Prosiguiendo con la trilogía iniciada en la 1ª entrega, se analiza ahora las posibilidades crecientes del "tractor híbrido" y maquinaria agrícola eléctrica.
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| Minicargadora Bobcat T7X "all electric" |
EL TRACTOR HÍBRIDO
Con la hibridación se abrió 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.
Lo habitual es colocar a la salida del volante motor un generador que es el responsable de convertir la energía mecánica a eléctrica con la que se alimentarán algunos componentes de potencia y sistemas
auxiliares.
No muy nuevo: En realidad la
hibridación es una técnica que se remonta a 1895; ya entonces se
usaba la tecnología híbrida en algunas locomotoras de ferrocarril. Desde entonces la técnica se ha ido
depurando y hoy la usan vehículos tan dispares como los submarinos
diésel-eléctricos, o en el transporte pesado, camiones y autobuses, turismos y,
por supuesto, máquinas agrícolas autopropulsadas.
Existen unas ventajas evidentes en el sistema
híbrido: libertad de diseños; mejor eficiencia energética; simplificación de
sistemas hidráulicos; suavizar la curva de entrega de potencia; recuperar
energía del frenado, sistemas stop & go,
eliminación del motor de arranque, o incluso prescindir o minimizar componentes
como el embrague…
El proceso de hibridación ha ido, y seguirá yendo, parejo al desarrollo de las baterías, y que hoy sigue siendo el punto débil de la tecnología: Un dato, si una
batería de un móvil almacena unos 4 Wh se necesitaría unas 20.000 baterías de
móvil para igualar la carga de un tractor de unos 100 CV. Pero con los constantes y acelerados cambios que están experimentando las baterías, se prevén importantes cambios en tecnologías como el desarrollo de supercondensadores que podrán aumentar considerablemente la
eficiencia a la hora de distribuir la energía.
ELECTRIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS
AUXILIARES: TENDENCIA AL ALZA
Analizando las líneas de desarrollo que están llevando a cabo los fabricantes de tractores, se observa el denominador común de “electrificación” del tractor. El All Electric viene desde dos
direcciones diferentes:
- La demanda eléctrica desde componentes
del propio tractor (dirección, compresor del AA, ventiladores…)
- La
maquinaria asociada al tractor (abonadoras, sembradoras…)
Grado de hibridación: Es la relación de potencia disponible en
modo eléctrico frente a la disponible en modo convencional.
Dirección eléctrica
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Variación del número de vueltas en el volante
en función de la velocidad de avance |
Lo habitual en los sistemas de dirección del
tractor es contar con un distribuidor u orbitrol que, hidráulicamente, es muy
complejo. Aunque el sistema se encuentra muy conseguido por tratarse de una
tecnología con muchas mejoras a sus espaldas, no deja de ser un mecanismo
hidráulico de gran complejidad; además su mayor desventaja se encuentra en que
entrega la misma potencia hidráulica sea cual sea la situación.
La dirección ideal: En
una dirección eléctrica (Steer by Wire) no existe unión mecánica entre
el sistema de la dirección y el volante. La orden de giro la proporciona un
potenciómetro que detecta el movimiento en el volante y lo "traduce"
a movimiento de rueda a través de impulsos eléctricos hacia un motor eléctrico
que mueve la cremallera de la dirección.
Se trata de un sistema de dirección ideal puesto
que con su implementación resulta sencillo ajustar el ratio de dirección y el
esfuerzo requerido de forma sencilla y automática. De esta forma se pueden
regular de diferente manera la respuesta de la dirección según se esté en
labores de transporte o campo. Además, la dirección eléctrica permite mayor
libertad en el diseño del interior de la cabina.
También tiene detractores la dirección
eléctrica y sus “sucedáneos” (asistencia eléctrica de la dirección) Aquellos a
los que no les gusta, esgrimen en su contra la pérdida de tacto al conducir;
vienen a decir que es como usar una “Play Station”.
El tacto de dirección es la fuerza que hace la
dirección para regresar a la posición central. Al conductor le gusta sentir ese
tacto porque genera confianza. Con una dirección eléctrica no hay sensación que
suba por la columna de la dirección, aunque se pueden conseguir sensaciones que
mitiguen la sensación de desconfianza que genera saber que entre el volante y
las ruedas “no hay nada”.
Ejemplos de dirección eléctrica de algunos
fabricantes
John Deere: Dispone de un novedoso
sistema de dirección que de momento solo incorpora en algunos modelos
fabricados en Waterloo (EEUU) y que comercialmente denomina Active Command
Steering (ACS)
El sistema ACS reduce el esfuerzo aplicado
sobre el volante; además la resistencia del volante varía automáticamente con
la velocidad de avance: Se reduce el esfuerzo de giro del volante a velocidades
bajas durante maniobras en cabecero y se aumenta el momento de giro del volante
a velocidades de transporte.
Para su implementación utiliza la detección de
carga de la presión hidráulica y una bomba de compensación de presión y caudal que
produce la respuesta de la dirección. Unos potenciómetros de giro en el volante
y de ángulo de ruedas, más unos sensores capaces de medir la velocidad de giro
del tractor a velocidad de transporte (giroscopio) envían las señales a la
central electrónica. El control, a través de las válvulas de dirección, comanda
el aceite al sistema mediante una bomba de accionamiento eléctrico.
Con el sistema ACS se eliminan las reacciones
violentas que a veces se puede provocar en una columna mecánica a través del
eje y el distribuidor. También puede variar los giros, tope a tope, del volante
con el ángulo de dirección (3,5 giros en cabeceros y 5 giros en velocidad de
transporte)
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| Motor eléctrico en cubo de rueda del Multitooltrac |
Con la eliminación de esfuerzos, John Deere,
consigue entregar el tractor con un volante de tan solo 345 mm. Además, el
sistema permite una perfecta integración con el sistema de autoguiado.
New Holland: Aunque no es exactamente un sistema de
dirección eléctrica, si que con el sistema de New Holland se puede controlar y
personalizar la dirección hidrostática.
El fabricante “azul” le denomina
comercialmente CustomSteer. El sistema consiste en una función de giro
variable para favorecer la maniobrabilidad con menos giros del volante.
Con el sistema se puede personalizar el ratio
de giro del tractor; eligiendo desde 1 vuelta, de tope a tope, del volante a
casi 5 vueltas (en concreto los ratios preseleccionados son: 1:1; 2:1; 3:1 y el
estándar 4,7:1; aunque se puede incluso personalizar. Y también se puede
personalizar de forma independiente la respuesta marcha adelante de la marcha
atrás que suele ser muy útil para hacer la respuesta más agresiva en avance y
menos en retroceso como suele gustar para el trabajo en cabeceras o para
maniobras con remolque marcha atrás.
El sistema, cuando detecta que la velocidad
sobrepasa los 25 km/h entonces se vuelve a la sensibilidad estándar de 4,7
vueltas entre topes.
Massey Ferguson: Tampoco Massey Ferguson ofrece una dirección
eléctrica, su oferta consiste en la posibilidad de automatizar y personalizar la
respuesta de la dirección. El sistema es similar al ya comentado de New
Holland.
Comercialmente Massey denomina al sistema SpeedSteer.
y permite al operador ajustar la relación de dirección y seleccionar el número
de giros del volante requerido para una cantidad dada de ángulo de dirección.
Same Deutz-Fahr: El grupo italiano SDF lleva tiempo
desarrollando sistemas muy interesantes con respecto a la dirección. Tres son
los sistemas dignos de mención, los comercialmente denominados SDD (que en
realidad no es una dirección eléctrica si no un orbitrol de doble cilindrada
para poder configurar de dos formas la relación de dirección) y EasySteer y el
SteeringPro. Estos dos últimos son los que se analizan bajo estas líneas.
- EasySteer: Se monta en tractores de
150 a 340 CV y va ligado el sistema a la preinstalación del autoguiado por GPS
AgroSky. Se trata de un distribuidor orbitrol con control electrónico capaz de seleccionar
hasta cinco relaciones distintas entre volante y dirección
- SteeringPro: Sistema muy revolucionario,
aunque con un concepto simple. La inventiva está en su aplicación. Con el
sistema se reduce mucho la complejidad hidráulica. Se consigue colocando un engranaje
planetario entre el volante y los cilindros de dirección. Con un motor
eléctrico se controla el ángulo de dirección y la velocidad de dirección en
función de la situación.
Compresor del aire acondicionado
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| Turbo eléctrico Garrett |
Fabricantes como Denso tienen desde hace bastantes
años una línea de compresores exclusivamente accionados por motores eléctricos.
La gran ventaja es que te olvidas de correas y mantenimientos de las mismas;
además este tipo de accionamiento reduce la potencia consumida por el
compresor.
Maquinaria agrícola con demanda
eléctrica
En la 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 que se vaya
adquiriendo, o modificando, debe ser capaz de procesar la información ya
disponible y, además, debe ser capaz de dar respuesta a las exigencias del
agricultor.
Un cable de alimentación, o un cable de datos, una
unidad de control y un actuador eléctrico son elementos suficientes para hacer
que una sembradora pueda alterar la dosis de semilla de forma automática, por
georreferencia o de forma manual desde la cabina del conductor a través de una
línea de comunicación isobus.
Hay más ventajas en la electrificación de la
maquinaria agrícola y son ventajas 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.
Abonadoras, pulverizadores,
hileradores: En máquinas como
abonadoras, pulverizadores, etc. el uso de energía eléctrica proporciona 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.
TRANSMISIÓN EN VEHÍCULOS
ELÉCTRICOS
Si en la I parte se hablaba de la enorme “meseta” de
par que tiene un motor eléctrico, el lector puede preguntarse ¿por qué se
necesita la transmisión?
Efectivamente, el motor térmico genera par y
potencia utilizables en una banda estrecha de revoluciones. De ahí que se
calcule la transmisión para que un conductor que haga buen uso de la misma,
pueda mantener al motor en esa banda “eficiente” de revoluciones.
Pero los motores eléctricos proporcionan el 100 % de
su par desde velocidades muy bajas (en un motor de CC desde 0 y en uno de CA
desde 400)
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| Abonadora Vicon centrífuga con actuadores eléctricos |
¿Por qué poner una transmisión en
un vehículo eléctrico?
En realidad, hay muchos vehículos eléctricos,
automóviles, coches y motos, que no incorporan transmisión, por ejemplo casi
cualquiera de las motos eléctricas de alquiler que pululan ahora por las
grandes ciudades o incluso vehículos más grandes, como el Tesla Model S.
Analizando el Tesla Model S se observará que dispone
de un motor eléctrico en cada eje (también hay versiones con un motor en el eje
delantero y dos en el trasero). La transmisión en dicho turismo es muy sencilla
y consiste en una desmultiplicación 9.73:1 (patente US 8.453.770 B2)
Hay bastantes opciones más. Una a la que recurren
varios fabricantes es la de montar dos motores eléctricos, uno para baja
velocidad y otro para la alta. En este caso la distribución de potencia entre
los motores está determinada por la eficiencia óptima en cada instante. La
diferente velocidad de avance del vehículo se consigue jugando con el amplísimo
rango de giro de los motores eléctricos, 0 a 15.000 o incluso más.
Con las características de los motores eléctricos la
transmisión por tanto podría reducirse a una relación única y fija y que
incluso puede permitirse el lujo de eliminar el embrague de su línea
cinemática.
Vehículos "grandes"
Pero cuando analizamos vehículos “grandes” la cosa
empieza a cambiar. Y es que efectivamente una transmisión complica el montaje y
encarece el vehículo, pero presenta una clara ventaja y es intentar no
desperdiciar energía de la batería.
Existen otras razones a la hora de decidir si se
opta o no por transmisión como es la naturaleza del motor eléctrico (no es lo
mismo corriente alterna que continua, y no tiene igual comportamiento un motor
síncrono con otro asíncrono) y la arquitectura de montaje (un motor, uno por
eje, uno en cada rueda…)
En cualquier caso, lleve o no transmisión, el
vehículo eléctrico dispone de transmisiones mucho más sencillas que las
convencionales para motores de combustión.
Tractores: En el caso de los tractores, debido a la enorme
variedad de faenas agrícolas que se realizan con el tractor, prescindir de la
transmisión no es posible. Es cierto que se podría hacer en el hipotético caso
de que el tractor realizase solamente labores de transporte.
En la siguiente entrega se analizan algunos diseños
de diferentes fabricantes. Se verá que una de las opciones más utilizada es la
de colocar un motor por rueda. Cada motor se acciona mediante un regulador de
velocidad, controlado por microprocesador, y con un sistema de engranajes para
reducir la carga en los motores.
La disposición de un motor por rueda genera nuevas
oportunidades en el control dinámico del vehículo puesto que se puede regular
el par en cada rueda por separado y la velocidad de los ejes delantero y
trasero eliminando el fenómeno Wind-Up o deformación por torsión.
Fenómeno Wind-Up: Se trata de un
par de torsión que se genera en los componentes del vehículo cuando se coloca
la tracción en las cuatro ruedas y se hace un giro sin existir un diferencial
central y como consecuencia de que las cuatro ruedas recorren distancias
diferentes. El problema suele aparecer cuando se circula con la doble tracción
conectada en superficies duras generando un estrés de torsión que puede
ocasionar daños en las transmisiones.
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By: Catalán Mogorrón, H.
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