Tendencias en tractores

El desarrollo de los tractores en los últimos años se ha visto muy influido por la legislación sobre gases de escape. La inyección "Common Rail", la tecnología de cuatro válvulas, los turbocompresores, el "intercooler" y el control electrónico del motor son los pilares de la tecnología de los motores diésel que cumplen con el nivel de emisiones V vigente en la UE, para responder a prestaciones, consumos y requisitos de emisiones.

En las clases de potencia de 56 a 560 kW, también son indispensables los sistemas de postratamiento de gases de escape con catalizador de oxidación diésel (DOC), filtro de partículas diésel (DPF) y reducción catalítica selectiva (SCR), complementados en algunos casos con recirculación de gases de escape (EGR). Muchos fabricantes ya han aprobado sus unidades de nivel de emisiones V para el uso de HVO (Aceite Vegetal Hidrotratado).

Con el problema del CO2, la atención se ha desplazado hacia los motores de combustión como combustibles alternativos. Cummins fue el primer fabricante en anunciar una plataforma de motor multicombustible (diésel/HVO, metano e hidrógeno) con la unidad de 6 cilindros "Fuel-Agnostic X15" (14,9 L de cilindrada) a principios de 2022. La base para esto es una norma estandarizada. Sistema de motor básico que se puede combinar con varios módulos de culata. FPT está siguiendo un camino similar con el XC13 (6 cilindros, 12,9 l de cilindrada), que se lanzó hace un año como un “motor multicombustible de base única”. El nuevo concepto Cursor-X también pretende presentar un sistema modular con módulos de cabecera para diésel/HVO, metano, hidrógeno y otros combustibles renovables.

AGCO Power también anunció una nueva plataforma de motores con la serie CORE. El primer representante fue el CORE 75 con 6 cilindros y 7,5 l de cilindrada, que se utiliza en la nueva serie de tractores Fendt 700 Gen7 y que también puede funcionar con HVO. En el futuro, esta plataforma también debería desarrollarse para permitir el uso de otros combustibles alternativos, dependiendo de la evolución del mercado. Con el CORE 50 destinado a la nueva serie Fendt 600 Vario, el próximo modelo de motor ya está en la parrilla de salida. Con una potencia máxima de 224 CV (incluido DynamicPower), este motor de 200 cilindros con una cilindrada de 4 litros supera claramente la marca de los 5,0 CV por primera vez en un tractor y con un régimen nominal de sólo 1.900 rpm.

Además de Cummins y FPT, otros fabricantes de motores fuera de carretera que trabajan con motores de combustión H2 son Deutz, JCB y Liebherr. Este enfoque también se considera actualmente la solución más económica y viable en la industria de vehículos comerciales para lograr reducciones de CO2 con hidrógeno libre de carbono a corto y medio plazo. Sin embargo, el requisito previo para ello es siempre que proceda de fuentes respetuosas con el medio ambiente. El hidrógeno puede transportarse en vehículos –al igual que el metano– en forma gaseosa en contenedores presurizados o en forma líquida en tanques aislados. Las tecnologías de motor para estas dos fuentes de energía también son similares (proceso Otto o Inyección Directa de Alta Presión - HPDI).

¿Los motores de gas llegan a la agricultura gracias al GNL?

New Holland se ha beneficiado de los muchos años de experiencia de su empresa hermana Iveco/FPT y en 2022 fue el primer fabricante en lanzar un tractor de producción en serie con motor de gas, el T6.180 Mtane Power. El metano se transporta aquí en forma gaseosa como GNC (Gas Natural Comprimido) en recipientes presurizados. Como la densidad energética del GNC por litro de volumen del tanque es sólo aproximadamente una quinta parte de la del diésel, los tiempos de funcionamiento de dichos vehículos son generalmente limitados. La relación es mucho mejor con el GNL líquido criogénico, por lo que se utiliza desde hace años en el transporte por carretera de larga distancia. En los tractores, el GNL apenas ha sido un problema hasta ahora, porque los habituales depósitos cilíndricos aislados al vacío son difíciles de integrar en el reducido espacio de instalación y porque, debido a su mayor vida útil, se pueden producir mayores cantidades de gas de ebullición.

Con el T7.270 Mtane Power LNG, New Holland presenta ahora un tractor a gas con depósitos de GNL diseñado para evitar estos problemas. Gracias a una tecnología especial de doble pared, los tanques de GNL aislados al vacío no necesitan tener forma cilíndrica y, por lo tanto, pueden adaptarse mejor a las condiciones de espacio típicas de los tractores, de manera similar a los tanques de diésel. Por lo tanto, el T7.270 LNG puede transportar 200 kg de metano, aproximadamente siete veces más que los aproximadamente 30 kg del T6.180 Mtane Power (basado en los tanques de GNC integrados). New Holland combate el problema del gas evaporado con un “enfriador criogénico” que mantiene constantemente el metano por debajo de -162°C y, por tanto, en estado líquido. La energía necesaria para el frigorífico eléctrico es mínima y proviene de una batería que se puede cargar mediante una fuente de alimentación externa o el generador IC integrado (funcionamiento con gas hirviendo). Esto significa que los conceptos innovadores de la ingeniería del gas GNL también pueden convertirse en una opción de propulsión válida en la agricultura, combinados con la posibilidad de utilizar su propio biogás (bio-GNL) como combustible para vehículos en sistemas neutros en CO2.

Los sistemas eléctricos alimentados por baterías están ganando terreno

La tecnología de las baterías está en constante desarrollo y, en los últimos años, las densidades de energía gravimétrica y volumétrica (Wh/kg o Wh/l) han aumentado constantemente. Sin embargo, desde la perspectiva actual, las baterías probablemente siempre seguirán siendo relativamente grandes y pesadas, por lo que los vehículos equipados con ellas son adecuados principalmente para aplicaciones ligeras y moderadamente pesadas o para trabajos periódicos y recurrentes en los que hay tiempo suficiente para cargas intermedias. En la agricultura, estas condiciones se dan, entre otros, para los tractores más pequeños, que poco a poco están llegando al mercado.

Desde este año, Rigitrac fabrica el tractor compacto SKE 40 Electric (tracción continua/potencia máxima 40/64 kW, capacidad de la batería 50 kWh) en series pequeñas. El tractor de vía estrecha Fendt e107 V Vario (potencia continua/pico 55/66 kW, capacidad de batería 100 kWh) y el New Holland T4 Electric Power (potencia continua/pico 55/89 kW, capacidad de batería 110 kWh) se anunciaron para 2024. Las capacidades de carga con corriente alterna (AC) son de 22 kW para los tres modelos, y las de corriente continua (DC) entre 80 y 100 kW.

Las unidades de pila de combustible todavía están en su infancia

Los propulsores de pila de combustible también se consideran sistemas eléctricos. En este caso, sin embargo, la electricidad no proviene del enchufe, sino que primero se genera a partir del hidrógeno del vehículo. Dado que las pilas de combustible no pueden reaccionar rápidamente a los cambios de carga y la eficiencia ideal se sitúa en el rango de carga media, al conducir los vehículos siempre se combinan con baterías de reserva. En la mayoría de los casos, la pila de combustible es el elemento principal y la batería es el elemento adicional que cubre los picos de carga y puede almacenar energía de frenada. Sin embargo, la pila de combustible también se puede utilizar para ampliar la autonomía de los vehículos eléctricos que funcionan con baterías.

Los prototipos y estudios actuales están disponibles, entre otros, en Fendt. El HELIOS (sistema de tractor eléctrico propulsado por hidrógeno) desarrollado como parte del proyecto de investigación H2Agrar funciona con una pila de combustible de 100 kW y una batería de reserva de 25 kWh. Esto significa que se puede atribuir al concepto de “pila de combustible como motor principal”. Cinco tanques de alta presión montados sobre el techo de la cabina pueden transportar un total de 21 kg de hidrógeno (700 bar). Ser capaz de transportar suficiente energía para los tiempos/rangos de funcionamiento requeridos también es un desafío importante para los vehículos de pila de combustible en general.

En el concurso DLG "AgriFuture Concept Winner 2023", Fendt también presentó un estudio sobre una pila de combustible móvil que puede generar electricidad a partir de metanol verde para recargar continuamente la batería del Fendt e107 V Vario. El metanol líquido se transporta en un tanque de combustible de 60 litros y no necesita presurizarse ni enfriarse. La pila de combustible tiene una potencia de 15 kW y puede generar alrededor de 100 kWh de energía eléctrica a partir de 60 litros de metanol. Esto permite duplicar el tiempo de funcionamiento del tractor eléctrico de batería e107 V Vario para cargas de trabajo bajas/medias. El módulo de pila de combustible se conecta al elevador delantero o trasero y la conexión eléctrica se establece mediante un enchufe AEF. Esta solución corresponde al concepto de “pila de combustible como extensor de autonomía”.

Hibridación: ¿solución para tractores medianos y grandes?

CNH presenta el Steyr Hybrid CVT, un concepto híbrido modular para tractores estándar medianos y grandes. El prototipo presentado se basa en un modelo de serie de la categoría básica con 6 cilindros (potencia 180 CV, distancia entre ejes < 2,8 m), pero el motor diésel utilizado produce 260 CV. La conocida transmisión hidrostática-mecánica continua se adopta en una proporción de 1:1 respecto al original. Completamente nuevo, por el contrario, es el soporte del eje delantero con suspensión independiente de muelles y dos motores eléctricos integrados. El generador es accionado por el motor diésel a través de una etapa de transmisión y transmite la energía eléctrica generada (hasta 75 kW) al motor eléctrico a través de la electrónica de potencia. Esto convierte la energía eléctrica nuevamente en energía mecánica, que se alimenta a través de un reductor de dos etapas a la corona del diferencial del eje delantero. Sin embargo, el eje delantero todavía puede accionarse mecánicamente mediante un clásico embrague multidisco. En el sector eléctrico, también existen SuperCaps (dispositivos de almacenamiento de energía electrostáticos que pueden capturar y liberar mucha energía en poco tiempo, pero solo pueden almacenar una pequeña cantidad de energía), una resistencia de frenado y un AEF de alto voltaje. enchufe en la parte delantera y trasera.

Estos componentes y la estructura híbrida de serie en paralelo permiten numerosas funciones nuevas para los tractores. Entre ellos se incluyen el movimiento hacia adelante variable y controlado activamente del eje delantero (E-direction), la función de impulso eléctrico para una rápida aceleración durante el transporte (E-boost), la compensación de picos de carga (E-torque fill), puramente diésel-eléctrico. conducción durante trabajos ligeros y cambios rápidos de dirección del ID a bajas revoluciones del motor (modo E-CVT/E-shuttle), junto con un retardador de frenado con una potencia continua de 20 kW (E-braking). Otras funciones incluyen la distribución variable del par entre los ejes (torque vectoring E) y el suministro de energía eléctrica de hasta 75 kW a los aperos (apero E).

Desarrollo evolutivo para cajas de cambios

El concepto híbrido de CNH encaja en la tendencia hacia conceptos de propulsión holísticos que van más allá de los sistemas de caja de cambios de motores diésel anteriores para permitir nuevas funciones. Los ejemplos anteriores incluyen el concepto de caja de cambios/tracción total VarioDrive de Fendt y la caja de cambios eAutoPowr de John Deere, con división de potencia electromecánica y la opción de salida de corriente para los aperos.

Fendt introdujo por primera vez el VarioDrive en 2015 para la serie 1000 y desde entonces ha ido trasladando este concepto a clases de potencia inferiores. Después de las series 900 y 700, en la nueva serie 25 Vario de 600 cilindros se introdujo también la tracción total sin tensión, que está conectada permanentemente hasta 4 km/h.

John Deere ha estado instalando eAutoPowr en el modelo superior 8R410, para el que anteriormente no existía la opción de transmisión continuamente variable, desde 2022.

En los últimos dos años no se han anunciado nuevas cajas de cambios escalonadas y continuamente variables, pero sí se han producido novedades interesantes. Claas también utiliza la caja de cambios continuamente variable Eccom 5.5 de ZF, que se introdujo junto con una nueva caja de transferencia de bomba para la serie anterior XERION (4200/4500/5000) para el año modelo 2023, en los nuevos modelos 12 de la serie XERION (potencia máxima hasta 653 CV). Sin embargo, debido al elevado par del motor de seis cilindros y 15,6 litros con compuesto turbo de Mercedes-Benz, en la caja de cambios de la bomba está integrada una "etapa de transmisión alta". Esto permite reducir los pares de entrada de la caja de cambios y transmitir la potencia del motor a velocidades más altas.

En Agritechnica, Claas también presentará un nuevo modo de cargador frontal para los modelos de tractores Arion 500 y 600 con su propia caja de cambios continuamente variable (EQ200/EQ220). Esto permite controlar el par/empuje a través del pedal del acelerador al golpear material a granel o montones de estiércol, como es el caso de las cargadoras de ruedas o las cargadoras telescópicas con convertidor de par hidrodinámico. Esto debería hacer que el llenado de los accesorios del cargador frontal sea más fácil y cómodo.

La tecnología del chasis se está adaptando

La tecnología de chasis es cada vez más importante a medida que aumentan la potencia y el peso de los grandes tractores. Por este motivo, Claas ha desarrollado nuevos accionamientos de orugas triangulares para la serie XERION de la serie 12, de fabricación propia. Este diseño era necesario porque los nuevos buques insignia también están equipados con dirección Ackermann y no con la dirección articulada habitual en esta clase de potencia. La gran rueda motriz de los accionamientos sobre orugas está montada, junto con los dos rodillos de inversión, sobre un bastidor principal que puede oscilar +/- 10°. La suspensión boogie de los dos rodillos intermedios está integrada en un basculante independiente, que está amortiguado mediante elementos de goma.

En Europa, los modelos de la serie 12 se ofrecen exclusivamente con tracción sobre orugas, también denominada TERRATRAC. Para mercados con requisitos de anchura menos estrictos, los tractores también están disponibles con chasis con ruedas. Aquí se pueden montar neumáticos dobles con dimensiones 800/70R42 y, por tanto, con un diámetro exterior de 2,15 m, algo que todavía no ofrecen los "competidores de articulados".

Case IH, pionera en chasis de cuatro vías y vías triangulares para grandes tractores, también ha intensificado sus esfuerzos. Para aplicar al suelo la potencia máxima de 4 CV del nuevo buque insignia Quadtrac 778 (motor de 715 cilindros con 6 litros de cilindrada y turbocompresor de 15,9 etapas), se alargaron las transmisiones en 2 cm y se aumentó el diámetro de la fuerza motriz a más de 10 centímetros. Ahora también se pueden pedir con suspensión del tren de rodaje PowerFlex, que no sólo proporciona más comodidad sino también un mejor seguimiento del suelo. Hasta ahora, las transmisiones triangulares con resorte solo estaban disponibles para cosechadoras grandes, pero no para tractores pesados.

Los fabricantes de tractores ofrecen cada vez más de fábrica sistemas de ajuste de la presión de los neumáticos (Sistema central de inflado de neumáticos - CTIS). Estos incluyen soluciones integradas y aquellas con líneas enrutadas externamente. Debido a la creciente importancia de las manguetas en todo el mundo (entre otras cosas debido al control mecánico de las malas hierbas), Fendt ha adaptado el sistema "VarioFlex Duals" con una mangueta de 3 m y un buje de rueda doble, que ya ha sido probado en el extranjero. para un ancho exterior homologado < 2,55 m para Europa. Sigue siendo posible el uso de contrapesos en las ruedas y el sistema integrado de ajuste de la presión de los neumáticos VarioGrip.

Desarrollo continuo de funciones de confort.

Muchos fabricantes han introducido en los últimos años cabinas nuevas y, en algunos casos, más grandes, con sistemas operativos y de visualización digitales para sus series de tractores (ejemplos: concepto operativo FendtONE o cabina Massey Ferguson 8S). Sin embargo, en el pasado reciente, el desarrollo de cabinas y sistemas operativos ha tendido a ocurrir en el área “evolutiva”.

Case IH presenta “Adaptive 360° Work Lighting”, un sistema de iluminación que proporciona una iluminación homogénea alrededor del tractor sin aumentar el número de faros. Un elemento importante son los soportes plegables en la parte delantera, en la mitad del interior de la cabina. Los ajustes de los faros montados en estos, junto con los de los guardabarros traseros, se pueden realizar desde la cabina y luego guardar. Se puede acceder a los implementos/anchos de trabajo memorizados a través del modo "implemento automático" en el menú de iluminación del panel de control del tractor. En aperos ISOBUS esto se realiza automáticamente durante el acoplamiento. En consecuencia, ya no es necesario elegir entre reajustar constantemente las luces de trabajo y una única configuración de compromiso para múltiples unidades.

Los sistemas de control de crucero anteriores se controlan principalmente en función de la velocidad de las ruedas y, por tanto, de la velocidad de conducción teórica. Generalmente no se tiene en cuenta el deslizamiento (positivo o negativo) causado por la resistencia a la tracción o el ascenso/caída. Fendt basa ahora la función "Real Speed ​​Cruise Control" en las velocidades de conducción reales registradas mediante GPS o sensores de radar, mejorando así el cumplimiento de la velocidad SET. Esto resulta ventajoso, entre otras cosas, al aplicar fertilizantes y productos fitosanitarios.

Con ErgoSteer, Fendt también introduce la dirección por joystick en el reposabrazos izquierdo, además del volante. Esto también se puede utilizar para cambiar la dirección de marcha y activar la guía de carril. El autocentrado le permite conducir siempre en línea recta con precisión y la sensibilidad de la dirección se puede configurar individualmente en el panel de control del tractor. Un aspecto interesante es que ErgoSteer se puede adaptar a todos los tractores con FendtONE.

En los tractores actuales, la fuerza de tracción normalmente se controla a través de los brazos inferiores. Al subir o bajar el enganche de tres puntos, a menudo la posición de los aperos de labranza ya no es paralela al suelo, lo que puede tener un efecto negativo en la calidad del trabajo. Para optimizarlo, Claas incluye ahora también el brazo superior hidráulico en el control multidimensional de 3 puntos. Para determinar la posición, en la parte delantera y trasera del apero están montados sensores de medición de altura que transmiten señales al sistema de control electrónico del tractor. Estas señales se convierten a través de una unidad de control hidráulica adicional en un ajuste de control para la longitud del brazo superior, lo que da como resultado un ajuste automático de la inclinación longitudinal del implemento.

La autonomía presenta nuevos desafíos

Los sistemas de dirección automática y las opciones de programación para secuencias de operación recurrentes, por ejemplo en las cabeceras, están disponibles en los tractores desde hace años. El siguiente paso ahora es intentar “autonomizar” los aperos del tractor. Dependiendo del nivel de autonomía, es posible que el conductor sólo necesite supervisar los procesos de trabajo; en casos extremos, ya no debería ser necesario. Por ello, varios fabricantes presentan sistemas para transferir vehículos totalmente autónomos o para controlar la calidad del trabajo. Un ejemplo de ello es el sistema de transporte de vehículos (VTS) de Krone/Lemken para la unidad de ingeniería de procesos (VTE) autónoma. Una barra de tiro permite trasladar el vehículo y sus aperos al campo mediante un tractor “normal”. La estrategia de dirección se adapta a la velocidad para que sea estable a altas velocidades y siga de cerca las curvas/entradas. El freno de servicio del vehículo tractor autónomo, que se considera un vehículo remolcado en la carretera cuando se utiliza el nuevo sistema VTS, se acciona a través de un sistema de frenos de aire estándar para 2 conductores.

New Holland está adoptando un enfoque ligeramente diferente con el tractor a batería T4 Electric Power, introduciendo interesantes características de autonomía y seguridad que ya podrían resultar beneficiosas para su uso práctico en un futuro próximo. Los sistemas de cámaras montados en el techo de la cabina y en la parte delantera del capó permiten, por ejemplo, una vista panorámica de 360° del tractor que puede transmitirse al panel de control de la cabina, el reconocimiento de los aperos montados en la parte trasera para un enganche simplificado y la transmisión automática. desconexión si las personas se acercan demasiado al eje de la toma de fuerza.

Además, están las funciones "Modo Ruta" (el tractor sigue una secuencia de conducción definida, por ejemplo en huertos), "Cucharón Invisible" (visión mejorada durante el trabajo con cargador frontal "editando" los implementos en el panel de control desde la cabina ) y "Sígueme". El modo "Sígueme" debería ser especialmente interesante para trabajos en los que el conductor tiene que subir y bajar constantemente para hacer avanzar el vehículo unos metros, como es el caso, por ejemplo, al cosechar hortalizas manualmente o al montar vallas. Para ello, el conductor debe activar el modo en el panel de control del tractor y luego dirigirse al área de detección frontal del tractor para su “identificación”. El tractor sigue entonces sólo a esa persona. Además, existe un sistema de control por gestos que permite al tractor recibir instrucciones de conducción mediante señales manuales.

por Roger J. Stirnimann, profesor de la Escuela de Ciencias Agrícolas, Forestales y Alimentarias (Zollikofen, Suiza)