Curvas del Motor en los Tractores: información completa

El funcionamiento del motor viene definido por diferentes curvas del motor, en las que se determinan las características y rendimientos del mismo. Estas curvas nos ayudarán a la hora de elegir entre los diferentes tipos de motores, (tractores, cosechadoras…) que nos ofrece el mercado. Con estas curvas del motor podremos determinar el consumo del motor, el par motor y la potencia. En España, lo que se llama par motor en otros países de latinoamérica se denomina como torque motor.

Motor de 6 cilindros de un tractor. Fuente: AGCO Power

Existen diversas aplicaciones en el uso de las curvas características de un motor:

1. Proporcionar al usuario información sobre el funcionamiento dentro de un rango de operación.
2. Evaluar la idoneidad de un motor para una determinada aplicación.
3. Comparar distintos motores entre sí.

Todas estas aplicaciones y muchas más nos ayudan a elegir el tractor que más se adapte a nuestras necesidades.

Para determinar las curvas características del motor tomamos como base de cálculo el régimen de giro del motor (n), el consumo específico (Cs), la potencia (N) y el par motor o torque motor (M). Siendo posible la obtención de estas dos últimas por medio de ensayos, en concreto con el freno dinamométrico.

¿Qué es el par motor?

Entendemos como par motor o torque motor (M) el producto de una fuerza por una distancia. Esto es, la fuerza que genera la combustión de los gases sobre los pistones por el recorrido que experimenta este, y  que es transmitido al cigüeñal por medio de la biela. El par motor o torque se mide en Newtons por metro (Nm).

Así mismo el motor desarrolla una potencia, N (Watios) que es producto del par motor por la velocidad angular, w (rad/s).

Fórmula para calcular la potencia de un motor

Vamos a ver cómo se  hace el calculo de la potencia de un motor:

Potencia (W)=Par (Nm)x 2πn/60 (rpm)

Por último definimos el consumo específico C_s ( g/kWh) como la cantidad de combustible consumida por la potencia desarrollada por el motor, o lo que es lo mismo, toda la energía de la que se dispone para producir trabajo. Este parámetro es de gran importancia pues ayuda a conocer el rendimiento del equipo a estudio, es decir, relaciona la energía obtenida en función de la energía consumida.

Buscaremos por tanto el máximo rendimiento posible, teniendo en cuenta que éste será mayor cuanto menor sea el consumo específico.

La elección del punto óptimo de funcionamiento implicará un equilibrio adecuado al tipo de trabajo que se pretenda realizar.

Por ejemplo, si la tarea a realizar fuese muy uniforme en cuanto a demanda de potencia se podrá elegir una marcha más larga y el motor llevará un régimen de giro bajo.

Sin embargo, si se prevén oscilaciones de carga, se utilizará una marcha más corta, en la que la velocidad de giro del motor, la potencia máxima y la reserva de potencia son mayores, con una elevación de consumo de combustible.

Un motor no debe hacerse trabajar en condiciones extremas (máximo régimen), tan solo en periodos muy cortos de tiempo.

Con las curvas del motor que más adelante se muestran, se pueden realizar diferentes comparativas con los distintos puntos representados, obteniendo así los diferentes consumos específicos de combustible. Posteriormente, con estos datos se  conoce el consumo horario (cantidad de combustible consumida en la unidad de tiempo, (L/h).

Las curvas de isopotencia son  las que se representan puntos que tienen la misma potencia y las del mismo consumo, de isoconsumo.

Figura 1: Curvas de potencia y consumo. Fuente: IDAE

Figura 2: Curvas del par motor. Fuente: IDAE

Cómo interpretar las curvas del motor

En los dos gráficos representados de curvas del motor vemos que en el eje de ordenadas de la figura 1 se representan los valores de potencia, en el eje de ordenadas de la figura 2, se encuentra representado los valores del par motor; estos valores suelen representarse en porcentajes. En el eje de abscisas de ambos, se representa el régimen de giro, en revoluciones por minuto (rpm).

Observando las curvas podemos contemplar como la potencia aumenta con las revoluciones hasta un valor máximo, a partir del cual disminuye, pero el aumento no es directamente proporcional al número de revoluciones, ya que influyen otros factores como la presión en el pistón y el consumo especifico. Así mismo, el par motor va aumentando hasta el punto de potencia máxima y luego en 1600 revoluciones disminuye.

Figura 3: Curvas características del motor. Fuente: Elaboración propia

Analizando las figuras 1,2 y 3 donde se estudian los distintos puntos de funcionamiento, que se pueden obtener en función de los parámetros para diferentes características, definiendo el comportamiento del tractor en el terreno.  Recordar siempre que para que las curvas de nuestras máquinas sean comparables, estas deben referirse a las mismas condiciones de trabajo.

Determinación de los puntos de las curvas

Por tanto se muestra como determinar estos puntos: según se encuentre la posición del acelerador, consiguiendo por tanto diferentes revoluciones y dependiendo de la carga que se le aplique al motor. En consecuencia se suministrara una potencia, obtenida por el suministro del combustible para poder realizar las tareas exigidas por el tractor. Está claro que en dichas curvas del motor no solo influye el propio tractor, sino otros parámetros como el suelo, para realizar las diferentes labores en campo y la carga que tiene que vencer (remolques, cosechadoras, vertederas…)

Si partimos poniendo el regulador al régimen máximo y por tanto con el acelerador “a tope”, observamos que el valor del par motor, la potencia y el consumo tiene valores mínimos. A medida que realizamos una fuerza, es decir, ponemos más carga, el régimen va disminuyendo y aumenta el torque motor. Siguiendo el recorrido de la curva, nos detenemos en un punto de especial interés llamado punto nominal estando en  la zona de sobrecarga. Continuando por esta curva, si el régimen disminuye como consecuencia del  aumento de la carga y el par y la potencia sería el máximo.

Par o Torque máximo

La curva de par crece hasta el par o torque máximo y la curva de potencia es máxima en un régimen mayor al nominal, surge así el concepto para caracterizar el motor de un tractor, siempre y cuando estemos estudiando los diferentes casos con los mismos regímenes nominales, denominado reservar de par el expresado en porcentaje, como la reserva de la que dispone el motor cuando funciona al régimen de potencia nominal, pudiendo soportar dicho tractor una sobrecarga.

De manera práctica se puede entender este concepto, cuando el número de revoluciones por minuto disminuye y aplicamos una carga mayor por encima del punto nominal, el motor puede soportar este aumento de variación sin tener por tanto que cambiar de velocidad. Así podemos comparar diferentes motores en función de su reserva de par, siempre y cuando estén en las mismas condiciones.

Basándonos en el concepto de potencia antes definido, cuando se realizan una variación en la caja de cambio de nuestra máquina  entre el motor y las ruedas, se tiene que superar el esfuerzo resistente mediante el par suministrado. Y como consecuencia cuando vamos en marchas largas el par es bajo y el régimen es alto, sin embargo con marchas cortas sucede lo contrario, tenemos un par alto y un régimen bajo.

Reserva de par

Es conveniente que un tractor posea alta reserva de par porque dada una situación puntual que se diese un aumento en la demanda de carga podría hacerle frente acudiendo a la reserva de par, sin necesidad de realizar un cambio de marcha. Por lo que la importancia de poseer un tractor con elevada reserva de par se recomienda cuando se efectúan tareas que demandan altos esfuerzos  como por ejemplo las labores de labranza.

Las tareas que demandan al tractor bajos esfuerzos de tracción minimizan la importancia de tractor con alto valor de reserva de par.

Aun así, no debemos olvidar que un tractor debe estar capacitado para acudir a su reserva de par cuando necesite una mayor demanda de esfuerzo momentáneo.

Para ir concretando en el estudio de dichas gráficas, se considera  que realmente, lo que interesa es reducir nuestro consumo, por tanto es aconsejable situarse en la zona de mínimo consumo específico, y como consecuencia tendremos una reserva de par y una potencia adecuada para un distinto régimen de funcionamiento, teniendo un cambio de marcha escalonado y que el conductor realice el cambio en el momento oportuno, así el motor funcionará el punto óptimo de consumo menor. Se conseguirá por tanto un aumento de la productividad y la eficacia,  siempre en función de las mismas características escogidas para el análisis en cuestión.

Modificación en las curvas del motor

En algunos tipos de tractores, los nuevos motores con sistemas de inyección electrónica hacen que dichas curvas del motor se vean modificadas, consiguiendo una potencia máxima del motor a un régimen menor que el nominal. Esto es habitual desde hace unos años. Por encima de esta la potencia no es constante sino mayor, y el par máximo, es aquí donde el consumo específico es el mínimo. Como consecuencia tendremos mayor reserva del par nominal, y menor consumo específico ya que el motor está suministrando más potencia a un régimen reducido.

Figura 4: Tractor Fendt realizando una labor.

Dada toda la información que las curvas características del motor proporcionan, se podrán realizar mejores elecciones en el momento de compra de un tractor considerando factores y parámetros, para poder así obtener un mayor rendimiento en función de las necesidades que requiera la actividad a realizar y optimizar el consumo de combustible.

Para optimizar el tiempo de trabajo en las labores de trabajo es necesaria y recomendable la elección del tractor que mejor se adapte a las necesidades exigidas en cada momento.

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vanessaymaria