimiento de tracción del 3,6% y el rendimiento total del tractor de 4,9%, estos parámetros se calcularon con la información reportada por el fabricante e indican que el tractor New Holland 6610S esta subutilizado cuando forma conjunto con la sembradora V-20.
CUADRO 2. Prueba de tracción y potencia a la toma de fuerza de la sembradora V-20
El rendimiento de tracción y total del tractor fueron de 27 y 37%, respectivamente, obtenidos en base a la potencia consumida en el proceso de siembra y muestran que el tractor New Holland 6610S y la sembradora V-20 no forma un conjunto racional desde el punto de vista energético. El consumo específico de combustible de 1 079,9 g/kW.h reflejan un elevado gasto de combustible por unidad de trabajo realizado en este proceso de siembra.
CUADRO 3. Resultados del balance de potencia del conjunto
En la Figura 4 se refleja el dinamograma y en el Cuadro 4 se muestran los estadígrafos de la resistencia a la tracción del conjunto, mientras que en la Figura 5 se refleja el dinamograma y en el Cuadro 5 están contenidos los de la resistencia a la rodadura del tractor.
FIGURA 4. Dinamograma de la resistencia a la tracción del conjunto formado por el tractor New Holland 6610S y la sembradora V-20.
CUADRO 4. Estadígrafos de la resistencia a la tracción del conjunto formado por el tractor New Holland 6610S y la sembradora V-20
FIGURA 5. Dinamograma de la resistencia a la rodadura del tractor New Holland 6610S.
CUADRO 5. Estadígrafos de la resistencia a la rodadura del tractor New Holland 6610S
CONCLUSIONES
La
potencia consumida por el conjunto de 8,63 kW indica que no se aprovechan las
potencialidades energéticas del tractor New Holland 6610S (potencia efectiva
en el motor de 65,6 kW) cuando forma agregado con la sembradora
V-20.
Los valores de resistencia específica de 0,39 kN/m y potencia efectiva de 3,2 kW/m reflejan una reducida masa de la sembradora por cada metro de ancho de trabajo.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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.
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MNX-O-222-SCFI: Método de evaluación de sembradoras y/o fertilizadoras de tracción mecánica con dosificador de semillas de disco , 22 pp., México, Vig. 2004 .
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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 18/09/09, trabajo 49/09, investigación.