EVALUACIÓN ENERGÉTICA DE LOS TRACTORES LOS … · que disponen de cajas de cam- ... bruscamente,...

LUIS MÁRQUEZ

El tractor es una unidadenergéticamente in-completa, ya que sucomportamiento depen-

de del tipo de trabajo que realizay del apero o de la máquina queen cada momento acciona. Estasituación se puso de manifiestoen las pruebas públicas realiza-das en Mollerussa, en marzo de2006 (ver agrotécnica de mayode 2006), en las que, el mismotractor, al cambiar un apero de2.60 m, por otro de 4.50 m conidénticas características, conse-guía una reducción el 23% en elconsumo de gasóleo por ha, di-ferencia muy superior a la que sepueden encontrar, de manera

muestran las estadísticas deventas, no ha sido interesantepara los compradores; tampocopara los fabricantes que, en losúltimos años, han tenido quecambiar los motores de los trac-tores presentes en el mercadopara adaptarse a la normativa deemisiones contaminantes de losgases de escape.

En consecuencia, se puedehacer un análisis sobre la influen-cia que los diferentes compo-nentes del tractor tiene en sueficiencia energética, dirigida noa clasificar con una simple letra(A, B, C…) cada modelo de trac-tor con sus múltiples variantes,sino para orientar al compradoren la elección del modelo quemás le conviene, de acuerdo con

global, entre modelos de tracto-res de la misma categoría de po-tencia.

Tampoco se puede decir quetodos los tractores ofrezcan lamisma eficiencia energética, yaque en ella intervienen motores,transmisiones, enganches, neu-máticos, lastres, electrónica,etc., aunque la influencia que tie-nen sobre el consumo las dife-rentes opciones siempre estáncondicionadas por el medio agrí-cola, de manera que lo que pue-de ser conveniente para una de-terminada situación, sería negati-vo en otras.

Ya ha pasado algún tiempodesde que la administración pú-blica intentara una clasificaciónenergética, que por lo que de-

38Agosto 2007 agrotécnica

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EVALUACIÓN ENERGÉTICA DE LOS TRACTORES

LOS MOTORES Y LAS TRANSMISIONES (PARTE 1)

El Prof. Márquez dedicarálos dos próximos artículos

técnicos a la valoraciónenergética de los

diferentes elementos delos tractores. Esta primera

parte se centra en losmotores y las

transmisiones, dejandopara el próximo mes elsistema hidráulico, los

neumáticos y otroselementos auxiliares.

-Sobre papel (Clasif ener) 23/10/07 13:34 Página 34

cuencia de que la inyección seajusta para adaptarse a las condi-ciones ambientales del momen-to y a las de carga del motor, es-pecialmente cuando se utiliza elcommon rail. En algunos moto-res la ‘memoria’ dispone de 300referencias para gestionar el mo-tor en diferentes puntos de fun-cionamiento, referencias que sepueden cambiar desde fuera conun ordenador externo conectadoal motor. (O con una unidad elec-trónica externa, como hacen al-gunos usuarios. Ver: agrotécnicade diciembre 2006 – El chiptu-ning de los tractores).

Consumo de combustible a bajorégimen y nivel de carga

Para subsanar estos inconve-niente, en la última revisión delcódigo OCDE se ha introducidola posibilidad de un ensayo (vo-luntario) que sirva para definir elcomportamiento del motor enrelación con el consumo especí-fico de combustible a partir de lamedida de las prestaciones en 6

sobre los consumos específicosen cada punto de funcionamien-to del motor, aunque por los en-sayos que se necesitan para suobtención se aprecian inconve-nientes:• Se realizaban sobre el motor

separado del tractor, para elimi-nar la influencia de la transmi-sión entre el motor y la tomade fuerza, y para poder mante-ner las condiciones ambienta-les estándar.

• Los tiempos de ensayo nece-sarios para obtenerlas son lar-gos, lo que indica que se tratade ensayos costosos. Así,siempre se han incluido en losboletines OCDE de manera op-cional y el porcentaje de boleti-nes con esta información ha si-do siempre muy reducido.

Con la entrada de la electró-nica en los motores, la informa-ción sobre las curvas de isocon-sumo ‘ha desaparecido’ de la do-cumentación técnica que ofrecenlos fabricantes, incluso para utili-zación restringida, como conse-

sus necesidades, siempre utili-zando la información que se en-cuentra disponible, porque pro-viene de ensayos que se realizanpata la homologación de tipo CEobligatoria.

Los motoresLas curvas de ‘isoconsumo’

Hace algunos años era posi-ble conseguir las que se definencomo curvas de ‘isoconsumo’de los motores, que relaciona-ban sus prestaciones (par motor,régimen de funcionamiento ypotencia desarrollada) con elconsumo de combustible expre-sado en g/CVh (ó g/kWh).

Cuando se comparaban lascurvas correspondientes a dife-rentes modelos de motor, se po-día observar, como es lógico,una cierta similitud, ya que losprincipios de funcionamiento delos motores son idénticos.

Las curvas de ‘isoconsumo’de un motor ofrecen información

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FIGURA 1.- CURVAS DE ISOCONSUMO DE DIFERENTES MOTORES


puntos representativos. Este en-sayo se realiza midiendo sobre latoma de fuerza principal.• A partir de los 6 puntos es po-

sible dibujar de manera aproxi-mada las curvas de isoconsu-mo.

• El ensayo está influenciado porel tipo de relación entre el mo-tor y la toma de fuerza, por loque los tractores con la trans-misión más simple y sin siste-ma de lubricación forzada sa-len favorecidos, salvo que latransmisión entre motor y tdfno comparta elementos con elcambio de marchas.

• Las transmisiones más com-plejas, que permiten cambiosen carga, dan generalmentemás pérdidas, que en el trabajode campo se compensan so-bradamente.

• Los tractores ensayados en la-boratorios a mayor altura sobreel nivel del mar estarían penali-zados, ya que en los ensayosOCDE no se corrigen las presta-ciones medidas en función delas condiciones atmosféricas.

CVT/IVT, necesitarían una ponde-ración diferente que los tractoresque disponen de cajas de cam-bio más simples.

Una solución de compromisoAnte estas dificultades, la

única alternativa que aparece co-mo viable es la de utilizar las re-ferencias de los consumos a po-tencia máxima de los motores,según la Directiva 97/68/CE quese utiliza en la homologación detipo.

Utilizando la información co-rrespondientes a motores actua-les, que si instalan en diferentesmodelos y marcas de tractores,se ha obtenido el gráfico que sepresenta en la Figura 3; en estegráfico se observa que el consu-mo específico se reduce a medi-da que aumenta la potencia delos motores, con lo que no pare-ce lógico comparar los consu-mos específicos de motores depotencias muy diferentes.

Entre las múltiples solucio-nes posibles, se pueden estable-cer cuatro niveles de potencia yfijar dos o tres categorías de‘consumo motor’ en cada nivel,como aparece en la Figura 4. Co-mo referencias para la separa-ción de categorías en los diferen-tes rangos se pueden utilizar loscalores de consumo específicode 249, 231, 215 y 208 g/kWh,

En resumen:• Un ensayo relativamente caro,

ya que exige tiempos de ensa-yo y de rodaje.

• Sólo suministra una informa-ción relativa al motor, medidaen la toma de fuerza, por loque suele penalizar a las cajasde cambio de los tractores deelevadas prestaciones.

• La ponderación del consumomedio dependerá de la formade utilización del tractor y deltipo de transmisión.

A este respecto, las nuevastransmisiones semiautomáticaso automáticas, que gestionan elmotor a la vez que cambian derelación de transmisión, o las

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0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.O 1.1 1.2

1.6

1.4

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

POTENCIA

100%

80%

60%

40%

1

2

3

4

5

6

PAR

MO

TOR

RE

FER

IDO

AL

NO

MIN

AL

RÉGIMEN DE FUNCIONAMIENTO REFERIDO AL NOMINAL

FIGURA 2.- DETERMINACIÓN DEL CONSUMO DE COMBUSTIBLECON CARGAS PARCIALES (OCDE)

FIGURA 3.- POTENCIAS MÁXIMAS Y CONSUMOS ESPECÍFICOSDE DIFERENTES MOTORES (DIRECTIVA 97/68/CE)


seño de la caja modifican el ren-dimiento de la transmisión. Parasu evaluación se necesitan ensa-yos en los ejes de las ruedas,que son muy poco frecuentes enlos laboratorios de ensayo oficia-les; los ensayos de tracción enpista no son equivalentes, por lagran influencia que tienen losneumáticos en las prestacionesdel tractor.

En suelos en los que las con-diciones de resistencia varíanbruscamente, o hay cambios dependiente del terreno, convieneque el escalonamiento del cambiovaya unido al paso en carga entrebloques de relaciones (2, 3, 4, 5 ó6). En algunos casos se ofrececambios en carga para todas lasrelaciones (full powershift). Estopermite reducir considerablemen-te el consumo respecto a unatransmisión convencional, aunqueésta tenga algunas relaciones delcambio sincronizadas; la sincroni-zación solo es útil en operacionesde transporte, ya que al igual quesucede con los automóviles, lainercia del vehículo lo mantieneen movimiento mientras se cam-bia de relación de transmisión; si-multáneamente, al utilizar unamarcha más corta, hay que incre-mentar el régimen del motor paramantener constante la velocidadde avance.

Con el cambio en carga, sepuede pasar de una a otra rela-

que demanda baja potencia, elconsumo por hectárea trabajadaserá mayor que si se hubiera ad-quirido un tractor con menos po-tencia, aunque dispusiera de unmotor más eficiente.

Las transmisiones

Con el tractor trabajando encampo, el grado de escalona-miento del cambio condiciona laposibilidad de trabajar con el mo-tor a un nivel de carga y un régi-men de giro de mínimo consu-mo. El número de embragues yruedas dentadas que intervieneen la transmisión, el tipo de en-granajes y otros aspectos de di-

que son los valores medios cal-culados en los intervalos de po-tencia considerados.

Así, con 220 g/kWh de con-sumo a potencia máxima se con-sideraría de alta eficiencia si setrata de un motor de menos de70 CV de potencia máxima; si elmotor proporciona una potenciaentre 70 y 120 CV tendría, con elmismo consumo específico, efi-ciencia media; para más de 120CV, con este consumo específi-co, sería de eficiencia baja.

Pero, atención, también sedebe de tener en cuenta que sise compra un tractor de elevadapotencia con bajo consumo es-pecífico, para hacerlo trabajarsistemáticamente con aperos


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249

231

215

208

<70 CV 70-120 CV 120-160 CV >160 CV

A1B1

D1

A2

A3

B2

B3C2

C3 D2

C1

FIGURA 4.- CATEGORÍAS DE ‘CONSUMO MOTOR’ (g/kWh) PARADIFERENTES RANGOS DE POTENCIA

Potencia máxima del motor (Directiva 97/68/CE)

Cons

umo

espe

cífic

o (g

/kW

h)


ción sin dejar de transmitir po-tencia (par motor); también esnecesario acelerar el motor alutilizar una relación del cambiomás corta para que la velocidadde avance se mantenga. Al utili-zar una marcha más larga, por elcontrario, se necesita reducir elrégimen del motor.

En la Figura 5 se representael caso de un tractor arrastrandoun arado, lo que puede hacerseutilizando la relación 4 HI y 4 LO,con el régimen del motor, res-pectivamente, de 2.000 y de2.500 rev/min, lo que permite re-ducir el consumo de combusti-ble (reducción del 9% en el

tajas de los cambios en cargafrente a las variaciones de cargaque impone el trabajo agrícola(los ensayos de tracción en pistase realizan con cargas estabiliza-das).

Si las variaciones de la cargaen condiciones normales de tra-bajo superan lo que podría ofre-cer el motor con una buena re-serva de par, se necesita cam-biar de marcha sin detenerse(cambio en carga). Esto lo puedehacer un conductor bien prepara-do, pero requiere atención a laconducción, algo que no se ne-cesita si se dispone de un cam-bio automático o semiautomáti-co.

En el caso de las transmisio-nes automáticas, o con cambiossin escalones, este proceso deajuste se realiza de manera auto-mática, dependiendo de la estra-tegia de gestión seleccionada,de manera que si las condicio-nes son favorables, el motorpuede funcionar permanente-mente en las zonas de mínimoconsumo específico.

En la Figura 6a se presentael caso de uno de los primerossistemas de información dirigidoorientar al conductor para mini-mizar el consumo de combusti-ble (Steyr-Infomat). En el tableroaparece un panel en el que se re-comienda utilizar una relacióndel cambio más corta o más lar-ga de la que está engranda, a lavez que la conveniencia de ace-

ejemplo). En consecuencia, conuna caja de cambios bien escalo-nada siempre se podrá utilizar larelación que mejor conviene parareducir el consumo. Si, además,es posible cambiar de una mar-cha a otra manteniendo la trans-misión de potencia (cambio encarga), la transmisión sería ener-géticamente mejor. Sin embar-go, en un suelo homogéneo yllano esta ventaja no sería signifi-cativa, ya que una transmisiónmás sencilla daría semejantes ni-veles de consumo.

No hay un procedimientonormalizado que permita realizarensayos para comparar las ven-


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FIGURA 5.- EFECTO SOBRE EL CONSUMO DE COMBUSTIBLE DE UN CAMBIO EN CARGACONVENIENTEMENTE ESCALONADO

FIGURA 6B.- INFORMACIÓN PARA SELECCIONAR LA RELACIÓNDEL CAMBIO MÁS APROPIADA (STEYR)


escalones, en los que se lograuna automatización completa delconjunto motor transmisión parareducir el consumo, a la vez quese incrementa la productividad,utilizando diferentes estrategiasde gestión. En la Figura 8 se pre-senta la que se utiliza en los mo-delos Deutz Agrotron de tipoTTV. Con bajo nivel de carga larelación de transmisión se man-tiene fija, y es la inyección al mo-tor la que actúa para aumentar elpar motor cuando el trabajo lodemanda, manteniendo el régi-men de funcionamiento en unazona en la que el consumo espe-cífico es bajo. Si el nivel de cargasupera un determinado valor, elmotor se acelera por si solo, a lavez que en la transmisión se pro-

mo) la utilizó Renault con su‘ecocontrol’, basado en dosagujas que se cruzaban, demanera que si se mantieneen la zonda verde (Figura 7)se optimiza el consumo decombustible.

Estos sistemas han da-do paso a los cambios auto-máticos actuales, en algu-

nas o en todas las relaciones delcambio, de manera que el con-ductor no tiene que intervenir, yaque automáticamente se selec-ciona la relación del cambio másapropiada, junto con el régimendel motor aconsejable.

Junto a esta posibilidad deautomatizar el cambio de esca-lón, cada vez se ofrecen conmás frecuencia los cambios sin

lerar o reducir el régimen delmotor. Cuando las condicionesson las óptimas, aparece resalta-da una luz central de color verde.

Simultáneamente ofrece in-formación sobre la relación decambio que está engranada, asícomo del consumo en L/ha y dela capacidad de trabajo en ha/h.Previamente el conductor debede introducir la información so-bre la anchura del apero que seutiliza. También puede elegir en-tre llevar el tractor para conse-guir el mínimo consumo por ha,o bien alcanzar la mayor capaci-dad de trabajo (lo que elevaría elconsumo) con la tecla ‘econ’.

Las referencias en las que seapoya esta información partende relacionar las curvas de iso-consumo del motor (obtenidaspor el propio fabricante) con lacapacidad de trabajo en ha/h (Fi-gura 6b).

Una alternativa más sencilla,basada en relacionar la eficienciadel conjunto motor transmisióncon el régimen del motor y latemperatura de los gases de es-cape (equivalente al nivel de car-ga y relacionada con el consu-


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1. Relación de transmisiónutilizada

2. Indicador3. Selector - ha/h4. Consumo en L/ha5. Anchura apero6. Ajuste anchura7. Indicador de régimen y

relación que conviene utilizar8. Selector óptimo consumo o

mayor capacidad de trabajo9. Activación-desactivación

FIGURA 6A.- MONITOR STEYR-INFOMAT

FIGURA 7.- ‘ECOCONTROL’ DERENAULT

Respuesta del conjunto motor-cambio CVT(ECO 670 - 1400 rev/min)

0

20

40

60

80

100

120

1 000 1 250 1 500 1 750 2 000 2 250 2 500

Régimen del motor (rev/min)

Vt (km/h)M (daNm)Relación itFreno (daNm)

Velocidad teórica (km/h)

Par motor (da Nm)

Relación de transmisión

B

A

A

FIGURA 8.- AJUSTE EN FUNCIÓN DE LA CARGA EN UN CAMBIO CVT(DEUTZ-AGROTRON CON ESTRATEGIA ECO 670)


duce una modificación en el régi-men de giro de salida (cambian-do la relación de transmisión) pa-ra compensar el aumento de ré-gimen del motor, de manera quese mantenga la velocidad deavance del tractor hasta que lapotencia del motor lo permita.

Desde el punto de vista delusuario que desea reducir el con-sumo de combustible en lasoperaciones, y puede elegir en-tre un tractor con una caja decambios bien escalonada, concambio en carga, y una transmi-sión tipo CVT/IVT, la compara-ción hay que hacerla en funcióndel tipo de trabajo que realiza.Así, tomando como referenciauna de la más reciente serie detractores presentada por JohnDeere (JD 8030), este fabrican-te, a partir de la información ob-tenida en los ensayos que ha re-alizado antes de poner el modelo

rado, utilizando el cambio en car-ga, consigue el máximo aprove-chamiento del combustible si es-tá dispuesto a mantener conti-nuamente la atención en laconducción, como si estuvieraparticipando en una competi-ción: ¿es esto posible?

Unas referencias prácticaspara realizar la clasificación ener-gética de las transmisiones, des-de la perspectiva de un usuariode tipo medio, que necesita untractor polivalente, pueden serlas siguientes:

El tipo de valoración se basaen la facilidad que ofrece latransmisión para adatarse al tra-bajo buscando el punto de fun-cionamiento del motor con másbajo consumo específico.

En relación con el tipo detransmisión, convine hacer uncometario adicional. En muchosmodelos de tractores en el mer-cado es posible elegir entre va-rios tipos de transmisiones (dife-rentes versiones del modeloconsiderado), por lo que el com-prador puede personalizar sutractor conforma a sus necesida-des, con eficiencia energética di-ferente en función de la transmi-sión elegida.

Después de esta valoración,unida a la que anteriormente sehizo para los motores, que en suconjunto caracterizan aspectos‘internos’ de los tractores, toda-vía quedan otras, como las relati-vas al sistema hidráulico, a de-terminados elementos auxilia-res, como suspensiones otomas de fuerza, sistemas degestión electrónica, y sobre todoneumáticos, que pueden tenersobre el consumo de combusti-ble una influencia superior a lade los motores y las transmisio-nes. Todas ellas serán analizadasen una próxima ocasión.■

de tractor en el mercado, ofrecelos resultados de la Tabla 1.

Lo que pone de manifiestoque la evaluación energética de

una transmisión depende de lascondiciones de operación y el ti-po de trabajo que se encomien-da al tractor, con independenciaque pueda ser más o menos có-modo de conducir, o se adaptemejor al nivel de cualificación delusuario.

El caso límite sería el de untractor con una transmisión sim-ple, con sólo las relaciones delcambio apropiadas para el tipode trabajo que necesita el usua-rio. Así, un conductor bien prepa-


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Nivel de carga Mejora en los 8030 APS(tipo de aplicación) frente a los 8030 IVT

15-35% (Trabajo ligero-transporte) 5-10%65-75% (Trabajo pesado) 3-5%

80-90% (Muy pesado-subsolado) 0-3%

NOTA: Los tractores Powershift utilizados dispone de sistema APS; los del tipo IVTse utilizan en modos ‘automáticos’.

TABLA 1.- DIFERENCIAS EN EL CONSUMO DE COMBUSTIBLESEGÚN EL TIPO DE TRANSMISIÓN

Transmisión PuntuaciónCambio sin escalones CVT/IVT, o ‘full powershift’ automático 3

Cambio en carga con 3 o más relaciones semiautomático 2Cambio sincronizado con 2 relaciones en carga 1


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