Consumo de combustible con transmisión continuamente variable (CVT)

Con el avance de la agricultura en Brasil hubo un aumento de la productividad, principalmente debido a las nuevas tecnologías. Los productores rurales son cada vez más exigentes porque se han vuelto altamente dependientes de la mecanización agrícola, y el tractor agrícola es el elemento fundamental para elevar los estándares de producción.

Los tractores agrícolas están propulsados ​​por motores que transforman la energía térmica en energía mecánica y posteriormente la transfieren al eje, que mueve los ejes rodantes y proporciona potencia a través de la barra de tiro, permitiéndole tirar y remolcar aperos agrícolas, ofreciendo además la potencia necesaria para que algunos trabajen. . interrumpido.

Básicamente, los tractores se mueven a través de la gestión del motor y la transmisión, pero el motor siempre está acoplado a un sistema de transmisión conocido como caja de transmisión, cuyo objetivo es proporcionar rotación y/o par.

Las transmisiones se clasifican básicamente en: mecánicas (engranajes deslizantes y sincronizados), hidrostáticas e hidrodinámicas. Sin embargo, cuenta con una transmisión automática que permite realizar cambios sin utilizar el embrague, es decir, el eje de entrada permanece solidario con la rotación del motor sin interrumpir la transmisión de potencia.

Durante la década de 50 se inició el uso del sistema CVT (Transmisión continuamente variable) en algunas máquinas agrícolas, y las cosechadoras lideraron este uso, ya que además de ser la encargada de mover el implemento, también se utilizaba en el sistema mecánico de trilla del grano, sin embargo, no se utilizó a gran escala.

Así, con el avance de la tecnología en los automóviles, la transmisión automatizada también pasó a ser adoptada con mayor frecuencia en los tractores agrícolas en Brasil, y poco a poco viene conquistando a productores y operadores por su conveniencia, confort y durabilidad. Estas transmisiones automáticas se clasifican en semi cambio de poder e cambio de potencia total Los cambios de marcha se realizan con sólo pulsar un botón sin necesidad de utilizar el embrague o de forma totalmente mecanizada, respectivamente.

Pero la transmisión que ha proliferado y está llamando mucho la atención es la CVT, que está equipada con un sistema de control que permite ajustar la relación de transmisión y la rotación del motor, lo que proporciona un funcionamiento con la máxima eficiencia en el consumo de combustible, por lo que es capaz de ofrecer una mayor potencia del motor con el máximo rango de eficiencia, sin el uso de marchas.

Su mayor durabilidad se debe a que no es necesario accionar el pedal del embrague para cambiar de marcha, es decir, permite que los cambios de marcha sean precisos y suaves, recordando que el embrague sigue presente en el sistema, pero no es necesario para el operador para usarlo. Con una simple palanca de cambio, el operador puede elegir cambios de marcha automáticos o incluso aumentarlos o reducirlos secuencialmente con un solo botón.

Básicamente, la transmisión CVT más común es la del tipo fricción, la cual opera en base a dos cuerpos que se atraen en contacto en puntos a lo largo de la distancia, variando las cuñas de rotación y permitiendo así que la fricción transfiera toda la energía generada de un cuerpo al otro. El sistema puede contener otro cuerpo, a veces un tercer cuerpo, que puede ser una rueda o una correa.

Los beneficios y características incluyen la eliminación del “impacto del cambio”, lo que hace que los cambios de marcha sean más suaves; disminución del consumo de combustible; mantiene el motor en su mejor rango de potencia independientemente de la velocidad a la que se desplace; menos pérdidas de energía; No “busca” marcha cuando disminuye la velocidad, lo que facilita el trabajo en pendientes, además de ser atractivo desde el punto de vista medioambiental por la reducción de la contaminación atmosférica.

La necesidad de desarrollar la tecnología CVT en la agricultura surgió con la intención de reducir el consumo de combustible, ya que es uno de los costos más altos en las operaciones agrícolas desarrolladas, como el subsolado, el arado y el rastrillado, que además está directamente ligado a la idoneidad del tractor. tipo de implemento, profundidad y cantidad de operación, tipos de suelo, entre otros.

El consumo de combustible en algunas operaciones agrícolas también está influenciado por el lastre, la fuerza requerida por la barra de tiro, el tipo de neumático utilizado, la pendiente de trabajo, el uso de tracción delantera auxiliar, la velocidad de desplazamiento, entre otros, además de observar la selección de marcha durante el trabajo. .

Entre todos los factores que influyen en el consumo de combustible de un tractor agrícola, el régimen del motor tiene una importancia directa, ya que al aumentar el régimen es necesario aumentar el régimen, lo que provoca una caída del par y, en consecuencia, un aumento del consumo.

Los motores diésel, es decir de ciclo Otto, tienen mayor eficiencia y par al tener mayor capacidad para admitir oxígeno lo que se traduce en un mayor tiempo para completar el ciclo de combustión, por lo que operan a menores velocidades y la tendencia a un menor consumo de combustible es correcta. Sin embargo, los motores agrícolas tienen un mayor consumo de combustible cuando alcanzan la velocidad máxima de potencia y el acelerador está al máximo, por lo que el consumo tiende a disminuir a medida que baja la velocidad.

Por lo tanto, el propósito de la transmisión CVT es seleccionar una velocidad constante del motor, ofreciendo la transmisión la posibilidad de cambiar la velocidad para que siempre sea adecuada a la operación que se está realizando, de esta manera, es posible mantener una velocidad baja y en consecuencia Mayor ahorro en el consumo de combustible.

Prueba de campo

Para evaluar la relación entre el régimen del motor y el consumo horario de combustible en un tractor con transmisión CVT, se realizó un estudio utilizando un tractor de prueba marca New Holland, modelo T 7070 con potencia nominal de 167 kW (227 hp), motor diesel intercooler turbocompresor con sistema de combustible de 6 cilindros common rail, transmisión CVT (Transmisión continuamente variable), 4x2 MFWD 4WD.

Los neumáticos utilizados fueron Trelleborg, con un modelo 600/65 R28 delante con una presión de 12 psi (82 kPa) con un 40% de lastre hidráulico y un 710/70 R38 detrás con una presión de 14 psi (96 kPa). con lastre 40% hidráulico (agua), ambos simples y con una capacidad de carga de 4789 kg (46,97 kN) en el eje delantero y 8819 kg. (86,49 kN) en el eje trasero, lo que supuso un avance del 2,0%. El peso total del tractor fue de 12.280 kg (120,43 kN) con 5172 kg (50,73 kN) en la parte delantera y 8819 kg (86,49 kN) en la parte trasera.

En las evaluaciones de simulación de carga en la barra de tiro se utilizó un tractor de 340 hp, el cual se conectó al tractor de prueba mediante un cable de acero y realizó un frenado controlado, comenzando con el tractor de prueba en movimiento hasta alcanzar las cargas deseadas. La recopilación de datos se proporcionó a través de una celda de carga ubicada en la barra de tiro y se envió instantáneamente a un sistema de adquisición de datos de placa de circuito impreso diseñado en el software Proteus 8.1 (Labcenter Electronics) con una frecuencia de adquisición de un hercio, los datos se almacenaron en un disco duro (HD externo). ).

Los datos recolectados fueron sometidos a un análisis de regresión polinomial con la ayuda del software SigmaPlot (Systat Software, 2006), el cual es un asistente gráfico interactivo que ofrece la opción de modelar y visualizar datos técnicos.

Luego del análisis de los datos, se pudo observar que el tractor alcanzó su máxima velocidad del motor cuando la barra de tiro tenía una fuerza de 6000 kgf y en consecuencia hubo un aumento en el consumo horario de combustible (CHC) al requerirse mayor potencia del motor para aumentar el torque. .

En la investigación sobre la transmisión CVT se pudo concluir que el consumo horario de combustible está influenciado tanto por el régimen del motor como por la fuerza sobre la barra de tiro, es decir, ambos requieren del motor.

Con el aumento de la fuerza sobre la barra de tiro, se pudo notar que la rotación por minuto respondió de manera lineal, es decir, es necesario aumentar la rotación del motor para obtener mayor torque para tirar de la carga, es decir, cuanto más rotación mayor será el par del tractor.

* por Yasser Alabi Oiole, Leonardo Leonidas Kmiecik, Marcos Cristiano Machioski, Thiago Xavier da Silva e Samir Paulo Jasper (Estaño – Laboratorio de Adaptación de Tractores Agrícolas)