Estudio de los requerimientos del esfuerzo de tracción en las labores agrícolas

Córdoba, 15 de octubre 2018

Introducción

Tracción, en el laboreo agrícola, se denomina a las fuerzas en la dirección de trabajorequeridas para propulsar los distintos tipos de aperos en las diferentes operacionesagrícolas.

Por el principio de acción-reacción estas fuerzas pueden ser medidas por la resistenciaque opone el suelo a ser laboreado.

Introducción

Utilidades

Caracterizar los implementos agrícolas según requerimientos energéticos

Determinar la potencia de las unidades motrices

Evaluar las condiciones del suelo para el laboreo

Crear mapas sobre necesidades energéticas de explotaciones

𝐙 = 𝐅𝐢 𝐀 + 𝐁 𝐒 + 𝐂 𝐒 𝟐 𝐖𝐓

Donde :

Z es la fuerza de tracción del apero.

F es coeficiente adimensional dependiente de la textura:

F1 para texturas finas, F2 para texturas medias y F3 para texturas gruesas.

A, B and C son coeficientes específicos de la máquina

S es la velocidad de trabajo, km/h.

W es la anchura de la máquina en m o el número de herramientas.

T es la profundidad de trabajo:para aperos de labores primarias (cm), y adimensional (1) para herramientas de laboreo secundario y siembra

Width units A B C F1 F2 F3 Range ±%

Arado de vertedera m 652 0 5,1 1,0 0,7 0,45 40

Arado chisel Brazo 107 6,3 0 1,0 0,85 0,65 50

Modelo bibliográfico principalmente usado

Objetivo

Determinar modelos de predicción de tracción de los distintos tipos de

aperos habitualmente utilizados en España

Materiales y métodos

Selección de las parcelas de los ensayos

Franca-arenosaFranca

Arcillosa

Clases texturales del suelo de las parcelas

Tractor – New Holland Fiatagri L85

DIMENSIONES:

A Altura hasta la parte superior de la

cabina/bastidor: 2525 mm/2625 mm.

B Longitud con el elevador en posición

horizontal: 4027 mm.

C Ancho de vía delantero: 1716 mm.

D Ancho de vía trasero: 1632 mm.

E Distancia entre ejes: 2314 mm.

F Distancia desde eje trasero hasta parte

superior de la cabina: 1780 mm.

G Ancho mínimo: 1990 mm.Diámetro de giro: 8100 mm.

MOTOR:

IVECO. Diesel, de 4 tiempos e inyección directa turboalimentado.

Potencia a régimen nominal del motor en conformidad con la directiva 88/195/CEE: 85 CV (63 kW).

NEUMÁTICOS ESTÁNDAR:

Delanteros: 380/70 R-24.

Traseros: 480/70 R-34.

PESO

Con cabina y sin contrapesos: 3600 kg.

Con lastre: 5090 kg

Aperos

APERO CARACTERÍSTICAS

ARADO DE

VERTEDERA

Marca: Aranzabal. Tipo: reversible. Reversibilidad: mecánica.

Enganche: a los tres puntos. Nº. de cuerpos: cuatro. Tipo de

vertedera: helicoidal. Medida de la vertedera: 14” (355 mm). Peso:

300 kg. Anchura de trabajo: 70 cm. Profundidad media de trabajo:

25-30 cm.

ARADO DE

DISCOS

Marca: García Hoyos. Tipo: fijo. Enganche: semisuspendido. Nº. de

discos: cuatro. Diámetro de los discos: 28” (710 mm). Borde de los

discos: liso. Anchura de trabajo: 125 cm. Profundidad media de

trabajo: 28-30 cm.

FRESADORA

Marca: Agrator. Modelo VF-1800. Enganche: a los tres puntos. Tipo:

de eje transversal, accionada por la toma de fuerza (540 rpm). Nº.

de coronas: nueve. Nº. de cuchillas: 54. Tipo de cuchillas: curvas.

Anchura de trabajo: 180 cm. Profundidad media de trabajo: 10 cm.

Tabla niveladora. Control de profundidad con patines. Peso: 350 kg

APERO CARACTERÍSTICAS

SUBSOLADOR

Enganche: a los tres puntos. Nº. de brazos: cinco. Tipo de brazos: curvos. Separaciónentre brazos: 50 cm. Peso: 350 kg. Anchura de trabajo: 212 cm. Profundidad media detrabajo 27 cm

ARADO CINCEL

Enganche: a los tres puntos. Nº. de brazos. Nueve. Tipo de brazos: rígidos con muelle.Distancia entre brazos: 25 cm. Tipo de reja: binadora. Nº. de bastidores: dos (4 y 5brazos). Distancia entre bastidores: 60 cm. Anchura de trabajo: 225 cm. Profundidadmedia de trabajo 25-30 cm. Provisto de rodillo tipo “jaula”.

Aperos

Aperos

APERO CARACTERÍSTICAS

CULTIVADOR

Marca: Ransome. Enganche: a los tres puntos. Nº. de brazos: once.

Distancia entre brazos: 25 cm. Tipo de brazos: flexibles en espiral. Tipo

de reja: binadora, Nº. de bastidores: dos (5 brazos delante y 6 detrás).

Elementos auxiliares: rulo tipo “jaula” y rastra de púas. Anchura de

trabajo: 250 cm. Profundidad media de trabajo: 20-22 cm.

GRADA DE DISCOS

Enganche: semisuspendida. Tipo: excéntrica. Nº. de discos: veinte.

Tipo de discos: casquete esférico. Forma de los discos: acanalados

(delanteros) y lisos (traseros). Diámetro de los discos: 24” (610 mm).

Anchura de trabajo 240 cm. Profundidad media de trabajo: 14 cm.

Aperos

Aperos

APERO CARACTERÍSTICAS

RULO LISO

Enganche: en un punto; suspendido en el transporte. Diámetro: 40

cm. Anchura de trabajo 360 cm. Peso (lastrado con agua): 700 kg.

PULVERIZADOR

HIDRÁULICO

Marca: Hardi. Enganche: suspendido. Capacidad del depósito: 800 l.

Bomba de membrana, presión 3 kg. Anchura de trabajo: 1200 cm.

Peso vacio: 428 kg.

Aperos

Aperos

Equipo de medición-Controlador de prestaciones Dickey-john CMS 100

Caudalímetro de fuel

Captador de velocidad en ruedas motrices

Radar

Control de parada automática de conteo

Consola

Equipo de medición – Sensor de velocidad y caudalímetro

Equipo de medición – Sensor de esfuerzos

Ejes dinamométricos Vibrometer LB 214

Características:

diámetro medio - 50 mm.

carga - 50 kN.

Equipo de medición - Sistema de Adquisición de datos SA64/AD32

Hasta 64 entradas analógicas simultáneas.

Convertidor Analógico/Digital de 12 bits, con resolución de 0,025%, y velocidad hasta20.000 lecturas por segundo.

Capacidad por registro de hasta 20.000 datos.

Para 64 canales activos son 312 muestras por canal.

Ensayos ESTÁTICOS con lecturas a intervalosdesde 1 cada segundo hasta 1 por día.

Ensayos DINÁMICOS con velocidades desde1 hasta 300 lecturas por segundo.

Conversión de datos a formato internacional ASCII.

Post-procesamiento opcional.

Método

Duración de 60 segundos y frecuencia de muestreo de 900 Hz.

Metodología general de ensayo:Enganche de la máquina a ensayar. Medida de la anchura y profundidad de trabajo. Elección de una marcha y grupo de la caja de cambios así como el tipo de tracción.Ensayo en carga a la profundidad de trabajo normal, variando para cada ensayo el régimen del motor a 1500, 1750, 2000, 2250 y 2500 rpm.

Ensayo en idénticas condiciones pero variando la profundidad de trabajo.Ensayos en idénticas condiciones , pero variando el tipo de tracción. Se seleccionarán distintas marchas con distintos grupos y se repiten los ensayos anteriores.

𝐙 = 𝐅𝐢 𝐀 + 𝐁 𝐒 + 𝐂 𝐒 𝟐 𝐖𝐓

Widthunits

A B C F1 F2 F3 Range ±%

Arado de vertedera ASAE m 652 0 5,1 1,0 0,7 0,45 40

Arado de vertedera ENSAYO m 652 0 5,1 0,98 0,60 0,34

Arado chisel ASAE Brazo 107 6,3 0 1,0 0,85 0,65 50

Arado chisel ENSAYO Brazo 107 6,3 0 0,61 0,44 0,33

Resultados

Utilizando el modelo de ASAE

Modelos que ajustan con R2 de 0,6 a 0,7

Usado para comparar con la literatura

Si se usan Z medios para rango de velocidades de 1 km/h mejoran poco los ajustes de los modelos

Resultados

𝐙 = 𝐅𝐢 * 𝐏𝐢 * (A + B * v)

Width units A B F1 F2 F3 P1 P2 P3

Arado de vertedera ENSAYO

kN/m 17,6 1,43 1 0,62 0,35 1 0,86 0,69

Arado chisel ENSAYO kN/Brazo 1,53 0,29 1 0,72 0,53 1 0,8 0,62

F1 ,F2 y F3 para suelos finos, medios y gruesos

P1 ,P2 y P3 para profundidad grande, normal y superficial

V – velocidad en km/h como número entero

Utilizando un modelo proporcional

Se pueden ajustar mejor los modelos si se consideran regresiones en el factor velocidad

Se puede observar el efecto velocidad en los estudios que no termina de estar claro

Modelo

Z(kN/ud) = A + B * tex + C * pro + D * vel

Textura (tex) Profundidad (pro) Velocidad (vel)

Gruesa - 1 Superficial – 1 Baja – 1

Media – 2 Normal – 2 Media – 2

Fina - 3 Profundo - 3 Alta - 3

Utilizando un modelo analítico ponderado

Resultados

Apero A B C D R2

Vertedera -11,309 6,854 2,321 3,504 0,940

Chisel -1,045 0,552 0,393 0,506 0,917

Modelo arado de vertedera

Z(kN/ud) = A + B * texm + C*textf + D * pron + E * prog + F * veln + G*vela

Utilizando un modelo con variables dummy

Resultados

Apero A B C D E F G R2

Vertedera (m) 1,674 5,438 13,703 2,413 4,642 3,853 6,885 0,93

Chisel (brazo) 0,391 0,425 1,103 0,376 0,785 0,537 1,001 0,92

texm texf pron prog veln velm

Textura media

Texturafina

Profundidad normal

Profundidad grande

Velocidad normal

Velocidad alta

Toma valores 0 y 1 si intervienen en el modelo de regresión

Informa sobre el peso de cada una de los factores en la variable

Conclusiones

No existe, en España, ningún trabajo con un diseño experimental tan directo para caracterizar los esfuerzos de tracción en función

de las variables de este estudio.

El modelo se considera válido, y similar a los modelos ASAE con diferencias.

Hay que estudiar los modelos con respecto a la velocidad para analizar comportamientos.

El modelo caracteriza aperos habitualmente utilizados en España.

Hay que valorar que tipo de modelo es el mas conveniente de uso.

Se están creando unas tablas con estos y otros aperos con cada uno de los modelos para ser usadas como elementos de eficiencia

energética y agricultura de precisión