CAPÍTULO II cálculos

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MAQUINARIA AGRCOLA

CAPTULO II CLCULOS: potencias, prdidas y rendimientos del tractor agrcola

PREPARADO POR: Francisco Javier Ortiz Arvalo INGENIERO AGRNOMO

ESCUELA NACIONAL DE AGRICULTURA ROBERTO QUINEZ, 24 de marzo de 2009

Autor: Francisco Javier Ortiz Arvalo Ingeniero Agrnomo

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CLCULOS DE POTENCIAS Y RENDIMIENTOS.

El combustible posee energa potencial que es transformada en energa calorfica o trmica mediante una reaccin qumica exotrmica entre el hidrocarburo y el oxgeno del aire. Esta combustin es originada por una chispa elctrica en los motores a gasolina, a queroseno y a gas, o por autocombustin, en los motores Diesel. El resultado final de ste proceso es la generacin de potencia que pueda ser utilizada para el arrastre o movimiento de aperos agrcolas que efecten diferentes labores. Se llama potencia (P) (desarrollada por un hombre o una mquina), al cociente entre el trabajo efectuado (T) y el tiempo empleado (t) en realizarlo; por lo tanto, P = T/t. Para fines de nuestro estudio, las unidades de potencia que se utilizarn son HP imperial (HP), HP mtrico Caballo de vapor (CV) Pferdestrke (PS), kg-m/seg, Ib-pie/min, Kw

Power): CABALLOS DE FUERZA (Horse Power): Ya desde el principio, debemos aseguramos que sabemos lo que caballo de fuerza es. Hace cierto tiempo, alguien en Inglaterra observ a un caballo levantando sacos de grano con un elevador, y estim que poda levantar 550 libras a 60 pies de altura en un minuto. As pues calcul que un caballo de fuerza era 550 libras pie por segundo 33,000 libras pie por minuto. Ahora es usual, al medir fuerza, contrario a energa, escribir una f despus de libras. Por lo tanto, al emplear unidades britnicas (imperiales) o mtricas escribimos que 1 HP = 550 libras f pie por segundo o que 1 CV = 75 kilogramos f metro por minuto, para fines de este estudio basta con conocerlo, ya no ser necesario aplicarlo tal como se ha descrito.

Para fines prcticos definiremos HP como la potencia necesaria para levantar un peso de 33,000 libras a la altura de 1 pie en un tiempo de 1 minuto, o la potencia necesaria para levantar un peso 75 kilogramos a la altura de 1 metro en un tiempo de 1 segundo. Adems, los valores de las unidades mtricas e imperiales, son significativamente diferentes, de tal manera, que podemos disponer y utilizar las siguientes equivalencias: 1 HP = l.0139 CV PS = 0.7457 kw = 33,000 Ib-pie/min = 2545 BTU = 641 Kcal. 1 PS 1 CV = 0.9863 HP = 0.735 kw = 75 Kg-m/seg = 2510 BTU = 633 Kcal.

Autor: Francisco Javier Ortiz Arvalo Ingeniero Agrnomo

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CLCULO DE POTENCIAS DEL MOTOR: CLCULO

En la actualidad, prcticamente toda la potencia de campo proviene de motores de combustin interna y la mayora de estos motores estn montados en tractores agrcolas. La seleccin del nivel adecuado de potencia en una granja es un problema muy complicado; no obstante, debido a que el costo de la potencia es un aspecto de gran importancia en muchas operaciones, debe encontrarse algn procedimiento lgico. Para su estudio, la potencia desarrollada por un motor de combustin interna montado en tractores agrcolas, se puede clasificar de la siguiente manera: 1. Potencia ideal; Pid

2. Potencia indicada, Pin 3. Potencia al freno, Pb 4. Potencia de friccin, Pf

A continuacin se desarrollarn una serie de ejercicios sobre estas potencias para un mismo motor tipo que se pone a trabajar en una labor especfica y que tiene las siguientes especificaciones tcnicas: Consumo horario de combustible, Ch = 3gl/hr Presin media efectiva, pme = 5Kg/ cm2 Dimetro del pistn, d = 10 cm Carrera del pistn, L = 12 cm Nmero de cilindros, n = 4 Revoluciones a las que se determinan las potencias, N = 2400 rpm Torque que ofrece el motor @ 2400 rpm = 12 Kg-m Potencia Ideal (P id): La potencia Ideal, como su nombre lo dice, es una potencia terica, ya que resulta de la energa liberada durante el proceso de la combustin. Se calcula a partir del consumo de combustible para una determinada operacin, dado en volumen por unidad de tiempo. Adems se deben conocer algunas especificaciones del combustible a utilizar. As se tiene que para el combustible Diesel se pueden utilizar los datos siguientes: Densidad, D = 0.85 Kg/L =7.08 Ib/gl. Poder calorfico, Pc = 10,865 Kcal/Kg =43,098 BTU/Kg =45.46 MJ/Kg. Equivalente Mecnico del Calor EMC = 427 kg-m/Kcal.

Autor: Francisco Javier Ortiz Arvalo Ingeniero Agrnomo

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Ejemplo: En cierta operacin mecanizada, un MCI de tractor consume 3 galones de combustible por hora de trabajo, para determinar la potencia ideal que desarrolla el motor Diesel se procede de la siguiente manera: Se parte del consumo horario de combustible, y se van conversionando las unidades, tomando como base el sistema de unidades conveniente, de tal manera de ir usando los datos del combustible diesel indicados arriba.

Pid = 3gl/hr x 1 hr/3600 seg x 3.785 L/gl x 0.85 Kq/L x 10865 Kcal/Kg x 427 Kg-m/Kcal

Pid = 3x1x3.785x0.85x10865x427 3600x1x1x1x1 Pid Pid = 12438.3 Kq-m/seg x 1 CV/75 Kg-m/seg

Pid = 165.8 CV id

Potencia Indicada (P in): Esta potencia es an terica, ya que es medida en la cmara de combustin por instrumentos especiales, los cuales miden la presin media efectiva que es una presin constante que se ejerce durante cada carrera de fuerza del motor. Esta potencia es considerada terica porque no toma en cuenta las prdidas por friccin, es decir que su clculo no separa las potencias que demandan las partes perifricas (bombas, generadores, arranques, etc) para su operacin, por lo que no se refiere a potencia mecnica efectiva, que es la necesaria para realizar el trabajo. Para calcular esta potencia se necesita conocer algunos datos tcnicos del motor, como los siguientes:

Dimetro y carrera del pistn Nmero de cilindros Nmero de revoluciones a las que se obtiene la p.m.e.

Autor: Francisco Javier Ortiz Arvalo Ingeniero Agrnomo

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Para calcular esta potencia se utiliza la siguiente frmula: Donde: pme = Presin media efectiva (Kg/cm2 lb/pu!g2) A= rea de la cabeza del pistn (cm2 pu!g2) L= Longitud de la carrera (cm pulg.) n= Nmero de cilindros del motor N= Revoluciones a las que se obtiene la p.m.e. (rps rpm). 2= Nmero de revoluciones necesarias para completar el ciclo del motor de cuatro tiempos.

pme pme x A x L x n x N P in = -----------------------------------2

Ejemplo: Ejemplo Un motor de 4 cilindros de 10 cm de dimetro y 12 cm de carrera desarrolla una p.m.e. de 5Kg/ cm2 a 2400 rpm. Calcular la potencia indicada que desarrolla ste motor de cuatro tiempos. Sustituyendo datos queda de la siguiente manera: Pin = 5 Kg/ cm2 x 78.5 cm2 x I2cm x lm/100 cm x 4 x 2400 rev/min x 1 min/60 seg 2 Pin = 5x78.5x12x4x2400 2x100x60 1 CV Pin = 3768 kg-m x seg. 75 Kg-m/seg.

Pin Pin = 50.3 CV in

Potencia al freno (Pb). Esta potencia es la primera unidad prctica que da el motor para realizar un esfuerzo til, o sea, que es una potencia real del motor ya que en este caso si se toman en cuenta las prdidas por friccin. Para calcular esta potencia se utilizan datos obtenidos del dinammetro de Freno Prony, de all su nombre de potencia al freno, as se obtiene el torque o par motor que se desarrolla a ciertas revoluciones. Al aumentar las revoluciones aumenta la potencia pero disminuye el torque. Esta potencia se calcula por con la siguiente frmula:Autor: Francisco Javier Ortiz Arvalo Ingeniero Agrnomo

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Pb = TN 716.2

Donde: T = Torque del motor ( Kg-m lb-pie) N= Nmero de revoluciones a las que se produce dicho torque (rps rpm) 716.2 = factor de conversin cuando T se usa en Kg-m y N en rpm. Se usa el factor de 5252 cuando T se usa en lib-pie y N en rpm.

Ejemplo: Un motor de 4 cilindros desarrolla un torque de 12 Kg-m a 2400 rpm. Calcule la potencia al freno. Pb = 12 x 2400 716.2

Pb = 40.2 CV b

Potencia de friccin (Pf). La friccin es un factor de prdida de potencia y un productor de calor. Recurdese que la energa no se destruye sino que nicamente se transforma. Las prdidas de energa en los MCI se estiman en trminos generales, en: Transferencia de calor al medio ambiente (por radiacin y el escape), al sistema de enfriamiento y al sistema de lubricacin. Absorcin de calor por las piezas del motor. Proporcionar potencia a las piezas que la necesitan para su funcionamiento, as como alternador, distintas bombas, distribuidor, direccin, etc. Por lo tanto, la potencia de friccin es la suma de todas las prdidas por friccin (Pf = prdidas de Pf potencia), partiendo de que la Pin no toma en cuenta las prdidas por friccin y que la Pb s, entonces la potencia de friccin se puede determinar por la diferencia entre ambas. Pf = Pin - Pb

Autor: Francisco Javier Ortiz Arvalo Ingeniero Agrnomo

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Ejemplo: Usando los datos de los ejemplos anteriores, la potencia de friccin se calcula as: Pf = 50.3 CV in- 40.2 CV b

Pf = 10.1 CV f

En resumen, podemos observar que las potencias del motor estudiadas hasta el momento son muy variadas en su magnitud, debido a que representan momentos diferentes de la transformacin de la materia, y siendo estas para un mismo motor tipo, se puede observar en la siguiente tabla resumen, la diferencia entre una y otra. Algunas de estas potencias tienen poca aplicacin prctica, pero al combinarlas con otras tienen mucha relevancia, de all que a partir de ellas se pueden obtener otros parmetros de mucha utilidad para la seleccin de tractores en la administracin de potencias.

Tipo de Potencia Pid Pin Pb Pf

Magnitud (CV) 165.8 50.3 40.2 10.1

MOTOR: RENDIMIENTOS DEL MOTOR: Algunos valores de potencia vistos anteriormente no tienen aplicacin directa o no tienen importancia relativa en estos tipos de clculos, pero al combinarlos dan como resultado otros parmetros que pueden servir para la toma de decisiones. En un motor de combustin se deben tener en cuenta los siguientes rendimientos: Rendimiento Rendimiento Rendimiento Rendimiento trmico (Rt). trmico al freno (Rtf) mecnico (Rm) volumtrico (Rv)

Autor: Francisco Javier Ortiz Arvalo Ingeniero Agrnomo

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Rendimiento trmico (Rt). Es un ndice de como el motor transforma la energa calorfica desarrollada por la combustin en la cmara de combustin, en un trabajo mecnico. De otra manera, el rendimiento trmico es la relacin entre la potencia indicada y la potencia ideal, el cual para un motor en buenas condiciones es del 20% al 35%. Rt = Pjn x 100 Pid Ejemplo: Si se necesita calcular el rendimiento trmico con los datos de los ejercicios anteriores se resuelve de la siguiente manera: Rt = 50.3/ 165.8 *100 Rt = 30 %

En vista que el rango aceptable para el valor de rendimiento trmico de un MCI es del 20 % al 35 %, la respuesta de este ejercicio refleja que este motor est en buenas condiciones.

(Rtf Rendimiento trmico al freno (Rtf). Es un ndice de la eficiencia con que el motor convierte la energa calorfica en potencia til, por lo cual, el Rendimiento trmico al freno se puede relacionar entre las potencia al freno y la potencia ideal. Para un motor en buenas condiciones su valor debe estar entre 15% y 30%. Rtf = Pb x 100 Pid Ejemplo: Si se necesita calcular el rendimiento trmico al freno con los datos de los ejercicios anteriores se resuelve de la siguiente manera: Rtf =40.2/165.8 x 100 Rt = 24 % Este valor significa que el motor est en en buenas condiciones. (Rm Rendimiento mecnico (Rm). Es un ndice del funcionamiento de las piezas del motor. De otra manera, el rendimiento mecnico es la relacin entre la potencia al freno y la potencia indicada. Rm= Pb x 100 Pin Pin Ejemplo: Si se necesita calcular el rendimiento mecnico con los datos de los ejercicios anteriores se resuelve de la siguiente manera: Rm = 40.2/50.3 x 100 Rt = 80 % en buenas condiciones. Este valor significa que el motor est en

Autor: Francisco Javier Ortiz Arvalo Ingeniero Agrnomo

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Rendimiento Volumtrico (Rv): Es la relacin entre el peso real del aire inducido por el motor en la carrera de admisin (mr) y el peso terico de aire que debiera inducirse (mt), llenando el volumen de desplazamiento del pistn (VC+VCC) con aire a temperatura y presin atmosfricas. Este dato se utiliza para determinar la eficiencia con la que un motor puede operar bajo diferentes condiciones de temperatura y presin atmosfrica. El rendimiento volumtrico de un motor puede ser afectado por las condiciones atmosfricas que se tengan en el lugar donde el tractor valla a trabajar, as se tiene que: La temperatura atmosfrica: los motores diesel o gasolina pierden el 1% de su potencia por cada 5C de temperatura, a partir de los 15C. La presin atmosfrica: debido a que la presin atmosfrica disminuye a medida que se est a mayor altura sobre el nivel del mar, por la menor densidad del aire (menor cantidad de oxgeno por unidad de volumen). Por lo tanto, se ha estimado que los motores diesel y gasolina pierden el 1% de su potencia por cada l00 m de altura sobre el nivel del mar, a partir de los l00 msnm. Los motores sobrealimentados mantienen ms estable la potencia en cualquier rango de sobrealimentados, temperatura y presin atmosfrica, pudiendo el rendimiento volumtrico, tener valores menores o mayores del 100 %.

Por lo anterior, el rendimiento volumtrico se calcula a partir de la siguiente ecuacin: Rv= mr x 100 mt mt

Para determinar el rendimiento volumtrico de un motor debemos hacer las siguientes consideraciones: El peso real del aire inducido por el motor en la carrera de admisin (mr), podemos asociarlo con la potencia que realmente desarrolla un MCI bajo las condiciones de temperatura y presin atmosfricas en que se est trabajando. El peso terico de aire que debiera inducirse (mt), llenando el volumen de desplazamiento del pistn (VC+VCC) con aire a temperatura y presin atmosfricas, podemos asociarlo con la potencia calculada sin considerar las prdidas por los factores atmosfricos.

Si se tiene trabajando un tractor agrcola de 40.2 CVb en un lugar cuya temperatura ambiente es de 28C y se encuentra ubicado a una altitud de 1000 msnm, el rendimiento volumtrico deberemos proceder a calcularlo de la siguiente manera:

Se calculan las prdidas por la temperatura atmosfrica de la siguiente manera: manera:

28C 15C = 13 C, el MCI es afectado solamente por 13 C 13 C 5 C / 1 % , entonces las prdidas por temperatura ser de 2.6 %

Autor: Francisco Javier Ortiz Arvalo Ingeniero Agrnomo

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Se calculan las prdidas por la presin atmosfrica de la siguiente manera: manera:

1000 msnm 100 msnm = 900 msnm 900 msnm , entonces las prdidas por presin atmosfrica sern de 9 % 100 msnm / 1 %

Se determinan la sumatoria de las prdidas de la siguiente manera: manera:

prdidas por las condiciones atmosfricas = por temperatura + por presin prdidas = 2.6 % + 9 % prdidas = 11.6 %

Se determinan las prdidas totales de potencia : las

40.2 CVb * 2.6% = 1.05 CVb de prdidas de potencia por temperatura 40.2 CVb * 9.0 % = 3.62 CVb de prdidas de potencia por presin El total de prdidas es la sumatoria de ambas = 4.67 CVb Por lo tanto, la potencia desarrollada por el motor del ejemplo se determina as: 40.2 CVb 4.67 CVb = 35.53 CVb

Por todo lo anterior, el clculo del rendimiento volumtrico se determinar as:

Rv = 35.53 CVb * 100 40.2 CVb

Rv = 88 %

Autor: Francisco Javier Ortiz Arvalo Ingeniero Agrnomo

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LA CURVA CARACTERSTICA DE LOS MOTORES La curva caracterstica es una grfica que contiene varias curvas distintas cada una con una informacin valiossima sobre los datos tcnicos de los motores de combustin interna, representan en funcin de la velocidad de rotacin del motor los siguientes datos: El torque a la volante La potencia a la volante (al freno) El consumo especfico de combustible Tambin se pueden encontrar otras curvas como las siguientes: El consumo horario del combustible La presin media efectiva Y en otras curvas se puede encontrar curvas de torque y potencia pero para el eje TDF.

Autor: Francisco Javier Ortiz Arvalo Ingeniero Agrnomo

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TRACTORCLCULOS DE POTENCIA DEL TRACTOR-IMPLEMENTO. Cuando el productor cuenta con un determinado parque de maquinaria y desea ampliarlo adquiriendo nuevos tractores y equipos, debe procurar que los mismos armonicen con los ya existentes, adems de ajustarse a la modalidad y condiciones de trabajo del lugar. Para lograr un correcto dimensionamiento de la maquinaria agrcola, es preciso que exista una relacin armnica entre SUELO-TRACTOR-IMPLEMENTO. Cuanto ms se ajuste la potencia disponible en el tractor a la potencia requerida por el implemento, bajo determinadas condiciones de trabajo, ms eficiente ser la seleccin de la mquina a adquirir, ya sea tractor o implemento agrcola. Para mejorar la asociacin entre el tractor y los implementos agrcolas es necesario que la potencia que dispone el tractor sea compatible con la potencia que requieren los implementos, por lo que en las siguientes lneas explicaremos eso. TRACTOR, Pd POTENCIA DISPONIBLE POR EL TRACTOR, Pd: Cuando hablamos de potencia disponible en el tractor, es fundamental conocer el rendimiento de la potencia en el mismo, tomando como patrn de comparacin del rendimiento, la potencia en la toma de fuerza, TDF (para fines prcticos se entender como potencia a la toma de fuerza aunque en la realidad es una toma de potencia como se indica en ingls Power Take Off, PTO), ya que evita las variables relacionadas con el esfuerzo de traccin entre las ruedas y la superficie del terreno. Este tipo de potencia se refiere a la capacidad que un tractor tiene para poder tirar u operar implementos agrcolas, sean estos a travs de la Toma de Fuerza, Barra de Tiro, Sistema Hidrulico y/o Acoples de Energa Elctrica, siendo los dos primeros los ms relevantes y de mayor importancia para los clculos de este tipo.POTENCIA NETA DEL MOTOR0,96 a 0,98

TRANSMISIN0,87 a 0,90 0,90 a 0,92 0,85 a 0,89 0,75 a 0,81

EJE TOMA DEAutor: Francisco Javier Ortiz Arvalo Ingeniero Agrnomo

0,94 a 0,96

TRASERO0,92 a 0,93

POTENCIA

0,86 a 0,89

BARRA DE TIRO

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Rendimiento mximo de potencia mecnica de un tractor con traccin simple sobre concreto

Para esta clase de ejemplos interesar ms concretamente la relacin existente entre toma de fuerza, eje trasero y barra de tiro, como se muestra a continuacin: TOMA DE FUERZA (TDF)0.94 a 0.96 0.86 a 0.89

EJE TRASERO (ET)

0.92 a 0.93

BARRA DE TIRO (BDT)

fuerz Ptdf: rza, Potencia a la toma de fuerza, Ptdf: Es la potencia disponible por el tractor en el eje de la toma de fuerza para poder operar aperos agrcolas y realizar labores que demandan movimiento rotativo transmitido a travs de un eje cardnico. Se puede calcular de tres maneras:

1.

Ptdf= Ptdf Potencia requerida por unidad (CV/m) x Ancho de labor (m)

2. Ptdf TxN Ptdf= 716.2

Donde: T = Torque al eje toma de fuerza (Kg-m) N = Revoluciones del eje tdf a las que se produce dicho torque 716.2 = Factor de conversin usado para expresar la potencia en CV

3. La potencia a la tdf tambin se puede calcular partiendo del valor de la potencia al freno. As se tiene, que para fines prcticos, la Ptdf se considera como el 10% al 13% menos que la potencia al freno. Tomando como base el ejemplo del tractor tipo de 40.2 CVB, el clculo de potencia a la tdf es el siguiente: 13%) Ptdf = Pb (10% - 13%) Ptdf = 40.2 CVb 10 % = 40.2CVb 4.02 CVb CV Ptdf = 36.18 CVtdf 36 CVtdf

Autor: Francisco Javier Ortiz Arvalo Ingeniero Agrnomo

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Ptdf = 40.2 CVb 13 % = 40.2CVb 5.23 CVb Ptdf = 34.97 CVtdf 35 CVtdf 35 CV Por lo cual, la potencia a la toma de fuerza se puede considerar que tiene un valor de entre 35 CVtdf y 36 CVtdf.

Potencia a la barra de tiro, Pbdt: Es la potencia disponible por el tractor a la barra de tiro para poder operar aperos agrcolas y realizar labores que demandan del esfuerzo de tiro a travs del la barra de tiro. Se puede calcular de tres maneras:

1.

Ptdf = F x V 270

Donde: F = Esfuerzo de traccin a la barra de tiro (kg) V = Velocidad de avance del tractor Km/hr) 270 = Factor de conversin usado para expresar la potencia en CV

2. La potencia a la barra de tiro se puede e determinar a partir del valor la potencia al freno. As se tiene, que para fines prcticos, la Pbdt se considera como el 19% al 25% menos que la potencia al freno. Tomando como base el ejemplo del tractor tipo de 40.2 CVb, el clculo de potencia a la bdt es el siguiente:

(19 25% Pbdt = Pb (19% - 25%) 7.64 Pbdt = 40.2 CVb 19 % = 40.2CVb 7.64 CVb Pbdt = 40.2 CVb 25 % = 40.2CVb 10.05 CVb 33 CVbdt Pbdt = 32.56 CVtdf 33 CVbdt

30 CVbdt Pbdt = 30.15 CVtdf 30 CVbdt

Por lo cual, la potencia a la barra de tiro se puede considerar que tiene un valor de entre 30 CVtdf y 33 CVtdf.

3. La potencia a la barra de tiro tambin se puede e determinar a partir del valor la potencia a la toma de fuerza. As se tiene, que para fines prcticos, la Pbdt se considera como el 11% al 14% menos que la potencia a la barra de tiro. Tomando como base el promedio de los datos obtenidos del clculo anterior de la potencia a la toma de fuerza (35.5 CVtdf), el clculo de potencia a la bdt es el siguiente:

(11 14% Pbdt = Ptdf (11% - 14%)

Autor: Francisco Javier Ortiz Arvalo Ingeniero Agrnomo

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CVtdf CVtdf Pbdt = 35.5 CVtdf 11 % = 35.5 CVtdf 3.91 CVtdf CVtdf Pbdt = 35.5 CVtdf 14 % = 35.5 CVtdf 4.97 CVtdf

CVbdt 32 CVbdt Pbdt = 31.59 CVbdt 32 CVbdt Pbdt = 30.53 CVbdt 30 CVbdt CVbdt 30 CVbdt bdt

Como se puede observar, los valores de la Pbdt obtenidos a partir de la Pb y la Ptdf son bsicamente los mismos, lo que significa que el clculo comparativo es vlido.

hidrulica, Phi hi: Potencia hidrulica, Phi: Es la potencia fludica disponible en el sistema hidrulico de levante o de acople rpido del el tractor. Algunos implementos son diseados para ser accionados con potencia hidrulica, como por ejemplo: sembradoras montadas, fertilizadoras, trileres, etc. Se calcula a partir de la siguiente ecuacin: Phi = Q x P 450 Donde: Q = Caudal del aceite hidrulico que circula por el sistema ( L/min) P = Presin de operacin del sistema hidrulico (Kg/cm2) 450 = Factor de conversin usado para expresar la potencia en CV

elctrica Pe trica, Potencia elctrica, Pe: Es la potencia disponible en el toma elctrico de algunos tractores. Algunos implementos son diseados para ser accionados con potencia elctrica, como por ejemplo: sembradoras neumticas que utilizan un motor accionado por energa elctrica para accionar el eje de mando de los dosificadores, fertilizadoras, trailers, etc. Se calcula a partir de la siguiente ecuacin: Phi=A x V x 1.35916 x 10-3 Phi Donde: A =Amperaje que se genera en el sistema (amperios) V = Voltaje que se genera en el sistema (voltios) 1.35916 x 10-3 = Factor de conversin usado para expresar la potencia en CV

Pr POTENCIA REQUERIDA POR EL IMPLEMENTO, Pr:

Esta potencia se refiere a aquella que el implemento agrcola demanda para su funcionamiento bajo ciertas condiciones especficas, para poder realizar el trabajo para lo cual fue diseado, por lo que es la potencia que el implemento demanda a la barra de tiro del tractor agrcola. El clculo de esta potencia depende de algunas variables como la fuerza F que el implemento demanda a la barra de tiro del tractor, de la velocidad V con la que el tractor tira el implemento, etc. Por su parte, la fuerza F podr involucrar variables como: Ancho de trabajo del implemento (At), Profundidad de trabajo (Pt), Unidad de traccin (Ut). Por lo tanto, la potencia requerida se podr calcular mediante la siguiente ecuacin:

Pr = F x V 270 Donde: F = Esfuerzo de traccin que demanda el implemento (Kg) V = Velocidad de avance del tractor (Km/hr), y est dada en tablasAutor: Francisco Javier Ortiz Arvalo Ingeniero Agrnomo

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270 = Factor de conversin usado para expresar la potencia en CVbdt

El esfuerzo de traccin a su vez, se calcula a partir de unidades como ancho de trabajo, profundidad de trabajo, numero de cuerpos o surcos, etc. Por lo que las unidades en que se exprese la Unidad de traccin determinarn la frmula para calcular el esfuerzo de traccin F. Por su parte, la velocidad de trabajo viene dada en tablas donde se expresa un rango recomendado para cada labor. A continuacin se resolvern algunos ejercicios tipo, en donde lo que se busca es la potencia requerida por el implemento: 1. Arado de Discos: Ancho de trabajo = 1.25 m; Profundidad de trabajo = 0.30 m; suelo arcilloso, Velocidad de trabajo = 8.4 Km/hr

F = At x Pt x Ut La tabla de Requerimientos de Energa de los aperos agrcolas para este tipo de implementos nos refiere a las curvas del Coeficiente de labranza para arados en diferentes tipos de suelos, y para suelo arcilloso a una velocidad de trabajo de 8.4 Km/hr se obtiene una Ut = 0.935 Kg/cm2, por lo tanto, se procede de la siguiente manera:

F = 125 cm x 30 cm x 0.935 Kg/cm2 F = 3506.25 Kg Entonces la Potencia requerida se calcula de la siguiente manera:

Pr = 3506.25 x 8.4 270 2.

109 Pr = 109 CVbdt

pesada: Rastra de discos excntrica tipo pesada: Ancho de trabajo = 3.00 m; Profundidad de trabajo=0.20 m; Velocidad de trabajo = 7 Km/hr

De la tabla de Requerimientos de Energa, se obtiene que Ut=484 Kg/m, por lo tanto el clculo de la Pr es como sigue: F = At x Pt x Ut F = 30 dm x 2 dm x 60 Kg/dm2 F = 3600 Kg Pr = 3600 x 7 270 3. Pr = 93 CVbdt

(siembra, anexos) Sembradora a golpe (siembra, fertilizacin y anexos): Ancho de trabajo = 3.60 m (4 surcos a 90 cm entre ellos) ; Velocidad de trabajo = 5 Km/hr

De la tabla de Requerimientos de Energa, se obtiene que Ut = 159 Kg/surco, por lo tanto el clculo de la Pr es como sigue:

Autor: Francisco Javier Ortiz Arvalo Ingeniero Agrnomo

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F = Ns x Ut F = 4 surcos x 159 Kg/surco F = 636 Kg Pr = 636 x 5 270 Pr = 12 CVbdt

Autor: Francisco Javier Ortiz Arvalo Ingeniero Agrnomo

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UNIDAD DE TRACCIN PARA ARADOS DE REJAS O DISCOS EN DIFERENTES TIPOS DE SUELO0.7 Km / hr

SUELO GUMBO SUELO ARCILLOSO

1,404

CO EFICIEN TE DE LA BRAN ZA (Kg/cm 2 )

1,287(M ULTIPLICAR PO R 100, PARA VALORES EN Kg/dm 2 )

1,170 1,053 0,935 0,819 0,702 0,585 0,468 0,351 0,234 0,117 0,000 0,0

SUELO FRANCO

SUELO FRANCO ARENOSO

SUELO ARENOSO

0,117 Kg / cm2

0,7

1,4

2,1

2,8

3,5

4,2

4,9

5,6

6,3

7,0

7,7

8,4

9,1

9,8 10,5 11,2

VELOCIDAD DE TRABAJO (Km/hr)

Autor: Francisco Javier Ortiz Arvalo Ingeniero Agrnomo

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TABLA 1: UNIDAD DE TRACCIN (esfuerzo de traccin, potencia, energa, velocidad, capacidad y eficiencia de trabajo de mquinas agrcolas) REQUERIMIENTOS DE ENERGA, MQUINAS POTENCIA O ESFUEZO DE TRACCIN LABRANZA 1. Arado de rejas o discos 2. Arado cincel 3. Cultivador lister 4. Arado rastra 5. Subsolador VELOCIDAD O EFICIENCIA

CAPACIDAD DE DE TRABAJO TRABAJO EN CAMPO 70 - 90 70 - 90 70 - 90 70 - 90

Se determina a travs de las curvas de Unidad de km/h 5,6-9,7 traccin, Ut 298-1191 kg/m 181-363 kg/cuerpo 268-595 kg/m 6,4-10,5 km/h 4,8-8,9 km/h 6,4-11.3 km/h

13-20 y 18-29 kg/cm. de profundidad (el rango a usar es para suelos 90 4,8-8,0 km/h 70 - sueltos y pesados resp 6. Niveladora 7. Arado roativo 8. Rastra 8.1 De discos, simple accin 8.2 de discos, doble accin 8.3 De discos, excntrica 8.4 De discos, excntrica 8.5 De dientes elsticos 8.6 De dientes rgidos 9. Rodillo de campo 10. Azada rotativa 11. Barra escaradora 12. Cultivador de campo 13. Cultivadores de hileras 13.1 Superficial 13.2 Profundo 14. Cultivador rotativo 446-1191 kg/m. 17-33 CVtdf/m ( estos valores son para cada 7 a 10 cm de profundidad) 1,6-8,0 km/h 70 - 90 74-149 kg/m 149-417 kg/m 372-595 kg/m (tipo liviana o pulidora) 60 Kg/dm2 (tipo pesada) 112-461 kg/m 30-89 kg/m 30-223 kg/m 45-149 kg/m 89-179 kg/m 223-744,506-967 kg/m (2) 4,8-9,7 km/h 4,8-9,7 km/h 4,8-9,7 km/h 4,8-9,7 km/h 4,8-9,7 km/h 4,8-9,7 km/h 7,2-12.1 km/h 8,0-16,1 km/h 6,4-9,7 km/h 4,8-12,9 km/h 70 - 90 70 - 90 70 - 90 70 - 90 70 - 90 70 - 90 70 - 90 70 - 85 70 - 90 70 - 90

60-119 kg/m 76-151 kg/m por cm de prof.

4,0-8,0 km/h 2,4-4,8 km/h 4,8-11,3 km/h

70 - 90 70 - 90 70 - 90

APLICADORES DE FERTILIZANTES Y PRODUCTOS QUMICOS 15. Distribuidor de 4,8-8,0 km/h fertilizantes, de arrastre 16. Aplicador de 191 kg/cuchilla amonaco anhdro (cultivadora de caa) 17. Pulverizadora 60 - 75

4,8-8,0 km/h 4,8-8,0 km/h

60 - 75 50 - 80

Autor: Francisco Javier Ortiz Arvalo Ingeniero Agrnomo

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TABLA 1: UNIDAD DE TRACCIN (esfuerzo de traccin, potencia, energa, velocidad, capacidad y eficiencia de trabajo de mquinas agrcolas) REQUERIMIENTOS DE ENERGA, MQUINAS POTENCIA O ESFUEZO DE TRACCIN SIEMBRA 18, Maiz, soya, algodn 45-82 Kg/surco (siembra nicamente) 19, Maiz, soya, algodn 113-204 Kg/surco (siembra y anexos) 20, Sembradora de grano fino COSECHA (3) 21. Segadora 22. Segadora acondicionadora de barra 23. Segadora acondicionara de impacto 24. Segadora acondcionadora 45-149 Kg/m 3,3 CV Bde T/m 1,7 CV Tde P/m 3,3 - 5 CVbdt/m 6,7-8,3 CVtdf/m 4,8 - 9,7 Km/hr 4,0 - 9,7 Km/hr 50 -85 65 -85 4,8 - 9,7 Km/hr 50 -85 VELOCIDAD O EFICIENCIA

CAPACIDAD DE DE TRABAJO TRABAJO EN CAMPO

8,0-11.3 km/hr 6,4-9,7 km/hr

75 - 85 60 - 85

10,1-17,2 CVtdf/m

6,4-8,7 km/hr

60 - 85

6,7 - 8,3 CVbdt/m 6,7 - 8,3 CVtdf/m

4,8-9,7 km/hr 8,0-11,3 km/hr 6,4-8,0 km/hr 3,0-10,0 ton/hr 3,0-5,0 ton/hr 24,0-33,0 ton/hr 9,0-15,0 ton/hr

55 - 85 75 - 85 70 - 85 60 - 85 60 - 85

hileradora autotomotriz 6,7 CVtdf/m 25. Acondicionadora -------26. Rastrillo 27. Enfardadora 1,52-2,53 CV-hr/ton (cilndricos o primticos) 15,2-20,3 CV-hr/ton 28. Cubos de heno -------29. Emparvadora 30. Cargadro de fardos -------31. Cosechadora de forraje verde de cuchillas rotativas. Picado gruso (4) 32. Cosechadora de forraje verde de cilindros con cuchillas. Picado fino 32.1 Forraje verde

1,2-2,53 CV-hr/ton

5,0-10,0 ton/hr La capacidad de trabajo es generalmente una funcin directa de la potencia disponible en la tdf desde una fuente de Potencia. La vellocidad usual es de 2,4-6,4 km/hr

50 - 75

--------

1,01-2,53 CV-hr/ton 32.2 Pasto para heno 32.3 Pasto seco o paja 32.4 Maz para ensilaje 1,52-5,07 CV-hr/ton 2,03-5,07 CV-hr/ton 1,01-2,53 CV-hr/ton

50 -75

Autor: Francisco Javier Ortiz Arvalo Ingeniero Agrnomo

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TABLA 1: UNIDAD DE TRACCIN (esfuerzo de traccin, potencia, velocidad, capacidad y eficiencia de trabajo de mquinas agrcolas) REQUERIMIENTOS DE MQUINAS ENERGA, POTENCIA O ESFUEZO DE TRACCIN 33. Hileradora de grano 5,0-6,7 CV/m de corte fino 34. Cosechadora 34.1 grano fino 0,4 CV/m de ancho del cilindro 34.2 Maz 35. Espigadora de maz ______ 35.1 1 Hilera, de arrastre 35.2 2 hileras, de arrastre 35.3 2 hileras, montada 36. Cosechadora de algodn 36.1 1 hilera, montada 36.2 2 hileras, automotriz 37. Arrancadora de algodn, 2 hileras 38. Descabezadora de remolacha 39. Cosechadora de remolacha 40. Segadora rotativa, cuchilla horizontal 40.1 Cultivos en masa 40.2 Cultivos en escarda 41. Ensiladora, llenadora de silo 8,11-10,14 CV 12,17 - 20,28 CV 12,17-18,25 CV VELOCIDAD O CAPACIDAD DE TRABAJO 8,0-11,3 km/hr

energa,

EFICIENCIA DE TRABAJO EN CAMPO 75 - 85

3,2-6,4 km/hr 3,2-6,4 km/hr

65 - 80 65 - 80

3,2-6,4 km/hr 3,2-6,4 km/hr 3,2-6,4 km/hr

60 - 80 60 - 80 60 - 80

______ ______ ______ 6,08 - 8,11 CV/ surco 30,42 - 45,62 CV/surco

0,24-0,32 ha/hr 0,36-0,49 ha/hr 0,40-0,81 ha/hr 3,2-4,8 km/h 4,8-8,0 km/h

60 - 75 60 - 75 60 - 75 60 - 80 60 - 80

10,0-26,6 CV/m de corte 20,9-59,9 CV/m de corte

4,8-12,9 km/h 4,8-9,7 km/h

75 - 85 75 - 85

FACTOR DE VIDA TIL: Este es un factor que debe considerarse en todo clculo de potencia disponible por el tractor y potencia requerida por el implemento, con el propsito de prolongar la vida til al tractor agrcola que se deber usar para cada labor especfica. Se estima en 25% del valor de la potencia a usar, el que deber agregarse o disminuirse a la potencia para lograr mantener la congruencia entre el tractor y el implemento sin el detrimento o subutilizacin de estos. A manera de regla general, cuando se demande la potencia disponible por el tractor habr que disminuir el 25% a la potencia requerida por el implemento, cuando se demande la potencia requerida por el implemento habr que aumentar el 25% a la potencia disponible por el tractor.

Autor: Francisco Javier Ortiz Arvalo Ingeniero Agrnomo

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AGRCOLA, Re: RENDIMIENTO EFECTIVO DE CAMPO DE UN APERO AGRCOLA, Re: Este tipo de rendimiento se refiere a la cantidad de trabajo que un tractor y un implemento agrcola son capaces de realizar en el campo en una determinada labor. Es importante para determinar los tiempos que se requieren para realizar cada operacin mecanizada de la preparacin de suelos, siembra y manejo de cultivos en un rea de suelo especfica. Se puede calcular grficamente por medio de la utilizacin de un Nomograma, el cual no es ms que la representacin grfica de una ecuacin. El Nomograma que se menciona, utiliza las mismas variables de la ecuacin en las mismas unidades de medida, y a travs de una lnea de viraje se logra obtener el valor del rendimiento de campo en Ha/hr. por otra parte, el rendimiento efectivo de campo se puede calcular analticamente, mediante la ecuacin representada en el Nomograma, la cual es la siguiente:

Re = At x Vt x Ef 10 Donde: At = Ancho de trabajo, m Vt = velocidad de trabajo, Km/hr Ef = Eficiencia de trabajo en campo, % (de la tabla 1) 10 = factor de conversin usado para expresar el rendimiento de campo en Ha/hr A manera de ejemplo, calculemos el rendimiento efectivo de campo de las dos formas que se detallan a continuacin, es decir grficamente y analticamente, r3esolviendo de la siguiente manera: El clculo analtico para el arado de discos del ejercicio 1 de la potencia requerida es el que se detalla a continuacin: el ancho de trabajo es de 1.25 m, se trabaja a una velocidad de 8.4 Km/hr y segn la tabla # 1 la eficiencia promedio es del 80% (0.8 en decimales), por lo que se procede de la siguiente manera: Re = At x Vt x Ef 10 Re = 1.25 x 8.4 x 0.8 10 Re = 0.84 Ha/Hr

Para calcular el rendimiento de campo con el mtodo grfico se procede segn los siguientes pasos en el Nomograma: 1. Se localiza el valor de la velocidad de trabajo en la escala vertical de la izquierda, y se une (usando lpiz y regla) con el valor de la eficiencia en la escala vertical de la derecha, este paso provocar que la lnea de viraje sea interceptada en un punto. 2. Se localiza el valor del ancho de trabajo en la escala superior y se une con el punto interceptado en la lnea de viraje, hasta cortar la escala inferior correspondiente al rendimiento efectivo de campo. 3. Se toma la lectura, considerando el valor de la escala, el cual ser el valor del rendimiento de efectivo de campo, expresado en Ha/hr.

Autor: Francisco Javier Ortiz Arvalo Ingeniero Agrnomo