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, elementos o componentes que forman parte de estos sistemas, como los sensores o los actuadores.
Algunos de los desarrollos más relevantes surgidos por la incorporación de la electrónica al tractor han sido los siguientes: el monitor de siembra (1966), el sensor de velocidad real de avance (1976), el control de transmisiones y la doble tracción (1980) y el equipamiento ISOBUS (a partir del 2000).
1. Elementos de un sistema de control electrónico
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, más adelante surgieron los dispositivos neumáticos y también los hidráulicos.
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.
Así pues, los principales elementos que componen un sistema de control son los siguientes:
- Sensores.
- Controladores (ECU)
- Actuador
- Líneas de comunicación
Os vamos hablar individualmente de cada uno de ellos para una mejor comprensión.
2. Sensores en los tractores
La primera cuestión que se puede plantear es: ¿Para qué sirven los sensores del tractor?
Los sensores miden, detectan, cuantifican una magnitud física y a través de un sistema de comunicación (cableado o inalámbrico) transmiten esa información a una parte del circuito de control. Por ejemplo, en el caso de los tractores, algunas de las magnitudes que miden son posición, revoluciones por minuto de la toma de fuerza (velocidad angular), velocidad de avance del tractor (velocidad lineal).
Hay distintos tipos de sensores en función de su principio de funcionamiento, a continuación explicaremos los mas importantes.
2.1. 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 pesado dinámico, como por ejemplo durante el abonado o al esparcir purines. Esto le permite al tractorista saber con precisión la cantidad de abono, purín u otro material que lleva el apero.
b) Sensores piezorresistivos. Varían su resistencia según su la presión o deformación. Un ejemplo de utilización de este sistema lo tiene New Holland en sus vendimiadoras. Esta marca ofrece un sistema con sensores piezorresistivos que se coloca en la zona inferior de las tolvas y es capaz de cuantificar los kilogramos de cosecha que hay en cada tolva.
Algunas de las aplicaciones de los sensores piezorresistivos en los motores son: medir la presión del combustible, del aceite y del aire de admisión.
Una presión muy importante en los tractores es la del aire en los neumáticos. Por ello este tipo de sensores también se utilizan en sistemas de control de la presión de inflado, tal y como explicamos en el artículo Control de presión de inflado desde la cabina del tractor ¿Cómo funciona?.
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 motor, del combustible y del aire de admisión y de los gases de escape.
2.2. 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.
Este tipo de sensores se utilizan por ejemplo en medir la velocidad angular del cigüeñal.
2.3. 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:
- Posición
- Desplazamiento
- Velocidad
- Fuerza
- Aceleración
- Temperatura
- etc.
3. Controladores
La señal electrónica 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 que reciben de los sensores y determinan el nivel de actuación sobre el sistema a controlar.
4. Actuadores
Son dispositivos cuya función es ejecutar las órdenes que reciben los controladores (ECUs). Los actuadores accionan diversos tipos de elementos, utilizando presión neumática, presión hidráulica o fuerza motriz eléctrica.
Dentro de los que utilizan fuerza motriz eléctrica, tenemos los actuadores lineales que se utilizan en las abonadoras centrífugas para regular el caudal de abono que la abonadora distribuye. Esto permite variar la dosis de abonado en función de las condiciones intraparcelaria. Es decir, si unas zonas de la parcela requieren más abono se les aplica más, y si requieren menos se les aplica menos.
5. Líneas de comunicación
En los tractores podemos encontrar distintos tipos de líneas de comunicación, que en general siempre o casi siempre son cableadas. La conexiones entre sensores, controladores y actuadores se hacen mediante cables.
Para este tipo de comunicaciones, un gran avance ha sido el desarrollo e implantación del protocolo ISOBUS, anteriormente mencionado, que está basado en la norma ISO 11783. Esta norma estandariza las comunicaciones entre el tractor y los aperos, de tal forma que permite que la información que capta un sensor de por ejemplo una sembradora o una abonadora, se vea en panel de control o terminal que está en la cabina del tractor.
6. Aplicaciones y usos de los sistemas de control electrónico en los tractores
6.1. 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.
6.2. 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.
6.3. 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.
En el caso de que se sustituyesen las ruedas motrices que vienen de serie por otras de diferente diámetro los datos no serían válidos. Los tractores que disponen de pantalla o terminal de control permiten introducir el nuevo radio para así calcular adecuadamente la nueva velocidad de avance.
6.4. Autoguiado
Lo primero de todo debemos diferenciar entre ayuda al guiado (que ayuda a la conducción manual tradicional; lo conduce el operador) y sistemas de guiado automático (que actúan sobre la dirección 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.
6.5. 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.
7. Bibliografía
Si desea conocer más sobre sistemas electrónicos de la maquinaria agrícola, le recomendamos estos libros:
Ortiz-Cañavate Puig-Mauri, J. 2012. Tractores. técnica y seguridad. Editorial Paraninfo.
Ortiz-Cañavate, J., Barreiro, P., Diezma, B., Garcia-Ramos, J., Gil, J., Moya, A., Ortiz, C., Ruiz-Altisent, M., Ruiz-Garcia, L. 2012. Las Máquinas Agrícolas y su Aplicación. Ediciones Mundi-Prensa. Grupo Paraninfo. ISBN: 978-84-8476-431-1. 545 páginas.