Control Electrónico en el Tractor. Funcionamiento de sistemas electrónicos

En este artículo hablaremos de los principales tipos de sistemas de control electrónico en los tractores agrícolas, sus aplicaciones y los principales dispositivos que forman parte de los sistemas electrónicos (como los sensores o los actuadores).

La Mecatrónica

El término «mecatrónica» surge en Japón y es resultado de combinar distintas ramas de la ingeniería: mecánica de precisión, electrónica y sistemas de control, fundamentalmente.

Existen diferentes aplicaciones de la mecatrónica en la maquinaria agrícola, que pueden ser:

1. Asistida eléctricamente
2. Asistida por ordenador
3. Controlada por ordenador
4. Controlada de forma remota
5. La maquinaria totalmente autónoma, como el tractor que conduce solo

Algunos de los desarrollos más relevantes surgidos por la incorporación de la electrónica fueron: el monitor de siembra (1966), el sensor de velocidad real de avance (1976), el control de transmisiones y la doble tracción (1980), el equipamiento ISOBUS (a partir del 2000), además de otras muchas.

Elementos de un sistema de control electrónico: sensores, controladores y actuadores

Los sistemas de autocontrol tienen como objetivo mantener al tractor en un rango óptimo de funcionamiento. 

Los primeros dispositivos de regulación eran de origen mecánico, neumático y también hidráulico.

Los electrónicos se diferencian de los anteriores ya que tienen unos captadores o sensores que cuantifican la magnitud que regulan. Tienen un dispositivo de regulación o controlador y uno o varios actuadores encargados de modificar la magnitud de interés.

Os vamos hablar individualmente de cada uno de ellos para una mejor comprensión.

1. Sensores.
2. Controladores (ECU)
3. Actuador
4. Líneas de comunicación

SENSORES EN LOS TRACTORES

¿Para qué sirven los sensores del tractor?

Sensores: miden, detectan, cuantifican una magnitud física y a través de un sistema de comunicación (cableado) transmiten esa información a una parte del circuito de control. Por ejemplo, algunas magnitudes son: posición, velocidad (angular y lineal)…

Los sensores se denominan técnicamente transductores, ya que la información que captan la transforman en información eléctrica.

Hay distintos tipos de sensores en función de la magnitud eléctrica que modifican:

1. Sensores resistivos 

a) Galgas extensométricas. Detectan micro-deformaciones, ya que contienen un material semiconductor con propiedad resistiva. Su principio de funcionamiento se basa en el efecto piezorresistivo. Algunos ejemplos de aplicación serían el pasado dinámico durante el abonado, esparcir purines…

 b) Sensores piezorresistivos. Varían su resistencia según su la presión o deformación. Un ejemplo de utilización es en la vendimiadora: el sensor es capaz de cuantificar los kilogramos de cosecha que hay en la tolva. El sistema es estático (sólo mide cuando la máquina está parada). Algunas de las aplicaciones en los motores son: medir la presión del combustible, del aceite y del aire de admisión.

c) Termistores. Estos sensores resistivos miden la temperatura. Poseen dentro una resistencia por la que pasa voltaje y la resistencia varía según la temperatura de alrededor.  Alguna de las aplicaciones en los motores son: medir la temperatura del refrigerador del motor, del combustible y del aire de admisión y de escape.

2. Sensores inductivos

Detectan materiales metálicos ferrosos. Existe una corriente eléctrica que viaja por el interior del sensor y genera un campo magnético. Esa variación de campo magnético se traduce a un posicionamiento.

Algunas de sus utilizaciones es medir la velocidad angular del cigüeñal.

3. Sensores de variación de voltaje: termopares

Sirven para medir la temperatura en una amplitud de rangos y condiciones. Utilizan dos materiales que transmiten la electricidad de diferente forma. El principio de funcionamiento de estos sensores es el «efecto termoeléctrico»: el calentamiento de la junta de medición provoca una variación de la tensión eléctrica que es proporcional a la variación de la temperatura.

Los sensores también se pueden clasificar en función de la magnitud física que determinan o miden. Según esta clasificación hay varios tipos de sensores:

1. Posición
2. Desplazamiento
3. Velocidad
4. Fuerza
5. Aceleración…

CONTROLADORES

La señal eléctrica que procede del sensor ha de ser evaluada en una unidad de control electrónico (ECU) que se encarga de determinar el nivel de actuación sobre el sistema a controlar. Es decir, evalúan la señal eléctrica que reciben de los sensores y determinan el nivel de actuación sobre el sistema a controlar. Estos admiten entradas analógicas o digitales.

ACTUADORES

Es un dispositivo mecánico cuya función es proporcionar fuerza para mover otro dispositivo mecánico. La fuerza proviene de tres fuentes posibles: presión neumática, presión hidráulica o fuerza motriz eléctrica.

Aplicaciones y usos del sistema de control electrónico en el tractor

1. Control del motor y de las transmisiones

La necesidad de nuevos dispositivos electrónicos se justifica dado que la calidad del trabajo en el campo es función de un control exhaustivo del régimen y de la toma de fuerza (TDF) que se deben mantener en condiciones de demanda de par y potencia muy variable.

A esto se suma también la estricta normativa europea en emisiones de gases. Por ello, se tiene que cuantificar y temporizar la inyección del combustible y la admisión de aire, que en la actualidad se controla con sistemas electrónicos.

También se han incorporado sistemas electrónicos de control al motor. Muchos tractores tienen sistemas de cambio de marchas con mando electro-hidráulico. Estos sistemas proporcionan una continuidad del movimiento de avance del tractor ya que se reduce el tiempo de desconexión entre el motor y las ruedas.

2. Control electrónico del enganche de tres puntos y de la toma de fuerza

Al principio era exclusivamente hidráulico y con el paso del  tiempo paso a ser electro-hidráulico. Este último posee sensores de posición y de carga de tracción. Pudiendo determinar el caudal instantáneo de aceite enviado a los cilindros de los brazos elevadores.

Menos frecuente es el control directo de la toma de fuerza por dispositivos electrónicos. Hay algunos modelos en marcas comerciales en los que se ha introducido un sensor de velocidad de rotación a nivel de la toma de fuerza. Cuantificar el desfase que existe entre el régimen de la toma de fuerza y el cigüeñal nos proporciona el rendimiento en la potencia transmitida. De esta forma, la unidad electrónica de control del tractor puede ajustar el nivel del regulador de la bomba de inyección para así accionar al equipo con el régimen apropiado.

3. Control electrónico de la velocidad de avance del tractor

Hace referencia a los dispositivos de supervisión de trabajo del tractor: la determinación de la velocidad real de avance, el control de resbalamiento y la disminución del consumo de combustible.

Sin resbalamiento, la velocidad de avance del tractor depende del régimen de giro y del radio de las ruedas motrices. Si se sustituye una de las ruedas motrices que vienen de serie, por otras de diferente diámetro, producen una invalidez de los datos de velocidad de avance. Los tractores que disponen de un ordenador abordo o un procesador, permiten introducir el nuevo radio para así calcular adecuadamente la nueva velocidad de avance.

4. Autoguiado

Lo primero de todo debemos diferenciar entre ayuda el guiado (que ayuda a la conducción manual tradicional; lo conduce el operador) y sistemas de guiado automático (que actúan sobre la dirección hidrostática para conducir automáticamente el tractor).

Se utiliza el autoguiado sobre trayectorias existentes cuando el cultivo se sitúa en líneas como por ejemplo en el maíz o la remolacha. Este sistema tiene sensores electro-mecánicos denominados palpadores que tienen una varilla que se desplaza por la presión registrada contra el cultivo cerrando un circuito eléctrico (sensor digital) o desplazando un potenciómetro (salida analógica).

En el caso de guiado sobre trayectorias autogeneradas se emplea el borde o límite de la pasada procedente, por ejemplo del extremo de corte de una cosechadora de cereal o de una segadora. Se utilizan sensores que se adapten a trayectorias no palpables, es decir, utilizan tecnología sin la necesidad de tener un contacto directo del sensor con el objeto a detectar. Algunos ejemplos son sensores de ultrasonidos, barrido láser o sistemas de visión artificial.

Por último hablar del guiado sobre trayectorias virtuales utilizando tecnología GPS. Las trayectorias generadas se crean por ordenador y su ventaja es que no tienen que detectar características dependientes del cultivo.

De estos tres tipos de guiado el más barato es el que utiliza sensores electro-mecánicos y el más caro es el que utiliza la tecnología GPS.

5. Control ergonómico y de seguridad

Existen pequeños dispositivos de control para mejorar las condiciones de trabajo tanto para la comodidad del operador como de su seguridad en el tractor.

Los tractores de alta gama tienen un sensor de carga o un acelerómetro en el asiento que regula automáticamente la presión de aire en función del peso del operario. El objetivo de esto es reducir al máximo las vibraciones desde el tractor al tractorista.

En algunos se incorporan inclinómetros para avisar del peligro de vuelco. Además, está en estudio la incorporación de sistemas de desconexión de la toma de fuerza en caso de una proximidad humana.

Además, destacar que gracias a todos estos dispositivos electrónicos, hemos podido crear increíbles máquinas inteligentes para mejorar los rendimientos y poder realizar todas las operaciones agrícolas de una manera más fácil y rápida.

Destacar la labor del profesor Luis Ruiz García de la Escuela de Ingenieros Agrónomos de la Universidad Politécnica de Madrid. Es un experto en este ámbito de la maquinaria agrícola.

Si desea conocer más sobre sistemas electrónicos de la maquinaria agrícola, le recomendamos el libro de Tractores: Técnica y seguridad (Maquinaria Agrícola)  (escrito por un antiguo catedrático, profesor de la Escuela de Ingenieros Agrónomos de Madrid, Jaime Ortiz-Cañavate).

En la elaboración de este artículo también ha participado María Escribano Larripa.

Revisado por: Prof. Dr. Luis Ruiz García el 11/08/2020

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