Rodadura, Tracción y Deslizamiento en el Tractor. Mejorar el rendimiento
En este artículo hablaremos sobre la rodadura y el deslizamiento en los tractores agrícolas. Con el paso de los años, los tractores ido adquiriendo mayor potencia pero también mayor tamaño y peso. Esto en general conlleva una mayor presión y compactación de los suelos agrícolas. Además, el tránsito frecuente y la labranza en épocas desfavorables aumentan esta carga sobre el perfil edáfico.
Tracción vs. Compactación
La compactación del terreno por los neumáticos genera reducciones del volumen de poros y por tanto del aire y la cantidad de agua disponible para las plantas en el suelo. Esto puede producir una disminución en los rendimientos de los cultivos, un aumento en los costes de producción y un aumento en la erosión del suelo.
Para mejorar la rentabilidad de los cultivos en grandes superficies, se tiende a utilizar tractores con alta potencia (que superan los 200 CV), que tienen mayor capacidad de trabajo (hacen más hectáreas por hora). Por ello, se requieren pesos elevados de los tractores para transmitir al suelo las fuerzas de tracción necesarias, pero nunca se debe olvidar que el suelo simultáneamente sirve tanto de calzada para el tractor como de hábitat para los cultivos.
Estos grandes tractores disponen de neumáticos de gran tamaño, orugas metálicas (cadenas) u orugas de goma. Sus objetivos son:
- Arrastrar equipos que puedan ejercer una resistencia importante en terrenos de consistencia muy variable.
- No dañar el suelo. Evitar la compactación que es el resultado de la acción mecánica de las máquinas. La compactación reduce la porosidad del suelo y esto perjudica el desarrollo de las raíces de las plantas y por tanto el correcto crecimiento de los cultivos.
Algunos tipos de neumáticos especiales, como los nuevos neumáticos Michelin con mayor ancho de balón, están diseñados para reducir la compactación y, con ello, mejorar la estructura del suelo y también reducir el consumo de gasoil.
Primero vamos a asentar algunos conceptos que nos ayuden a entender el trabajo del tractor en el terreno agrícola.
¿Qué es el patinamiento del tractor?
Se define como la disminución de velocidad de avance producida por el deslizamiento entre la superficie del suelo y la cubierta del neumático del tractor. Nunca puede ser eliminado en su totalidad, siempre está presente y suele oscilar entre un 10-15%.
Rodadura simple
Se supone una rueda rígida y su movimiento, similar a una circunferencia de radio «r» rodando sin deslizamiento sobre una recta o eje.
Rodadura con deslizamiento
El coeficiente de deslizamiento (σ) se define como la relación entre la diferencia de velocidades de la rueda sin y con deslizamiento (Vc-V`c) y la velocidad sin deslizamiento (Vc).
σ= (Vc-V´c) / Vc
El deslizamiento produce una pérdida energética, ya que para recorrer una misma distancia, el número de vueltas de la rueda aumenta proporcionalmente.
Con el deslizamiento aumenta el consumo de carburante, así como el desgaste de los neumáticos y se produce un mayor deterioro del suelo.
La presión de inflado de un neumático tiene una influencia directa sobre las pérdidas por deslizamiento y por rodadura. Por eso, es importante mantener la presión de inflado recomendada por el fabricante en función de la carga y la velocidad de avance.
Para trabajar en el campo con un tractor, se recomienda de forma general una presión de 1,5 bar . Y para circular por carretera 2,5 bar. El modificar las presiones de los neumáticos en función del entorno de trabajo disminuye el deslizamiento y reduce el desgaste de los neumáticos.
Aplastamiento del terreno y formación de huellas
La rodadura de los vehículos junto con el laboreo puede formar, con el paso de los años, una capa compactada a una profundidad variable entre 15 y 25 cm de profundidad, que dificulta el normal crecimiento de las plantas. Esta capa dura se conoce con el nombre de suela de labor.
Entre la superficie de contacto de suelo y neumático se ejerce una presión que debería ser de igual valor que la del interior del neumático y, sin embargo, el suelo ejerce una presión que debería ser igual a la del interior del neumático, siempre que las paredes fuesen delgadas. Pero esto no ocurre así; la presión es mayor en el centro que en los bordes de la superficie de apoyo y también es mayor justo debajo de las nerviaduras.
La anchura y la presión interna de los neumáticos agrícolas condicionan la presión en la superficie.
Conocer el valor real de resbalamiento es importante para el tractorista, ya que puede conocer si está aprovechando bien la potencia del tractor en trabajos de tracción.
La presión sobre la superficie del suelo depende de la anchura y de la presión interna de los neumáticos, y se propaga en profundidad como se puede apreciar en la figura:
La presión interior del neumático genera una deformación o aplastamiento del mismo que depende de la carga del neumático, del radio y de la anchura, y también varía según el tractor esté parado o en movimiento.
Resistencia a la Rodadura
La resistencia a la rodadura en una rueda se asimila al rozamiento de un sólido que es proporcional a la carga normal que soporta dicha rueda.
El esfuerzo de rodadura es la fuerza horizontal que se debe ejercer para asegurar el desplazamiento del propio tractor.
Para que el tractor pueda avanzar vence la resistencia a la rodadura. Para ello, el motor proporciona un par en las ruedas, lo que supone una fuerza tangencial que el terreno debe soportar sin romperse. Si el motor no proporciona suficiente potencia para que el par de las ruedas venza la resistencia a la rodadura, o bien, que el empuje sea superior a la capacidad del terreno para resistir esfuerzos cortantes, el vehículo no podrá avanzar.
La resistencia a la rodadura es más elevada cuanto más pesado sea el tractor, cuanto mayor es la deformación de los neumáticos y cuanto más desmenuzado y suelto este el suelo.
La resistencia a la rodadura depende del hundimiento de la rueda que fue relacionado por Bekker, ya que el suelo no es rígido y al aplicarle cargas verticales a la rueda, esta cede y a la vez se deforma. La rueda tiene que vencer la «ola» de terreno que se forma delante de ella, oponiéndose al avance como se puede ver en la figura.
Fuerza tangencial
La fuerza tangencial en las ruedas provoca una respuesta del terreno, que se deforma, lo cual produce un deslizamiento.
La pérdida puede ser total; la rueda no avanza y la capa más superficial del suelo en contacto con las garras se separa de la que esta inmediatamente por debajo acompañando a la rueda en su giro sin avance.
Para conocer las posibilidades del tractor y la adecuación de estos en diferentes trabajos se deberán de conocer:
- Los valores posibles de fuerzas tangenciales dentro de unos límites que no produzcan la rotura del terreno.
- Los valores del resbalamiento compatibles con un rendimiento en tracción aceptable.
- Asegurar que el vehículo no se hunda hasta su eje.
Capacidad del terreno para resistir fuerzas tangenciales
La fuerza horizontal (H), propulsora del vehículo, tiene la necesidad de que el suelo la soporte sin romperse por superar la capacidad del suelo a resistir esfuerzos cortantes. Ese valor máximo admisible es proporcional a la carga vertical aplicada:
H = A x C + W x tgØ
H=Fuerza horizontal de rotura.
A= Área de contacto rueda-suelo.
C= cohesión del terreno.
W= Carga vertical sobre la rueda.
tgØ= Tangente del ángulo de rozamiento interno del suelo.
En condiciones de suelo húmedas se introducen presiones de suelo superiores más allá del nivel del arado hasta penetrar en el subsuelo.
Para conocer estos fenómenos existen algunos factores que favorecen la estabilidad el suelo:
- Composición de los tamaños de grano (formas, mezclas de tamaño).
- Buena formación de agregados.
- Altos contenidos en materia orgánica (humus, residuos vegetales…).
La compactación será menor y menos perjudicial cuanto mayor sea la estabilidad del suelo.
¿Qué es el esfuerzo de tracción?
El esfuerzo de tracción corresponde a la fuerza horizontal generada por un tractor para hacer funcionar el apero del que tira.
La potencia de tracción es el producto del esfuerzo de tracción por la velocidad de avance.
Soluciones para mejorar la adherencia y disminuir el deslizamiento
- Aumento de la superficie de contacto con el suelo utilizando neumáticos anchos y de gran diámetro. Reduciendo la presión de inflado dentro de los límites autorizados.
- Mejorar el agarre: utilizando cadenas de metal o orugas de goma por ejemplo.
- Reducir el deslizamiento: con un esfuerzo de tracción constante puede incrementarse la carga vertical sobre las ruedas (masas o llenado de agua de los neumáticos). Resaltar que la reducción del deslizamiento por un lastrado excesivo lleva a incrementar las pérdidas por resistencia a la rodadura.
La capacidad de tracción de un tractor está relacionada con su peso. Se recomienda que el esfuerzo de tracción realizado no supere la mitad del peso del tractor para que sea eficiente (bajo consumo energético).
En la elaboración de este artículo también ha participado María Escribano Larripa.
Revisado por: Prof. Dr. Luis Ruiz García el 28/01/2023