Revista Producción
PRODUCCION Agroindustrial del NOA




Mecánica:
CONSUMO DE COMBUSTIBLE DEL TRACTOR
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La combustión más eficiente sólo tiene lugar en presencia de la cantidad óptima de aire.
El aprovechamiento de la energía contenida en el combustible depende de la eficiencia con éste se convierte en gas carbónico y vapor de agua. Eso tiene lugar a través de una reacción química que desprende calor en cada explosión del motor y eleva la temperatura de los gases confinados en las cámaras de combustión, originando allí el importante aumento de presión que desplaza el pistón y su biela para producir el movimiento de rotación del cigŁeñal. Por tal razón, la proporción de combustible y comburente (oxígeno) presentes en cada explosión es el factor más importante que rige el funcionamiento de los motores diesel y determina su eficiencia.

El combustible no presenta mayores problemas; su dosificación, impulsión e ingreso a las cámaras de combustión son realizadas por el sistema de inyección, mecanismo cuya precisión siempre fue el alma del ciclo diesel y por eso es mantenido en óptimas condiciones de funcionamiento. Pero, la disponibilidad de combu-rente al momento de cada explosión presenta limitaciones -si no se dispone de la cantidad necesaria de oxígeno, el combustible es mal aprovechado y el consumo específico aumenta significativamente.

CAUSAS
Cuatro son los factores principales que causan una baja disponibilidad de oxígeno en la cámara de combustión del motor de un tractor agrícola: 1- Altura sobre el nivel del mar y temperatura ambiente; 2- Ubicación, longitud y características de los conductos de aire; 3- Restricción del filtro de aire y 4- Velocidad de rotación del motor. Seguidamente examinaremos en detalle cada una de estas causas.

Altura y temperatura:
A medida que aumenta la altura sobre el nivel del mar se dispone de menos gramos de oxígeno y nitrógeno por litro de aire que llega a la cámara de combustión. En consecuencia, manteniendo constante el ingreso de combustible diesel, su combustión será incompleta, la temperatura alcanzada será menor, la presión sobre los pistones disminuirá, afectando en la misma medida las fuerzas sobre las bielas y el cigŁeñal.
Iguales efectos se observan los días de alta temperatura ambiente a cualquier altitud -al disminuir la densidad del aire, disminuye la potencia que puede desarrollar el motor. Eso explica la mejora de rendimiento de los motores diesel en los trabajos nocturnos, efecto muy considerable cuando se realizan tareas pesadas.

Conductos de aire:
El aire es aspirado desde los cilindros por la succión ejercida al desplazarse los pistones en la carrera de admisión, y su temperatura aumenta al acercarse al bloque del motor debido al calor irradiado por éste en su funcionamiento. El efecto es mayor cuando los múltiples de aspiración y escape se encuentran muy próximos y cuando ambos conductos son vecinos en la tapa (cabezal) de los cilindros. Como en el caso anterior, la llegada de aire caliente a la cámara de combustión determina que en ella se disponga de menos gramos de oxígeno y nitrógeno por litro de aire para el funcionamiento del motor, con las consecuencias ya mencionadas.
Para mejorar la disponibilidad de aire en las cámaras de combustión también se tiene en cuenta la longitud de los conductos, la presencia de curvas y codos en su recorrido, su rugosidad interna y la disposición de todos ellos sobre el tractor, tratando de disminuir los efectos de la inercia y el roce de los gases en su desplazamiento, la funcionalidad de todos los sistemas, la simplicidad de su desarmado y armado, etc.

Filtro de aire:
El aire que ingresa a las cámaras de combustión debe ser cuidadosamente filtrado para evitar la erosión que las partículas de sílice, normalmente presentes en la atmósfera, originarían sobre las piezas en movimiento. Es así que en algún lugar del trayecto entre la boca de admisión al sistema y el motor se intercala un filtro, superando los viejos sistemas en los cuales el aire era obligado a burbujear en aceite para que éste retuviera la suciedad. Hoy es universal el empleo de filtros de papel especial, ubicados en recipientes fácilmente accesibles y desarmables.
La presencia de esos filtros en el circuito de ingreso de aire al motor es absolutamente imprescindible, pero restringe notablemente la disponibilidad de aire en las cámaras de combustión, debido a que constituyen una barrera a su paso hacia el motor. Además, la suciedad que poco a poco se acumula sobre el papel de los filtros reduce parcialmente la sección de los pequeñísimos orificios por los que debe pasar el aire. Este efecto, si bien permite retener mayor cantidad de polvo, aumenta la restricción normal al paso del aire; es decir, cuando el filtro está sucio, su acción filtrante es mejor, pero la restricción al paso del aire reduce notablemente la potencia que puede ser generada por el motor. La limpieza o cambio frecuente del filtro de aire tiene por objeto reducir esa pérdida.

Velocidad del motor:
Es el factor más importante que normalmente afecta la disponibilidad de aire en las cámaras de combustión y dentro de ciertos límites, y el único que puede ser controlado por el tractorista. El ingreso de aire a cada cilindro se produce a través de su válvula de admisión durante la carrera de aspiración del pistón, momento en el que la válvula se separa de su asiento por efecto de la leva y el sistema de palancas que la accionan.
A medida que aumenta la velocidad de rotación del motor, el movimiento de apertura y cierre de la válvula se realiza un mayor número de veces por unidad de tiempo, por lo que el tiempo que la válvula permanece abierta para permitir el paso de aire se reduce. En un motor diesel de cuatro tiempos que gira a 1.000 rpm se producen ocho períodos de aspiración por segundo, pasando a 20 por segundo cuando el motor trabaja a 2.500 rpm, siendo estos ritmos los mismos para las válvulas de escape. La velocidad con la que se mueven todos estos elementos mecánicos, sumada a las deformaciones originadas por las temperaturas a las que trabajan, determina que las válvulas nunca se encuentren abiertas del todo ni cerradas del todo, existiendo fugas por el escape de una parte de los gases limpios y retrocesos por la adimisión.
Vemos entonces que a medida que aumenta la velocidad de rotación del motor, disminuyen los gramos de aire disponibles para combinarse con el combustible. Este proceso tiene características similares para los motores diesel fabricados en los últimos 35 años y representa un aumento del consumo específico de aproximadamente el 20% para motores de 2.500 rpm con respecto a los de 1.500 rpm (velocidad de régimen). Como la tendencia manifiesta es contar con motores de 2.000 a 2.500 rpm a velocidad de régimen, los menores consumos específicos logrados por mejores diseños (10% en 35 años) son deslucidos por las mayores velocidades de rotación de los motores actuales. Asimismo, en las tareas de campo el consumo específico también aumenta porque generalmente se opera con cargas menores a la máxima posible para cada velocidad.

CONCLUSIONES
Los conceptos expresados y el actual estado de la tecnología de motores diesel permiten llegar a las siguientes conclusiones:
1- La reducción del consumo específico siempre ha sido un objeto importante en la fabricación de motores, y para lograrlo es necesario disponer de la mayor cantidad posible de aire dentro de la cámara de combustión en el momento de la inyección de combustible. Con ese fin se ha mejorado la precisión de los mecanismos y se emplean materiales de mejor calidad, pero los avances más trascendentales son los sobrea-limentadores de aire y los dispositivos que lo enfrían después de ser comprimido pero antes de su ingreso al motor. En los últimos años, se han difundido los sensores y controles electrónicos de la inyección del combustible, que constituyen un importante perfeccionamiento del sistema clásico. Estos elementos generalmente son aplicados en equipos de más de 100 Kw, razón por la que sus consumos específicos son algo menores que los tractores de menor potencia.
2- Analizando los consumos específicos resultantes de ensayos de laboratorio realizados en Argentina, con más de 199 modelos y 11 marcas comerciales, lanzados al mercado entre 1960 y 1990, se observa que los promedios de consumo específico correspondientes a las tres décadas muestran reducidas diferencias entre sí, rondando de 5 a 10%.
También puede notarse la gran dispersión que existe para ambos parámetros (velocidad de rotación del motor y consumo específico) entre unidades ensayadas en cada década, así como también una correlación similar entre el incremento de la velocidad de rotación para la potencia de régimen y el aumento del consumo específico para las tres décadas, valor que oscila alrededor de 20% al pasar de 1.500 a 2.500 rpm. De todas maneras, como la potencia desarrollada por un motor depende por igual del par motor actuante sobre el cigŁeñal y de su velocidad de giro, es razonable un incremento prudente de esta última para elevar el aprovechamiento de la unidad.
3- Los consumos específicos de tractores resultantes de los ensayos de laboratorio pueden ser tomados sólo como referencia, debido a que en el trabajo de campo, como promedio de un año de labor, la potencia desarrollada es del orden de 50 a 60% de su valor máximo, con velocidades muy variables del motor, temperaturas diurnas y nocturnas, filtros de aire en diversos estados, etc. En consecuencia, los consumos específicos reales son alrededor de 30 a 50% superiores a los que surgen de los ensayos; estos resultados son diferentes para el mismo motor, según su aspiración de aire sea natural o asistida y más aún cuando interviene un postenfriador.
4- El ciclo diesel tiene límites termodinámicos bastante estrechos para su funcionamiento, que no pueden ser superados. El mejor nivel de conversión de calor en trabajo mecánico que puede alcanzarse determina un consumo específico del orden de los 220 a 240 g/Kw.h. En este caso el combustible se aprovecha aproximadamente en 36 a 39%.

Por Ing. Eduardo D. Destaillats
Fuente: Agricultura de las Américas,
Ene/Feb 1998, Año 47, Nº 1
Gentileza: CIMSA

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