Gestión conjunta motor-transmisión en tractores con cambio escalonado (II)

Dentro del II Curso de Uso Eficiente del Tractor se realizó un ensayo en pista de hormigón con el tractor Claas Arion 440, aplicando en modo manual la estrategia CARABA (analizada en el número 164 de Interempresas Agricultura), que busca la eficiencia de la máquina a través de la aplicación de la gestión conjunta del motor y la transmisión.

En el número 164 (febrero de 2019) de esta revista se analizó la forma de buscar la eficiencia del tractor a través de la aplicación de la gestión conjunta del motor y la transmisión, con la estrategia denominada CARABA (Cambio Arriba, Régimen ABAjo; en inglés SUTB, Shift, up; throttle, back)). En el mes de marzo se celebró en Madrid el II Curso de Uso Eficiente del Tractor, organizado por el Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación, en colaboración con la Universidad Politécnica de Madrid y la Estación de Mecánica Agrícola (EMA), del Ministerio de Agricultura y la inestimable colaboración de empresas del sector, en concreto Trelleborg, John Deere, Kubota y Claas.

En el programa se incluían ensayos para presentar la forma de aprovechar los recursos de los tractores actuales para lograr un uso lo más eficiente posible. Se realizó un ensayo del motor del tractor Kubota M7172 KVT en el freno dinamométrico de la EMA, un ensayo en campo del tractor John Deere 6215R utilizando los sistemas automáticos de gestión, y un ensayo en la pista de hormigón de la EMA con el tractor Claas Arion 440, aplicando la estrategia CARABA en modo manual.

Plantear un ensayo con tractores tiene su aquél (léase dificultad). La versatilidad del tractor, la finalidad del ensayo, los medios, el presupuesto… son conceptos que hay que tener muy claros.

La primera gran diferencia es si el ensayo es oficial o no. En el primer caso, se sigue el protocolo del código de ensayo correspondiente. Lo realizan los técnicos de la Estación de Ensayos y la Empresa colabora, mira y recibe los resultados, pero las condiciones del ensayo están definidas.

En los ensayos que no siguen un código oficial, también hay diferencias. Algunas veces son ensayos realizados por la empresa, en colaboración con técnicos independientes que actúan de testigos. Las condiciones las establece la empresa, que quiere poner en evidencia alguna nueva tecnología y son ensayos de corta duración, en campo y con presupuesto reducido. Generalmente, el informe del ensayo se presenta en los medios de comunicación, elaborado por los técnicos independientes. En otras ocasiones, son los técnicos independientes los que establecen las condiciones. Por supuesto, el proceso requiere la colaboración con la empresa, que es la que conoce bien el producto, pero, después del estudio del tractor y de varias reuniones con la empresa, se elabora un protocolo de ensayo. No es el código oficial de la OCDE, pero es un protocolo que luego hay que seguir rigurosamente.

En el ensayo del Claas Arion 440 se pretendía aplicar la estrategia CARABA de la manera más clara posible, por lo que se decidió hacer el ensayo en pista artificial, única manera de eliminar la variabilidad del suelo y tener las condiciones controladas, gracias al carro dinamométrico que va a sustituir al apero. Por tanto, en este caso la preparación supone un acuerdo 'a tres bandas', ya que también entran los técnicos de la EMA, que son los amos de la pista y el carro.

Una vez realizado el estudio oportuno, se plantea realizar el ensayo de acuerdo con el resumen que aparece en la figura 1.

La figura 1 muestra el planteamiento, sí, pero hay que concretar las variables consideradas. Se va a ensayar en dos velocidades, V1 y V2 buscando, en cada una de ellas, tres condiciones motor-transmisión que permitan desarrollar la misma fuerza de tiro, a esa velocidad, con diferentes valores de la marcha y el régimen del motor.

Una de las condiciones será con el acelerador a tope (FT, full throttle) y las otras dos, en dos valores del régimen que permitan conseguir la misma velocidad en marchas superiores a la correspondiente al acelerador a tope (CARABA1 si es la siguiente y CARABA2 si son dos marchas más). Hay, pues, que definir las velocidades, el valor de la fuerza de tracción que se va a aplicar en cada ensayo y las condiciones motor-transmisión de la estrategia CARABA. Para ello, hay que estudiar el tractor a ensayar, su motor, la transmisión y si hay algún ensayo oficial que permita disponer de valores orientativos de la fuerza de tracción desarrollada. En las figuras 2 y 3 se presentan las características del tractor Claas Arion 440 y de su motor.

El estudio de la transmisión es imprescindible para seleccionar las condiciones de la estrategia CARABA. En la figura 4 se presenta la transmisión y sus elementos. Comprende varios elementos puestos en serie: Caja Powershift de 4 marchas 1,2,3 y 4; Caja de 4 gamas sincronizadas A, B, C y D; Inversor y Reductor suplementario para marchas superlentas (Creeper), elemento opcional que la unidad ensayada no tenía.

Figura 4.- Transmisión del tractor Claas Arion 440. Arriba, esquema de la transmisión. Abajo, elementos del módulo Quadrishift: 1.- Súper-reductor, opcional. El tractor ensayado no lo equipaba; 2.- Caja de gamas (A, B, C, D); 3.- Inversor Revershift; y 4.- Caja Power-Shift Quadrishift con cuatro marchas bajo carga (1,2,3,4).

En la figura 5 aparecen las marchas que se pueden conseguir a régimen nominal y el diagrama completo motor-transmisión correspondiente a todas las marchas adelante en el tractor no equipado con super-reductor. Por su parte, en la figura 6 se ajusta el diagrama a las marchas que permiten conseguir velocidades posibles en un ensayo en pista artificiar. Arrastrar el carro en la pista de la EMA no permite considerar velocidades superiores a 10 km/h.

Figura 5.- Velocidades de avance a régimen nominal en el tractor Claas Arion 440 equipado con neumáticos de radio índice 0,825 m.

El diagrama 6 permite seleccionar las velocidades del ensayo. Se comprueba que, con el acelerador a tope, se puede conseguir una velocidad de 7,57 km/h en la marcha 7 (B3) y esa misma velocidad se puede conseguir en la marcha 8 (B4) a 1790 r/min. Esa combinación sería, por tanto, CARABA1. De igual manera, CARABA2 corresponde a la marcha 9 (C11), con el motor a 1625 r/min. De igual forma se seleccionan los valores del ensayo para la otra velocidad, de 9,31 km/h.

Como se puede observar, se están buscando puntos con igual potencia desarrollada para los 6 ensayos y la misma velocidad en cada uno de los dos grupos de ensayos correspondientes a cada velocidad. Los resultados determinarán si se consigue el ensayo planteado.

Hay que advertir que, evidentemente, ningún técnico medianamente en su sano juicio, ni la Estación de Ensayos ni mucho menos la empresa, se plantea hacer un ensayo ante espectadores que proceden de otras empresas, instituciones de enseñanza, gestores de empresas de servicios o explotaciones agrícolas y alumnos universitarios, sin haber hecho ensayos previos. Cuando se va a hacer ensayos ante el público que sea, los responsables deben saber perfectamente lo que va a salir, porque lo han hecho antes. En campo a veces eso es una quimera, porque el suelo es muy variable y si se lleva apero, más, así que no queda otra que confiar (y rezar), pero la ventaja del ensayo en pista es que es REPRODUCIBLE. Por ello, un mes antes del curso, ya se estaban haciendo ensayos, de manera que se tuviera seguridad de lo que se iba a obtener. Además, es posible cambiar las condiciones, en el caso de que los resultados no se correspondan con lo que se quiere mostrar. Recordemos, una vez más, que son ensayos preparados para un fin particular, no los oficiales. Lo que sí comparten con los oficiales es que los asistentes al ensayo son espectadores del mismo, porque el tractor sigue un protocolo y no se trata de una demostración ni hay posibilidad de introducir cambios que se le ocurran a alguno de los espectadores.

En la figura 9 aparecen los resultados obtenidos en los ensayos. En la parte superior se resumen las condiciones del tractor en el ensayo (peso, neumáticos y presión de inflado, altura de la barra de tiro), además de algunos parámetros que se han utilizado en los cálculos, como el coeficiente de resistencia a la rodadura, el rendimiento en la transmisión motor-ruedas motrices y la densidad del combustible. En la parte inferior se encuentran las fórmulas utilizadas en los cálculos.

En la tabla de resultados de la figura 9, el bloque de la izquierda informa de la referencia de cada ensayo. Las columnas de amarillo muestran las condiciones planteadas para cada ensayo: Marcha, régimen, velocidad y fuerza de tracción. Las columnas de azul contienen los valores entregados por el carro y las columnas de la derecha, en blanco, los valores calculados a partir de los valores medidos.

El carro proporciona la velocidad real, medida por la quinta rueda. También mide la velocidad teórica con los sensores de las ruedas, de manera que calcula el deslizamiento. Se comprueba que el ensayo se ha realizado consiguiendo de manera precisa las condiciones planteadas, sobre todo en el régimen y la fuerza de tracción. La velocidad teórica, lógicamente, depende del deslizamiento, pero se mantiene en valores muy próximos a los buscados. La potencia del motor es, en todos los ensayos, muy similar.

En ensayos de eficiencia interesan, sobre todo los valores del consumo de combustible, representados por el consumo específico (g/kWh) y, sobre todo, el consumo horario. Se comprueba la eficacia de la estrategia CARABA en el uso eficiente del tractor. CARABA1 produce un 6% menos de consumo horario que FT en la velocidad V1 y un 7% en V2. CARABA2 produce casi un 11% en V1 y V2.

El ensayo muestra, por tanto, la utilización de la estrategia CARABA. Queda la pregunta de cuál sería la estrategia elegida: CARABA1 o CARABA2. Se consigue más ahorro con CARABA2, pero también representa un punto de funcionamiento más 'delicado' que el de CARABA1, porque hay menos reserva de par. En el ensayo a la barra, con las condiciones de trabajo muy controladas -y, sobre todo, UNIFORMES- el tractor se comporta sin problemas en el ensayo de CARABA2, pero en las condiciones variables de campo, resultaría más complicado conseguir ese ahorro.

Hay una observación interesante que hacer en relación al consumo específico que aparece en la figura 9. Se aprecia que hay dos columnas de consumo específico, con valores diferentes: la columna azul y la blanca. ¿a qué es debido eso?

Pues bien, resulta que se está ensayando con un equipo —el carro dinamométrico— que se utiliza en una Estación Oficial de Ensayo. Las Estaciones sólo pueden proporcionar resultados que se hallan MEDIDO en la Estación. No pueden dar valores que haya que calcular mediante unos parámetros que sería discutible elegir. En este caso, por ejemplo, la potencia del motor no parece en las columnas azules, porque el carro no la mide. El carro mide fuerza de tiro y velocidad real de avance, es decir potencia a la barra. Mide el consumo y proporciona, como consumo específico el consumo referido a la potencia a la barra. Por eso aparecen esos valores tan elevados.

En las columnas blancas se ha calculado la potencia del motor para este ensayo, suponiendo un coeficiente de resistencia a la rodadura de 0,04 (muy adecuado para pista de hormigón) y 0,87 para el rendimiento en la transmisión. Con esos valores se puede calcular el rendimiento a la barra (o eficiencia en tracción, TE) a partir de la potencia a la barra. Conocida la potencia del motor, se puede calcular el consumo específico del motor como cociente del consumo horario entre la potencia del motor. Como, lógicamente, la potencia del motor es mayor que la de tracción, el consumo específico de las columnas blancas es menor y, todo hay que decirlo, más cercano a los valores que se obtienen del motor al ensayarlo en un freno dinamométrico.

Digamos que el valor que proporciona el carro es un valor 'oficial', resultado de utilizar una herramienta 'oficial' de un ensayo 'oficial'. Lo que sucede es que este valor no se suele conocer porque, lamentablemente, no son los ensayos a la barra material que se difunda y use habitualmente. Pero si uno entra en la página de la estación de ensayo de Nebaska o la de la OCDE y busca resultados de ensayos, podrá ver las diferencias entre los valores de consumo específico del ensayo del motor y los ensayos de tracción. Y los ensayos del motor se hacen a potencia máxima, cosa que no se consigue en el ensayo en pista.

Queda aclarado el punto para despejar las probables extrañezas que puede —debe— suscitar la figura 9.

Agradecimientos

• Al Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación, motor de los ensayos.
• A los técnicos de la Estación de Mecánica Agrícola, que han realizado los ensayos.
• A la empresa Claas Ibérica, S.A, que proporcionó el tractor para realizar los ensayos.