martes, 2 de enero de 2018

EL PROCESO IMPARABLE DE LA “ELECTRIFICACIÓN” DEL TRACTOR

Electrificación de los sistemas auxiliares: tendencia al alza
Entre las líneas de desarrollo del tractor hay una que se manifiesta como imparable y es el proceso de “electrificación” del tractor, el denominado “All Electric” que viene desde dos direcciones diferentes. Por una parte la demanda eléctrica desde componentes del propio tractor (dirección, compresor del AA, ventiladores…) y otra desde la maquinaria asociada al tractor (abonadoras, sembradoras…) En definitiva la necesidad de que el tractor se convierta en un generador de electricidad.
Componentes eléctricos del tractor:
Destaco algunos proyectos como el de dirección eléctrica que unos fabricantes más y otros menos están implementando en sus tractores (leer aquí)
Otra línea es la del accionamiento del compresor del aire acondicionado. Denso, un fabricante japonés líder en el desarrollo de equipos aire acondicionado tiene una linea completa de equipos en los cuales toda la energía proviene de una fuente eléctrica. En realidad Denso en 2003 ya instaló los primeros compresores AC. La gran ventaja es que te olvidas de correas y mantenimientos de las mismas además de reducir la potencia consumida por el compresor.
Compresor eléctrico Denso
Maquinaria agrícola con demanda eléctrica:
Y es que la electrificación de la maquinaria agrícola es un fenómeno imparable porque dispone de unas ventajas que son difíciles de emular: una transmisión de potencia mucho más sencilla; unos diseños más fáciles de implementar y en general un sistema mucho más eficiente y flexible en muchas aplicaciones. Un ejemplo está en la tracción de algunos remolques agrícolas.

ALGUNOS EJEMPLOS
John Deere 7530 E: Era 2007 y tuve el placer de asistir a la presentación que John Deere hizo en sus instalaciones de Manheim y Bruchsal de su modelo 7530 E Premium. La “E” de su marcaje indicaba que ese tractor disponía de un generador eléctrico. Un fabricante puntero no podía dejar de entender que las necesidades eléctricas tanto del tractor como de los aperos no haría si no incrementarse. La solución adoptada ha sido colocar un generador eléctrico movido por el volante de inercia del motor y que era capaz de alcanzar una potencia de hasta 20 kW. El modelo puede mover motores como el ventilador de refrigeración o el compresor del aire acondicionado pero también es capaz de proporcionar energía para maquinaria conectada al tractor (abonadora, rastrillos..) o incluso disponer de tomas de corriente, en este caso alterna, a voltajes de 230 y 400 V.
Los “E” de John Deere se convirtieron en los primeros tractores que accionaban componentes auxiliares con su generador eléctrico. Sin embargo actualmente los “E” no están en el mercado ya que en 2011 se lanza la serie 6R que aunque en principio incluyó un RE al final se desestimó la salida al mercado por la poca oferta de aperos eléctricos que hay en el mercado. Sin embargo el tractor está diseñado y preparado para ser lanzado con una tecnología probada y funcionando cuando el mercado lo requiera.
ZF: También el fabricante alemán dispone de la posibilidad de colocar, de forma opcional, un generador de electricidad en alguna de sus cajas de transmisión más populares como la Terramatic. El generador es capaz de proporcionar hasta 60 kW a 400 V

LA HIBRIDACIÓN
La hibridación es otra línea de desarrollo en el camino del “all Electric”. En la hibridación se hace uso de un motor principal diésel que se usa para alimentar un generador de electricidad.
A la salida del volante motor se coloca un generador que es el responsable de convertir la energía mecánica en electricidad.
Las ventajas del sistema son evidentes: libertad de diseños; mejor eficiencia energética; simplificación de sistemas hidráulicos; suavizar la curva de entrega de potencia; recuperar energía del frenado (el famoso KERS de la F1)…
El proceso de hibridación ha ido parejo en su desarrollo a la evolución de las baterías. Hoy coexisten las tradicionales de plomo-ácido con las de ión litio o hidruros metálicos, o geles… Muchos cambios se verán en el futuro inmediato en tecnología de baterías o incluso en el desarrollo de supercondensadores que aún son más eficientes a la hora de distribuir la energía y de forma muy rápida a las propias baterías de última generación.
Ejemplos de hibridación en el mercado hay muchos. Un ejemplo el del fabricante italiano Merlo y su manipulador telescópico Turbofarmer 40.7. En el Turbofarmer existe un “pequeño” motor diesel de 56 kW con un generador que da alimentación entre otros a un motor eléctrico de 30 kWh y baterías de litio.
Turbofarmer de Merlo

SALIDAS-ENTRADAS ELÉCTRICAS DEL TRACTOR
En un tractor convencional las tomas de electricidad, en función del modelo, antigüedad, país y especificación, vienen dadas por unos enchufes normalizados y que suelen ser los siguientes:
  • Conexión de 2 polos: más conocido como el encendedor de cigarrillos. Se trata de enchufes hembra de salida eléctrica para pequeños aparatos sin excesivo consumo eléctrico (recogidos en la ISO 4165) como pilotos, rotativos, ventiladores, cajas frigoríficas, teléfonos, ordenadores portátiles…
  • Enchufe 3 polos: Recogidos por la DIN 9680 se utiliza en aquellas conexiones de larga duración, por ejemplo: máquinas segadoras, barredoras y con un consumo de corriente máximo de 15-20 A
  • Conector de 7 polos: El más utilizado para dar alimentación eléctrica a remolques y otros aperos. Con tensión de 12 V (ISO 1724) y máximo de 15 A
  • Conector de 13 polos: Ya lo incorporan algunos tractores modernos. En comparación con el de 7 polos es capaz de transmitir todas las funciones lumínicas que en el de 7 quedan restringidas. Se regula por la ISO 11446 y tiene notables mejoras en estanqueidad (IP54) y conexión al de 7 polos, además existen bases para adaptar fácilmente el de 7 a 13 o viceversa
  • Isobus: Más que “eléctrico” se trata de un conector de comunicación entre tractor y apero como plantadoras, sembradoras, abonadoras… El conector se diseña de acuerdo a la normativa ISO para tener compatibilidad con los aperos con BUS (Babel y el Isobus I y II)
  • Conector de datos: En este caso los conectores que utilizan los técnicos para acceder a las unidades de control del tractor para las necesidades de diagnóstico o actualización del software

Conexión ISOBUS (Foto AEF)
¿Y Las máquinas eléctricas?
Abonadoras, pulverizadores, hileradores: En máquinas como abonadoras, pulverizadores, etc. el uso de energía eléctrica da mucha flexibilidad en el diseño. Por ejemplo variar la dosificación en un pulverizador es mucho más sencilla y exacta con actuadores eléctricos que con los mecánicos o hidráulicos. Un actuador eléctrico a diferencia de uno hidráulico o mecánico apenas tiene mantenimiento, ni mangueras o bombas, un simple cable de cobre es suficiente. También se pueden controlar los rotores o platos por separado. A veces incluso con comunicación isobus desde el tractor y que da paso a la generación de “maquinaria inteligente”, indispensable en la agricultura de precisión.
Rotor de hilerador Fendt
En la aplicación de una agricultura de precisión, a medida que los agricultores pueden asignar a sus parcelas una información detallada (calidad del suelo, disposición de minerales…) la maquinaria agrícola debe ser capaz de procesar esa información y poder responder a las exigencias del agricultor según un software. Por eso un cable de alimentación, un cable de datos, una unidad de control y un actuador eléctrico debe ser suficiente para que la sembradora sea capaz de alterar su dosis de semilla.

EN RESUMEN

Queda claro hacia donde va el diseño pero una consecuencia de que las necesidades eléctricas no paran de aumentar son los riesgos del manejo de estas máquinas. Al subir la tensión e ir a voltajes de 400 e incluso 700 V lo que significa es que habrá que extremar la seguridad en el manejo de estas instalaciones. Nuevas normativas de protección y manipulación se deben ir redactando ya y tampoco estará de más que los fabricantes en sus reuniones de coordinación vayan consensuando diseños y voltajes.

11 comentarios:

  1. Estupendo post Heliodoro. Pero digo yo....habrá que mejorar los enchufes eléctricos, porque con lo que hay ahora en el mercado, no se hace nada. En cuanto hay que trasportar mucha intensidad se calientan los enchufes y se derriten. Que me expliquen como son las tomas para accionar un remolque eléctrico. Yo tengo una maquina que lleva una bomba hidráulica accionada eléctricamente y le hemos tenido que poner unos enchufes de las pinzas de soldar, y aun así cuando demandas potencia la intensidad hace calentar los enchufes y se derriten los aislantes. Los las bases y enchufes que hay en el mercado para esto no me convencen nada!!! No consiguen una unión "apretada" para que nos e caleinten. No son robustas ni fiables. Un saludo J.A.

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  2. ​Buen artículo... tienes que profundizar un poco más en el tema.

    Un ejemplo que nos viene a la cabeza es el siguiente: nosotros en nuestra sembradora neumática llevamos una transmisión a una de las ruedas que es la responsable de accionar el distribuidor de grano. Si la rueda gira, echa grano. La semana pasada visitamos a un amigo y nos enseñó una sembradora Kuhn que había comprado. Pudimos ve que no lleva la transmisión desde la rueda al distribuidor. Lo que utiliza es un sensor de movimiento en la rueda y un motor eléctrico que mueve el distribuidor cuando la máquina está en movimiento... un ejemplo claro de cambio de parte mecánica por parte eléctrica.

    Saludos.
    Twins' Farm
    www.twins-farm.es

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    1. Gracias por vuestras felicitaciones.
      ¿Profundizar? pues os digo como siempre, profundizo hasta donde sé. De todas formas poco más puedo profundizar si no es en hablar de intensidades de corriente según máquinas y también, respondiendo a J.A. en el comentario anterior, en protecciones IP de los enchufes y cables así como secciones mínimas requeridas.
      Efectivamente, como bien decís, ya hay varios modelos de sembradoras con distribuidor eléctrico y gamas completas de máquinas de forraje con alimentación eléctrica. En fin, lo dicho, que es un proceso imparable. A vosotros concretamente os irá muy bien para alimentar el compresor que usáis para la recolección del olivar aunque otra cosa es hacer números a ver si es más barato un grupo electrógeno independiente o tenerlo en el tractor...
      Saludos

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    2. Las posibilidades de ajuste de la sembradora electrónica serán mayores, tanto en continuidad (sin saltos), como facilidad (olvidarse de piñones y marchas) como variar la dosis de siembra dentro de la misma parcela para optimizar rendimientos.

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    3. Este comentario ha sido eliminado por el autor.

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  3. Buen artículo. Está claro que el futuro irá por ahí, electrificación e hibridación en mayor o menor medida. Y viene de hace tiempo. Por ej. Belarus ya presentó en Agritechnica 2009 su prototipo MTS3023 con tecnología eléctrica muy interesante.

    Y hace no tanto John Deere tenía el SESAM: https://www.youtube.com/watch?v=kxLm2XnQixk

    No dejan de ser prototipos pero por algo se empieza.

    Un saludo cordial y feliz año nuevo. ;)

    Un vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=JEsdcnZ_Ez0
    Un poco de información: https://www.wnif.co.uk/2009/11/belarus-silver-medal-for-230hp-diesel-electric-tractor/ http://belarus-tractor.com/en/company/history/

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    1. Gracias Diesel, efectivamente el prototipo de Belarus marcó tendencia, lástima que como la marca no es muy seguida en el mundo occidental pasase un poco "de puntillas".
      En cuanto al Sesam... ojo, no estamos hablando de tractores eléctricos como el Sesam o el 200 E de Fendt u otros menos conocidos; de lo que estoy hablando es de la electrificación de funciones, es decir de accionamiento de componentes o aperos por energía eléctrica y eso significa que el tractor se convierte en un generador eléctrico y así ahora se dispondrá de energía mecánica a través de la tdf, hidráulica a través de los distribuidores o eléctrica a través de los enchufes normalizados.
      Saludos

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    2. Las marcas ajenas al mundo "occidental" son bastante desconocidas. Lo mismo te dará para una serie de posts, del estilo: tractores fabricados en el este (países del antiguo bloque soviético), tractores de oriente (China, India, etc.) y tractores de sudamérica. Por ejemplo. De ese modo serían un poco más conocidos.

      Volviendo al tema que nos ocupa, ¿hasta que punto el transformar combustible sólido en energía mecánica, y luego en eléctrica (con un generador) es eficiente desde un punto de vista energético? Supongo que tendrá ventajas desde el punto de vista de la sencillez o robustez pero... ¿energéticamente? Ahora mismo la electricidad mayormente se emplea para todo el tema de alumbrado, señalización, gestión electrónica, etc etc. y mínimamente para electrificar funciones. ¿Te imaginas llenar todos los aperos de pequeños motores eléctricos que ejecuten movimientos? ¿Eso añade complejidad a la electrónica ya existente o al contrario simplifica? ¿Son más fiables y duraderos que los actuales o no? ¿Nos atará aún más a los talleres oficiales o nos dejará margen para repararlos nosotros mismos?

      Muchas preguntas para resolver.

      Un saludo cordial. :D

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    3. Si Diesel, llevas razón sobre lo del post de "otros tractores". En la humildad de este blog lo intento, por eso ya he dedicado algunos post a Sonalika-Solis http://www.masquemaquina.com/2017/04/tractores-sonalika-solis-los-conoces-te.html Los Traktor Crystal, etc (http://www.masquemaquina.com/2016/08/mas-oferta-de-tractores-en-espana.html) y alguna más que ahora no recuerdo. El problema es que estos tractores están en Tier 0 o 1 y claro no pueden venderse (de primera mano) en el mercado europeo; si no fuese por las emisiones darían bastante más que hablar.
      De acuerdo también contigo en las "pegas" sobre la conversión de combustible sólido en energía eléctrica. Es la cuestión de siempre y es que el ser humano ha hecho mucho pero en la eficiencia energética no nos hemos lucido mucho.
      En cuanto a la electrificación de funciones yo creo que simplifica muchas cosas; no soy especialmente partidario de la electrónica en el campo pero la electricidad es otra cosa.
      Como bien dices, muchas cuestiones en el aire.
      Saludos, felices Reyes y ¡qué llueva! (sin eso, ni electricidad, ni electrónica, ni tractores...)

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  4. Imaginemos una cosechadora, con todas sus poleas, correas, cardan ... y todo lo que se puede simplificar el diseño con motores actuando directamente. Otra cosa es todas las pruebas que habría que hacer hasta obtener una buena fiabilidad en entornos tan polvorientos y calurosos.
    O quedémonos en una simple abonadora, un motor accionando los platos a rpm constantes, se lograría una uniformidad en el alcance del grano que de otras formas es mas complejo en el momento que el tractor ha de variar su velocidad por cualquier circunstancia, y hablo de distribución, no de dosis, que de eso ya se encargan los sistemas de regulación automática actuales.

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    1. Correcto Roberto!, has entendido perfectamente la filosofía del diseño "eléctrico" El salto en diseño al poder usar una potencia eléctrica y no mecánica o hidráulica es tan grande que yo la comparo como cuando en España existían restricciones en los diseños de los ciclomotores (tenían que tener parte "ciclo") Recuerdo que veía los diseños de los ciclomotores en Japón o EEUU y luego comparaba con nuestros diseños tipo "bicicleta" (mobilette, vespino...) y no podía entender para que era necesaria la parte ciclo. Por fin aquellas restricciones desaparecieron y todo cambió. Veremos que ocurre, porque falta avanzar mucho en homologación, calidad y normalización

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