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Eficacia y Eficiencia en el aprovechamiento del combustible en el Tractor Agrícola

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Publicado: 23/05/2024 - Actualizado: 28/05/2024

Autor: Iván Herranz Matey

Es fundamental que los tractores hagan un buen aprovechamiento del combustible, es decir, que la mayor parte del gasoil que les ponemos se transforme en potencia para todo lo que tenga que hacer el tractor: labrar, sembrar, abonar, tratamientos, transporte, trabajos con la toma de fuerza, etc. Y esto se consigue reduciendo las pérdidas de potencia desde el motor hasta donde se utilice esa potencia. En este artículo lo explicamos con todo detalle.

Eficacia y eficiencia en la conversión de potencia del combustible en labor del tractor agrícola
Eficacia y eficiencia en la conversión de potencia del combustible en el tractor agrícola

Antes que nada, hay un par de cosas que aclarar:

  1. La inclusión de nombres comerciales, productos patentados o nombres de empresas se realiza únicamente con el fin de clarificar la presentación y no debe interpretarse como un respaldo.
  2. En este artículo quien habla son los datos que proporcionan los catálogos comerciales de los fabricantes y sobre todo los datos de los ensayos OECD (organización para la cooperación y desarrollo económico con 29 países adheridos y estaciones de ensayo de tractores en 25 países) de los modelos considerados. Estos son los que son, podrían haber sido otros pero han sido estos (lo cual no quiere decir que en el futuro no vayan a ser otros). Si alguien quiere proporcionar datos de ensayo con un nivel de transparencia y credibilidad equivalente será un placer evaluar y analizar esos datos.
  3. Se trata de evaluar los datos disponibles desde muchas dimensiones tratando de llevar las métricas más comerciales como la potencia (kW) y el consumo específico (g/kW·h) a métricas más de campo como la producción en ha/h y consumo superficial en l/h en las circunstancias más igualitarias posibles para poder comparar peras con peras y manzanas con manzanas. Todos los aspectos arriba mencionados son complejos por lo que requieren una explicación técnica no exenta de dificultad y que dicha explicación técnica está llena de palabras en inglés que se han traducido lo mejor posible.

Así que, si no te desamina,

  • algo de lenguaje técnico en <<espanglish>>,
  • un paseo que va desde el depósito de combustible hasta el contacto del neumático con el suelo (con su cinemática y su dinámica),
  • una pizca de historia (porque los primeros ensayos fueron en 1920),
  • un puñado de gráficas con muchos datos y números y letras chiquititos (lo cual en la era del <<pinch-to-zoom>> de las pantallas táctiles de <<smartphones>> y <<tablets>> no es)

a conocer algo más sobre,

  • cómo se convierte la potencia del Diésel en productividad de labor
  • cuál es el consumo para desempeñar esa labor
  • cómo interactúan las variables (potencia, fuerza, velocidad, rodadura, patinaje, consumo, productividad, …) entre ellas

, sigue leyendo.
#VengaVamos.

Contenidos

  • 1. Modelos de tractor analizados
  • 2. Aspectos de potencia
  • 3. Eficiencia energética
  • 3.1. Potencia motor disponible
  • 3.2. Pérdida de potencia por patinamiento  (TR PL)
  • 3.3. Pérdida de potencia por la resistencia a la rodadura (MR PL)
  • 3.4. Pérdida de potencia de la transmisión (PT PL)
  • 4. Indicadores de ensayo
  • 4.1. Potencia a la barra de tiro
  • 4.2. Consumo de combustible
  • 5. Indicadores de campo
  • 5.1. Producción horaria
  • 5.2. Consumo superficial de combustible (l/ha)
  • 5.3. Comparación de indicadores
  • 5.4. Variaciones de carga y régimen de motor
  • 6. Conclusiones
  • 7. Referencias

1. Modelos de tractor analizados

Que la diversidad del catálogo de tractores que ofrecen los fabricantes es cada vez más variada incluyendo varios modelos con la misma potencia, pero tamaños muy diferentes (tanto masa como batalla) y especificaciones aún más variadas (transmisiones e interfaz del usuario entre otros) (Herranz-Matey & Ruiz-Garcia, 2024) es evidente desde hace un par de décadas. Ello lleva preguntarse cuales son los aspectos que se deben considerar para la elección de uno u otro modelo (con sus respectivas especificaciones).

Así dándole vueltas a esa complejidad hay múltiples modelos que inicialmente diferentes pero que tienen puntos en común no tan aparentes.

En este caso se han seleccionado 9 modelos (930 Vario, 8R 280, T7.315/ Optum 300, 7R 290, T8.380/ Magnum 310 y MF 8735S/ MT675E) de tractores de 6 marcas (Fendt, John Deere, New Holland, Case IH, Massey Ferguson y Challenger), de 3 fabricantes (AGCO, Deere & Co y CNH) [Ensayos OECD 3763, 3806, 3596, 3594, 3788, 3571, 3556, 3535 y 3529 respectivamente] (Nebraska Tractor Test Lab, 2015a, 2015b, 2015c, 2015d, 2016a, 2016b, 2019, 2020, 2021).

Pero ¿Qué pueden tener en común estos tractores cuyos “nombres” llevan dígitos 280, 290, 30 (que suena a 300), 310, 315,35 (que suena a 350) y hasta 380? ¿Tractores que tienen una masa de embarque que van de 10.8 a 12.6 toneladas (Figura1)? ¿Una batalla que oscilan entre 2.93 y 3.15 metros (Figura 2)? ¿Y potencias entre 209 y 263 kW (Figura 3)?

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Figura 1: Masa al embarque en toneladas de los tractores analizados
Figura 1: Masa al embarque en toneladas de los tractores analizados
Figura 2: Batalla en metros de los modelos de tractores analizados
Figura 2: Batalla en metros de los modelos de tractores analizados
Figura 3: Potencia motor en kW de los modelos considerados
Figura 3: Potencia motor en kW de los modelos considerados

Aquellos a los que les pique la curiosidad les va a tocar seguir leyendo porque para saber la respuesta hay que tener en cuanta varios aspectos.

2. Aspectos de potencia

Lo comentado en el apartado anterior abre otras preguntas. ¿Qué potencia? La potencia al régimen nominal, la potencia máxima o la potencia extra que proporcionan algunos modelos en determinadas circunstancias como trabajos a la TDF, a los mando a distancia hidráulicos o en transporte. Lo cual no es nada fácil porque no todos los modelos disponen de potencia extra, hasta el punto de que algún modelo no tiene potencia máxima distinta a la potencia al régimen nominal.

En este caso las unidades de medida de la potencia elegidas son kW, para evitar discrepancias entre hp (Horse Power), PS (Pferdestärke), CV (Cheval-Vapeur) y todos los motores son ensayados de acuerdo con la norma ECE R120.

Esto es destacable ya que hay muchas formas de medir la potencia en distintos puntos de la cadena cinemática que va desde el motor la rueda, incluyendo o excluyendo determinados componentes de esta, lo cual arroja diferentes resultados (Zoz, 1987).

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Así, la potencia se puede medir al volante de inercia del motor, bien del motor completo, esto es incluyendo el ventilador y elementos auxiliares del motor como bomba de lubricación, alternador, … De esta forma han surgido innumerables ensayos de motor como DIN 700200, BS AU 141, SAE J1349, SAE J1995, ISO/TR 14396, EC 97/68 y más recientemente ECE-R24.

Otras formas de medir la potencia del tractor sin necesidad de emplear bancos de ensayo es medirla a la toma de fuerza o a la barra de tiro en una pista de pruebas.

Una de las formas de medir ambas es el ensayo de rendimiento de tractores código 2 de la OECD (organización para el comercio y desarrollo económico), también conocido como ensayo de Nebraska (Renius, 2020).

¿Por qué de Nebraska? Pues resulta que un agricultor nebrasqueño llamado Wilmot F. Crozier compró un tractor Ford fabricado por la Ford Tractor Company, que nada tenía que ver con Ford Motor Company, y que debido a su mejorable calidad proporcionó una experiencia de cliente algo mejorable hasta el punto de que Wilmot movió Roma con Santiago y consiguió que el senado del estado Nebraska aprobase la Ley de Tractor de Nebraska (Nebraska Tractor Test Acto of 1919). La ley se promulgó para abordar los problemas de publicidad falsa de las características y capacidades de los tractores, requiriendo que todos los tractores agrícolas vendidos en Nebraska tuvieran su rendimiento verificado por tres ingenieros. El laboratorio de ensayo de tractores de Nebraska (NTTL) se estableció en 1920 en la Universidad de Nebraska como un lugar central para la prueba de tractores. El primer tractor en ser probado en el NTTL fue un Waterloo Boy, que pasó la prueba.

Todos los tractores vendidos en Nebraska tenían que ser probados en el NTTL. Como resultado, la Prueba de Tractores de Nebraska se convirtió en una referencia estándar para los tractores vendidos en América del Norte. Las pruebas inicialmente se centraron en la barra de tiro, midiendo la potencia de tracción para arados y otros implementos remolcados, y la potencia en correa, para funcionar como una fuente de energía para equipos externos operados por correa como máquinas trilladoras. A medida que las tomas de fuerza estuvieron disponibles, las pruebas incluyeron esas características y gradualmente se expandieron para incluir la comodidad de operación, el consumo de combustible y la comodidad del operador.

Debido a su utilidad la reputación se extendió por Oceanía, Sudamérica y Europa la organización de cooperación y desarrollo económico (OECD) la adoptó para sus 29 países adheridos (incluyendo países no miembros, como China India, la Federación Rusa, y Serbia) tiene 25 estaciones de ensayo en las que aplican el código 2 de ensayo de rendimiento OECD que, inicialmente se basó en el ensayo de Nebraska. De esta forma, cuando un tractor es aprobado mediante el ensayo de rendimiento OECD código 2 por un país es también aprobado por el resto de los países gracias al acuerdo de reciprocidad.

Así, el ensayo OECD proporcional la potencia (al régimen nominal y máxima) medida a la toma de fuerza (TDF) (Figura 4) y a la barra de tiro (Figura 5).

Figura 4: Potencia a la toma de fuerza (TDF) según ensayo OECD
Figura 4: Potencia a la toma de fuerza (TDF) según ensayo OECD
Figura 5: Potencia a la barra de tiro según ensayo OECD
Figura 5: Potencia a la barra de tiro según ensayo OECD

3. Eficiencia energética

Las diferencias entre la potencia de motor bruta (con su sistema de refrigeración)  y neta (sin sistema de refrigeración) y la potencia la toma de fuerza (TDF), a los ejes de tracción y a la barra de tiro es significativa (Figura 6).

Figura 6: Potencia al régimen nominal, máxima (y extra) del motor, toma de fuerza y a la barra de tiro según material comercial y ensayo OECD
Figura 6: Potencia al régimen nominal, máxima (y extra) del motor, toma de fuerza y a la barra de tiro según material comercial y ensayo OECD

No deja de resultar curioso que en todos los modelos seleccionados para este estudio constan con una variación entre el mínimo y el máximo de la masa de embarque, batalla, potencia del motor al régimen nominal, potencia a la TDF al régimen nominal sea un 14.4%, 7.1% 12.5% y 11.6% respectivamente y, en cambio la de la potencia a la barra de tiro al régimen nominal sea sólo de un 5.2%, siendo este el motivo que los ha llevado a ser seleccionados para este estudio.

Las diferencias entre la potencia de motor bruta y neta y la potencia la toma de fuerza (TDF), a los ejes de tracción y a la barra de tiro han sido estudiadas en detalle por grandes figuras de la mecanización agraria (ASABE, 1999, 2020; Renius, 2020; Zoz & Grisso, 2003) (Figura 7, Figura 8 y Figura 9).

Figura 7: Relación entre las potencias de motor, toma de fuerza y al eje de tracción
Figura 7: Relación entre las potencias de motor, toma de fuerza y al eje de tracción
Figura 8: Relación entre las potencias de motor, toma de fuerza y a la barra de tiro
Figura 8: Relación entre las potencias de motor, toma de fuerza y a la barra de tiro
Figura 9: Relación entre las potencias de motor, toma de fuerza, a la barra de tiro y sistema hidráulico
Figura 9: Relación entre las potencias de motor, toma de fuerza, a la barra de tiro y sistema hidráulico

Y es que, querámoslo o no, en la diáspora del Diesel existente en el depósito al trabajo de tracción, así como de actuación de la toma de fuerza y del sistema hidráulico, se sufren muchas pérdidas por el camino.

En primer lugar las devastadoras pérdidas en forma de escape y de calor disipado, en segundo lugar la potencia necesaria para actuar sistema de ventilación (ventilador y refrigerador), en el tercero, toda la potencia necesaria para actuar los elementos auxiliares del motor (bomba de lubricación, de refrigeración, alternador, …), en cuarto, el amortiguador de torsión que une el motor a la transmisión, en quinto, toda la potencia necesaria para accionar engranajes y embragues de actuación no solo del eje de actuación de las ruedas sino también de la toma de fuerza y de la bomba hidráulica que acciona el sistema hidráulico.

En el caso del trabajo de tracción, como hay que transmitir toda esa potencia del eje de actuación de las ruedas al suelo, hay que tener en cuenta las pérdidas por lo que tradicionalmente se llamaba resistencia a la rodadura y de un tiempo a esta parte se llama reducción del movimiento (motion resistance) y además las pérdidas por lo que tradicionalmente se llamaba patinamiento (Brixius & Wismer, 1978)y de un tiempo a esta parte se llama reducción del avance (travel reduction) (Figura 10). En este caso, vamos a dejar las pérdidas por resistencia aerodinámica, por aceleración y deceleración; y las pérdidas por pendiente (dado que los ensayos se hacen en pista de hormigón horizontal).

Figura 10: Pérdidas de potencia en la cadena cinemática
Figura 10: Pérdidas de potencia en la cadena cinemática

3.1. Potencia motor disponible

Considerando la potencia a la toma de fuerza como potencia de motor disponible (no nos queda otra dado que no disponemos de los ensayos de motor), el ensayo OECD nos proporciona toda la información necesaria para poder calcular como se desglosan las pérdidas de potencia.

Dado que el número de puntos del ensayo OECD es reducido, es necesario efectuar una interpolación lineal para obtener la potencia de motor disponible a los regímenes de motor del ensayo de la barra de tiro. La interpolación lineal asume una relación lineal entre x e y. Puede utilizarse para interpolar un valor de y dados xa, xb, ya, yb, así como x.

El cálculo de la interpolación lineal puede efectuarse de la siguiente forma (1):

dónde:

  • y es el valor interpolado
  • ya e yb son los valores conocidos de y correspondientes a xa y xb respectivamente
  • xa y xb son los valores conocidos de x
  • x es el valor para el que queremos conocer y

Para aumentar el número de puntos de datos de régimen de motor y potencia el par motor (T) máximo ensayado correspondiente a un régimen de motor (N) puede ser calculado como potencia de motor (P) por medio de la fórmula (2):

dónde:

  • P es la potencia de motor en kW
  • T es el par motor en N·m
  • N es el régimen de motor en rpm (rev/min, min-1)
  • 9.549 es el factor de conversión de unidades.

3.2. Pérdida de potencia por patinamiento  (TR PL)

La pérdida de potencia por patinamiento (o reducción de avance, travel loss) en kW (TR PL) pueden ser calculadas con esta fórmula (3) (Brixius & Wismer, 1978):

dónde:

  • DB es la fuerza de tiro en kN disponible en el ensayo OECD
  • Va es la velocidad real en km/h disponible en el ensayo OECD
  • TR es el patinamiento (reducción de avance, travel loss) en porcentaje disponible en el ensayo OECD
  • 3.6 es el factor de conversión de unidades

3.3. Pérdida de potencia por la resistencia a la rodadura (MR PL)

La pérdida de potencia por resistencia a la rodadura (o resistencia de movimiento, motion resistance) en kW (MR PL) pueden ser calculadas con esta fórmula (4) (Zoz & Grisso, 2003):

dónde:

  • MR es la resistencia a la rodadura (resistencia de movimiento, motion resistance) en KN
  • Va es la velocidad real en km/h disponible en el ensayo OECD
  • 3.6 es el factor de conversión de unidades

El ASABE Standard S497.7 define la resistencia a la rodadura (resistencia de movimiento motion resistance) en kN (MR) como (5):

dónde:

  • W es el peso (weight) en kN, esto es la masa en kg multiplicada por la aceleración de la gravedad (9.81 m/s2).
  • r es el ratio de resistencia a la rodadura definida por el ASABE Standard S497.7 como sigue:

dónde:

  • TR es el patinamiento (reducción de avance, travel reduction) en porcentaje, disponible en el ensayo OCDE
  • Bn es un parámetro representativo del sistema suelo-vehículo definido por el ASABE Standard D497.7 como 80 para suelo duro (1800 kPa de índice de cono), 55 para suelo firme (1200 kPa de CI), 40 para suelo labrado (900 kPa) y 20 para suelo blando o arenoso (450 kPa)

3.4. Pérdida de potencia de la transmisión (PT PL)

Para calcular la pérdida de potencia de la transmisión en kW (PT PL) se efectúa el cálculo siguiente (Brixius, 1987; Brixius & Zoz, 1976):

dónde:

  • PT PL es la pérdida de potencia de la transmisión en kW
  • DB P es la potencia a la barra de tiro en kW disponible en el ensayo OECD
  • MR PL es la pérdida de potencia por resistencia a la rodadura en kW calculada en [3]
  • TR PL es la pérdida de potencia por patinamiento en kW calculada en [4]
  • AEP es la potencia de motor disponible en kW interpolada en [1]

Los cálculos en base a un ensayo a la barra de tiro de un ensayo OECD se pueden representar gráficamente como en la Figura 11.

Figura 11: Cálculo de las pérdidas de potencia en la cadena cinemática a distintas velocidades calculado a partir del ensayo OECD
Figura 11: Cálculo de las pérdidas de potencia en la cadena cinemática a distintas velocidades calculado a partir del ensayo OECD

Se puede observar que la pérdida de potencia por patinamiento (MR PL) se reduce con el aumento de velocidad, la pérdida de potencia por Resistencia a la rodadura (TR PL) se incrementa con el aumento de velocidad y que la pérdida de potencia de la transmisión (PT PL) depende de cada relación de transmisión dado que los elementos que intervienen en la transmisión de potencia son diferentes (Figura 12).

Figura 12: Variación del porcentaje de pérdida de potencia (%) por patinaje, resistencia a la rodadura y transmisión con la velocidad real de avance
Figura 12: Variación del porcentaje de pérdida de potencia (%) por patinaje, resistencia a la rodadura y transmisión con la velocidad real de avance

4. Indicadores de ensayo

4.1. Potencia a la barra de tiro

La potencia a la barra de tiro (kW) no deja de ser el producto de la fuerza de tiro (kN) por una velocidad (km/h). Al aumentar la velocidad y reducirse el patinamiento la potencia de tiro queda bastante estable por lo que la fuerza de tiro va descendiendo (Figura 13).

Figura 13: Evolución de la potencia de tiro (kW) y fuerza de tiro (kN) con la velocidad real (km/h) según ensayo OECD
Figura 13: Evolución de la potencia de tiro (kW) y fuerza de tiro (kN) con la velocidad real (km/h) según ensayo OECD

La fuerza de tiro (kN) y la velocidad real (km/h) a la que se produce el tiro máximo a régimen nominal del motor según el ensayo OECD de los modelos seleccionados puede verse en la Figura 14.

Figura 14: Fuerza de tiro (kN) y velocidad real (km/h) a la máxima potencia de tiro al régimen nominal de motor según ensayo OECD de los modelos estudiados
Figura 14: Fuerza de tiro (kN) y velocidad real (km/h) a la máxima potencia de tiro al régimen nominal de motor según ensayo OECD de los modelos estudiados

4.2. Consumo de combustible

El ensayo OECD proporciona el consumo específico de combustible en g/kW·h (SFC) del ensayo de la toma de fuerza y de la barra de tiro y el consumo volumétrico de combustible en l/h (VFC) de la toma de fuerza. El cálculo de consumo volumétrico de combustible en l/h (VFC) a partir de parámetros disponibles en el ensayo OECD es posible mediante la siguiente fórmula (Grisso et al., 2004, 2010):

donde:

  • P es la potencia (tanto del ensayo a la TDF como a la barra de tiro) en kW
  • SFC es el consumo específico de combustible en g/kW·h
  • FD es la densidad del combustible en kg/l

Pero como ya vimos toda esa potencia sale del combustible y el ensayo OECD permite elaborar una gráfica que permite analizar la variación el consumo específico de combustible (g/kW·h) con la velocidad real de avance (km/h) tal y como puede verse en la Figura 15.

Figura 15: Evolución de la potencia a la barra(kW) y consumo específico (g/kW·h) y volumétrico (l/h) de combustible con la velocidad real (km/h) según ensayo OECD
Figura 15: Evolución de la potencia a la barra(kW) y consumo específico (g/kW·h) y volumétrico (l/h) de combustible con la velocidad real (km/h) según ensayo OECD

El consumo específico (g/kW·h) y volumétrico (l/h) de combustible al que se produce el tiro máximo a régimen nominal del motor según el ensayo OECD de los modelos seleccionados puede verse en la Figura 16.

Figura 16: Consumo específico (g/kW·h) y volumétrico (l/h) de combustible a la máxima potencia de tiro al régimen nominal de motor según ensayo OECD de los modelos estudiados
Figura 16: Consumo específico (g/kW·h) y volumétrico (l/h) de combustible a la máxima potencia de tiro al régimen nominal de motor según ensayo OECD de los modelos estudiados

5. Indicadores de campo

La información que proporciona el ensayo OECD es fabulosa porque no sólo proporciona detalles sobre régimen de motor, carga del motor, relación de desmultiplicación, velocidades de avance, capacidad de tiro y consumo de combustible, sino porque además permite comparar unos tractores con otros en condiciones de igualdad. Cierto que al ser en pista de hormigón no son las condiciones de mi pueblo, de mi terreno, (no es menos cierto que las condiciones de mi pueblo, de mi terreno, cambian de un año a otro, es más, en el mismo año cambian de un rodal a otro) pero no es menos cierto que las diferencias entre las pistas de hormigón de los 25 países que hacen ensayos OECD permiten hacer una comparación de peras con peras.

Y es que eso de los kiloWatt, los kiloNewton, los gramos de Diésel está genial pero los agricultores que he conocido me han enseñado que se habla de hectáreas por hora, y los agricultores profesionales van un paso más allá y hablan de litros por hectárea. Y, como muchas cosas del campo, tiene todo el sentido del mundo porque la productividad es hectáreas por hora, porque es lo que me indica si al agricultor le va a dar tiempo a hacer su labor antes de que entren las lluvias o los calores y los jornales que va a tener que pagar (aunque sólo sea el suyo propio) y los litros por hectárea es lo que indica uno de los costes que lleva aparejados realizar esa labor.

5.1. Producción horaria

La productividad horaria en ha (AP) puede deducirse a partir de esta fórmula (ASABE, 1999):

dónde:

  • Va es la velocidad de avance en km/h
  • w es el ancho de trabajo en m
  • 0.1 es el coeficiente de conversión de unidades

Como el ensayo OECD proporcional la velocidad real de avance en km/h, tan solo queda saber cuál es el ancho del apero. Para ello viene a nuestro rescate el ASABE Standard 497.7, que proporciona la fuerza de tiro necesaria para tirar de varios aperos de labor y siembra a una determinada profundidad de labor y velocidad de trabajo sobre un determinado tipo de suelo (mediante la siguiente formula. Al ser conocidas tanto la fuerza de tiro en kN (DB) como la velocidad real en km/h (Va) la formula necesaria para calcular el ancho de trabajo es:

dónde:

  • DB es la fuerza a la barra de tiro en kW que está disponible en el ensayo OECD
  • Fi es un parámetro adimensional que ajusta la textura del suelo (siendo 1 para fino, 2 para medio y 3 para grueso) definidos por el ASABE Standard D497.7, usando como valor de referencia en este estudio F2=0.88)
  • A, B and C son parámetros específicos del apero definidos por el ASABE Standard D497.7, usando como valor de referencia en este estudio A=309, B=16 y C=0
  • w es el ancho de trabajo del apero en metros (o el número de herramientas) definido por el ASABE Standard D497.7
  • Va es la velocidad de avance en km/h disponible en el ensayo OECD
  • t es la profundidad de labor en cm para los aperos de laboreo profundo y 1 (adimensional) para los aperos de siembra o laboreo poco profundo definido por el ASABE Standard D497.7, usando como valor de referencia en este estudio t=25 cm

Al incorporar los cálculos de productividad horaria (ha/h) a la Figura 13 se puede apreciar que aunque los cambios en potencia de tiro (kW) son menores la variación de la fuerza de tiro (kN), junto con la velocidad real (km/h) a la que se produce dan lugar a variaciones significativas de productividad (ha/h) tal y como muestra la Figura 17.

Figura 17: Evolución de la fuerza de tiro (kN), potencia de tiro (kW) y producción horaria (ha/h) con la velocidad real (km/h) según ensayo OECD
Figura 17: Evolución de la fuerza de tiro (kN), potencia de tiro (kW) y producción horaria (ha/h) con la velocidad real (km/h) según ensayo OECD

La potencia a la barra de tiro (kW) y productividad horaria (ha/h) a la máxima potencia al régimen nominal de motor según ensayo OECD de los modelos estudiados puede verse en la Figura 18.

Figura 18: Potencia a la barra de tiro (kW) y productividad horaria (ha/h) a la máxima potencia al régimen nominal de motor según ensayo OECD de los modelos estudiados
Figura 18: Potencia a la barra de tiro (kW) y productividad horaria (ha/h) a la máxima potencia al régimen nominal de motor según ensayo OECD de los modelos estudiados

5.2. Consumo superficial de combustible (l/ha)

El cálculo del consumo superficial de combustible en l/ha (AP) puede efectuarse mediante la fórmula (11):

donde:

  • VFC es el consumo volumétrico de combustible (l/h) calculado con la ecuación 8
  • AP es la productividad superficial (ha/h) calculada con la ecuación 9

Al incorporar los cálculos de productividad superficial (l/ha) a la Figura 17 se obtiene la Figura 19.

Figura 19: Evolución del consume volumétrico de combustible (l/h), fuerza de tiro (kN), potencia de tiro (kW) y producción horaria (ha/h) con la velocidad real (km/h) según ensayo OECD
Figura 19: Evolución del consume volumétrico de combustible (l/h), fuerza de tiro (kN), potencia de tiro (kW) y producción horaria (ha/h) con la velocidad real (km/h) según ensayo OECD

5.3. Comparación de indicadores

No hay duda de que la potencia (kW) y el consumo específico de combustible (g/kW·h) son indicadores omnipresentes en publicaciones comerciales, técnicas y académicas de tractores agrícolas.

No es menos cierto que la productividad horaria (ha/h) y el consumo superficial de combustible (l/ha) proporcionan un paso adicional en la comprensión de las interacciones de los parámetros de la cadena cinemática del tractor (motor, transmisión, neumáticos), apero y suelo, tanto en su faceta de resistencia al avance del vehículo como a la resistencia al trabajo del apero.

En el ejemplo real de los datos del ensayo OECD y de los cálculos propuestos por este estudio representado en la Figura 20 se puede observar cómo, al llegar a una determinada velocidad, tanto la potencia a la barra como el consumo específico se estabilizan dificultando seleccionar la velocidad óptima a la efectuar una labor; en cambio, la productividad horaria y el consumo superficial muestran con más claridad la velocidad de real de avance que permite su optimización.

Figura 20: Evolución de la potencia a la barra (kW), consumo específico de combustible (g/kW·h), productividad horaria (ha/h) y consume superficial (l/ha) con la velocidad real (km/h) según ensayo OECD
Figura 20: Evolución de la potencia a la barra (kW), consumo específico de combustible (g/kW·h), productividad horaria (ha/h) y consume superficial (l/ha) con la velocidad real (km/h) según ensayo OECD

La productividad horaria (ha/h) y consume superficial (l/ha) a la máxima potencia al régimen nominal de motor según ensayo OECD de los modelos estudiados puede observarse en la Figura 21.

Figura 21: Productividad horaria (ha/h) y consumo superficial (l/ha) a la máxima potencia al régimen nominal de motor según ensayo OECD de los modelos estudiados
Figura 21: Productividad horaria (ha/h) y consumo superficial (l/ha) a la máxima potencia al régimen nominal de motor según ensayo OECD de los modelos estudiados

5.4. Variaciones de carga y régimen de motor

Además del tiro máximo al régimen nominal, que es el que se ha considerado en las comparativas previas entre los modelos estudiados, el ensayo OECD incluye también otras cuatro combinaciones de carga y régimen de motor (Figura 22).

  • Potencia máxima de tiro al régimen nominal (100% Tiro @ Reg Nom) Figura 22
  • 75% de la potencia máxima de tiro al régimen nominal (75% Tiro @ Reg Nom) Figura 25
  • 50% de la potencia máxima de tiro al régimen nominal (50% Tiro @ Reg Nom) Figura 26
  • 75% de la potencia máxima de tiro al régimen reducido (75% Tiro @ Reg Red) Figura 27
  • 50% de la potencia máxima de tiro al régimen reducido (50% Tiro @ Reg Red) Figura 28
Figura 22: Potencia a la barra (kW) y consumo específico de combustible (g/kW·h) con diferentes condiciones de carga y régimen de motor según el ensayo OECD
Figura 22: Potencia a la barra (kW) y consumo específico de combustible (g/kW·h) con diferentes condiciones de carga y régimen de motor según el ensayo OECD

Los resultados de los cálculos de productividad horaria y consumo superficial de las diferentes condiciones de carga y régimen de motor puede verse en la Figura 23 y la Figura 24 respectivamente.

Figura 23: Potencia a la barra (kW) y productividad horaria (ha/h) con diferentes condiciones de carga y régimen de motor según el ensayo OECD
Figura 23: Potencia a la barra (kW) y productividad horaria (ha/h) con diferentes condiciones de carga y régimen de motor según el ensayo OECD
Figura 24: Potencia a la barra (kW) y consumo superficial de combustible (l/ha) con diferentes condiciones de carga y régimen de motor según el ensayo OECD
Figura 24: Potencia a la barra (kW) y consumo superficial de combustible (l/ha) con diferentes condiciones de carga y régimen de motor según el ensayo OECD

Los resultados de los cálculos de productividad horaria y consumo superficial de las diferentes condiciones de carga y régimen de motor para los tractores estudiados puede verse en la Figura 25, Figura 26, Figura 27 y Figura 28.

Figura 25: Productividad horaria (ha/h) y consumo superficial (l/ha) al 75% de la potencia máxima de tiro al régimen nominal (75% Tiro @ Reg Nom) según ensayo OECD de los modelos estudiados
Figura 25: Productividad horaria (ha/h) y consumo superficial (l/ha) al 75% de la potencia máxima de tiro al régimen nominal (75% Tiro @ Reg Nom) según ensayo OECD de los modelos estudiados
Figura 26: Productividad horaria (ha/h) y consumo superficial (l/ha) al 50% de la potencia máxima de tiro al régimen nominal (50% Tiro @ Reg Nom) según ensayo OECD de los modelos estudiados
Figura 26: Productividad horaria (ha/h) y consumo superficial (l/ha) al 50% de la potencia máxima de tiro al régimen nominal (50% Tiro @ Reg Nom) según ensayo OECD de los modelos estudiados
Figura 27: Productividad horaria (ha/h) y consumo superficial (l/ha) al 75% de la potencia máxima de tiro al régimen reducido (75% Tiro @ Reg Red) según ensayo OECD de los modelos estudiados
Figura 27: Productividad horaria (ha/h) y consumo superficial (l/ha) al 75% de la potencia máxima de tiro al régimen reducido (75% Tiro @ Reg Red) según ensayo OECD de los modelos estudiados
Figura 28: Productividad horaria (ha/h) y consumo superficial (l/ha) al 50% de la potencia máxima de tiro al régimen reducido (50% Tiro @ Reg Red) según ensayo OECD de los modelos estudiados
Figura 28: Productividad horaria (ha/h) y consumo superficial (l/ha) al 50% de la potencia máxima de tiro al régimen reducido (50% Tiro @ Reg Red) según ensayo OECD de los modelos estudiados

Por último, la productividad horaria (ha/h) y consumo superficial (l/ha) a la máxima potencia a la barra de tiro según ensayo OECD de los modelos estudiados puede observarse en la Figura 29.

Figura 29: Productividad horaria (ha/h) y consumo superficial (l/ha) a la máxima potencia a la barra de tiro según ensayo OECD de los modelos estudiados
Figura 29: Productividad horaria (ha/h) y consumo superficial (l/ha) a la máxima potencia a la barra de tiro según ensayo OECD de los modelos estudiados

6. Conclusiones

En el país de fantasía, más allá del valle donde pacen los unicornios, los agricultores piden a los proveedores lo que necesitan, un intervalo de fuerza a la barra de tiro a un intervalo de velocidad, y dicho proveedor le ofrece modelos que le proporcionen dichas especificaciones. Si para conseguirlas el proveedor debe ofrecer un tractor con una cadena cinemática (motor y transmisión) más potente porque el tractor es menos eficiente en convertir su potencia en potencia a la barra de tiro es un reto para el proveedor.

Los cálculos propuestos por este artículo permiten elaborar un análisis de varios aspectos relacionados con la eficacia y la eficiencia de la tracción del tractor agrícola al permitir observar simultáneamente el comportamiento de dichos aspectos y sus interacciones (Figura 30, Figura 31, Figura 32, Figura 33, Figura 34 y Figura 35).

Figura 30: Diagrama de tracción del 930 Vario
Figura 30: Diagrama de tracción del 930 Vario
Figura 31: Diagrama de tracción de 8R 280
Figura 31: Diagrama de tracción de 8R 280
Figura 32: Diagrama de tracción del T7.315 y Optum 300
Figura 32: Diagrama de tracción del T7.315 y Optum 300
Figura 33: Diagrama de tracción del 7R 290
Figura 33: Diagrama de tracción del 7R 290
Figura 34: Diagrama de tracción del T8.380 y Magnum 310
Figura 34: Diagrama de tracción del T8.380 y Magnum 310
Figura 35: Diagrama de tracción del MF 8735S y MT 675E
Figura 35: Diagrama de tracción del MF 8735S y MT 675E

Cierto es que en el mundo real, y los modelos de tractores analizados en este estudio dan ejemplo de ello, hay opciones de producto que ofrecen más capacidad de trabajo. Para agricultores que tienen ventanas de trabajo muy estrechas (por ejemplo en campaña de laboreo o de siembra) son la opción adecuada mientras que hay otras opciones que ofrecen un consumo superficial bajo que son ideales para agricultores que tienen necesidades de costes muy ajustados y luego hay opciones que ofrecen ambas. También hay que tener en cuenta que algunas opciones menos sobresalientes implican una menor inversión inicial que va acompañada de una mayor inversión en insumos. La metodología de cálculo propuesta por este artículo intenta contribuir a esa optimización de la toma de decisiones basada en datos.

7. Referencias

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ASABE. (2020). Agricultural Machinery Management Data ASAE Standard D497.7 Agricultural Machinery Management Data. American Society of Agricultural and Biological Engineers.

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Nebraska Tractor Test Lab. (2015a). “Nebraska Summary: S992A Massey Ferguson 8735” (2015). Nebraska  Tractor Tests. 3347. https://digitalcommons.unl.edu/tractormuseumlit/3347

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Nebraska Tractor Test Lab. (2015c). “Test 2124: Case IH Magnum 310” (2015). Nebraska Tractor Tests. 2565. https://digitalcommons.unl.edu/tractormuseumlit/2565

Nebraska Tractor Test Lab. (2015d). “Test 2124A: New Holland T8.380” (2015). Nebraska Tractor Tests. 2564. https://digitalcommons.unl.edu/tractormuseumlit/2564

Nebraska Tractor Test Lab. (2016a). “Nebraska Summary: S1054 Case-IH Optum 300 CVX” (2016). Nebraska  Tractor Tests. 3321. https://digitalcommons.unl.edu/tractormuseumlit/3321

Nebraska Tractor Test Lab. (2016b). “Nebraska Summary: S1056 New Holland T7.315” (2016). Nebraska Tractor  Tests. 3319. https://digitalcommons.unl.edu/tractormuseumlit/3319

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Renius, K. T. (2020). Fundamentals of Tractor Design. Springer.

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Zoz, F. M., & Grisso, R. D. (2003). Traction and tractor performance (Vol. 27). American Society of Agricultural Engineers St. Joseph, MI.

Revisado por: Prof. Dr. Luis Ruiz García el 28/05/2024 linkedin

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Acerca del autor

Por Iván Herranz Matey

Iván es Dr. Ingeniero Agrónomo por la Universidad Politécnica de Madrid. Además, ha trabajado más de 20 años en una de las empresas multinacionales más importantes del sector de la maquinaria agrícola, por lo que cuenta con un conocimiento amplio y profundo sobre tractores y el resto de máquinas del campo.

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Todos los autores son titulados universitarios en Ingeniería Agrícola y/o Agronómica por la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica, Alimentaria y de Biosistemas de la Universidad Politécnica de Madrid.

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