Potencia Agricola

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Autor: Francisco Javier Ortiz Arévalo

Ingeniero Agrónomo

MAQUINARIA AGRÍCOLA

CAPÍTULO II

CÁLCULOS: potencias, pérdidas y

rendimientos del tractor agrícola

PREPARADO POR: Francisco Javier Ortiz Arévalo

INGENIERO AGRÓNOMO

ESCUELA NACIONAL DE AGRICULTURA

“ROBERTO QUIÑÓNEZ”, 24 de marzo de 2009

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Autor: Francisco Javier Ortiz Arévalo

Ingeniero Agrónomo

CÁLCULOS DE POTENCIAS Y RENDIMIENTOS.

El combustible posee energía potencial que es transformada en energía calorífica o térmica mediante una

reacción química exotérmica entre el hidrocarburo y el oxígeno del aire. Esta combustión es originada por

una chispa eléctrica en los motores a gasolina, a queroseno y a gas, o por autocombustión, en los motores

Diesel. El resultado final de éste proceso es la generación de potencia que pueda ser utilizada para el

arrastre o movimiento de aperos agrícolas que efectúen diferentes labores.

Se llama potencia (P) (desarrollada por un hombre o una máquina), al cociente entre el trabajo

efectuado (T) y el tiempo empleado (t) en realizarlo; por lo tanto, P = T/t.

Para fines de nuestro estudio, las unidades de potencia que se utilizarán son HP imperial (HP), HP métrico

ó Caballo de vapor (CV) ó Pferdestärke (PS), kg-m/seg, Ib-pie/min, Kw

CABALLOS DE FUERZA (Horse Power):

Ya desde el principio,

debemos aseguramos

que sabemos lo que

caballo de fuerza es.

Hace cierto tiempo,

alguien en Inglaterra

observó a un caballo

levantando sacos de

grano con un

elevador, y estimó

que podía levantar

550 libras a 60 pies

de altura en un

minuto. Así pues

calculó que un

caballo de fuerza era

550 libras pie por

segundo ó 33,000

libras pie por minuto.

Ahora es usual, al

medir fuerza, contrario a energía, escribir una “f” después de libras. Por lo tanto, al emplear unidades

británicas (imperiales) o métricas escribimos que 1 HP = 550 libras f pie por segundo o que 1 CV = 75

kilogramos f metro por minuto, para fines de este estudio basta con conocerlo, ya no será necesario

aplicarlo tal como se ha descrito.

Para fines prácticos definiremos HP como la potencia necesaria para levantar un peso de 33,000 libras

a la altura de 1 pie en un tiempo de 1 minuto, o la potencia necesaria para levantar un peso 75

kilogramos a la altura de 1 metro en un tiempo de 1 segundo. Además, los valores de las unidades

métricas e imperiales, son significativamente diferentes, de tal manera, que podemos disponer y utilizar

las siguientes equivalencias:

1 HP = l.0139 CV ó PS = 0.7457 kw = 33,000 Ib-pie/min = 2545 BTU = 641 Kcal.

1 PS ó 1 CV = 0.9863 HP = 0.735 kw = 75 Kg-m/seg = 2510 BTU = 633 Kcal.

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Autor: Francisco Javier Ortiz Arévalo

Ingeniero Agrónomo

CÁLCULO DE POTENCIAS DEL MOTOR:

En la actualidad, prácticamente toda la potencia de campo proviene de motores de combustión

interna y la mayoría de estos motores están montados en tractores agrícolas. La selección del nivel

adecuado de potencia en una granja es un problema muy complicado; no obstante, debido a que el

costo de la potencia es un aspecto de gran importancia en muchas operaciones, debe encontrarse

algún procedimiento lógico. Para su estudio, la potencia desarrollada por un motor de combustión

interna montado en tractores agrícolas, se puede clasificar de la siguiente manera:

1. Potencia ideal; Pid

2. Potencia indicada, Pin

3. Potencia al freno, Pb

4. Potencia de fricción, Pf

A continuación se desarrollarán una serie de ejercicios sobre estas potencias para un mismo motor

tipo que se pone a trabajar en una labor específica y que tiene las siguientes especificaciones técnicas:

– Consumo horario de combustible, Ch = 3gl/hr

– Presión media efectiva, pme = 5Kg/ cm2

– Diámetro del pistón, d = 10 cm

– Carrera del pistón, L = 12 cm

– Número de cilindros, n = 4

– Revoluciones a las que se determinan las potencias, N = 2400 rpm

– Torque que ofrece el motor @ 2400 rpm = 12 Kg-m

Potencia Ideal (P id):

La potencia Ideal, como su nombre lo

dice, es una potencia teórica, ya que

resulta de la energía liberada durante el

proceso de la combustión. Se calcula a

partir del consumo de combustible para

una determinada operación, dado en

volumen por unidad de tiempo. Además

se deben conocer algunas especificaciones

del combustible a utilizar. Así se tiene que

para el combustible Diesel se pueden

utilizar los datos siguientes:

· Densidad, D = 0.85 Kg/L =7.08 Ib/gl.

· Poder calorífico, Pc = 10,865 Kcal/Kg

=43,098 BTU/Kg =45.46 MJ/Kg.

· Equivalente Mecánico del Calor

EMC = 427 kg-m/Kcal.

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Autor: Francisco Javier Ortiz Arévalo

Ingeniero Agrónomo

Ejemplo: En cierta operación mecanizada, un MCI de tractor consume 3 galones de combustible por

hora de trabajo, para determinar la potencia ideal que desarrolla el motor Diesel se procede de la

siguiente manera:

Se parte del consumo horario de combustible, y se van conversionando las unidades, tomando como

base el sistema de unidades conveniente, de tal manera de ir usando los datos del combustible diesel

indicados arriba.

Pid = 3gl/hr x 1 hr/3600 seg x 3.785 L/gl x 0.85 Kq/L x 10865 Kcal/Kg x 427 Kg-m/Kcal

Pid = 3x1x3.785x0.85x10865x427

3600x1x1x1x1

Pid = 12438.3 Kq-m/seg x 1 CV/75 Kg-m/seg

Potencia Indicada (P in):

Esta potencia es aún teórica, ya

que es medida en la cámara de

combustión por instrumentos

especiales, los cuales miden la

presión media efectiva que es una

presión constante que se ejerce

durante cada carrera de fuerza del

motor. Esta potencia es

considerada teórica porque no

toma en cuenta las pérdidas por

fricción, es decir que su cálculo no

separa las potencias que

demandan las partes periféricas

(bombas, generadores, arranques,

etc) para su operación, por lo que

no se refiere a potencia mecánica

efectiva, que es la necesaria para

realizar el trabajo. Para calcular

esta potencia se necesita conocer

algunos datos técnicos del motor,

como los siguientes:

• Diámetro y carrera del pistón

• Número de cilindros

• Número de revoluciones a las que se obtiene la p.m.e.

Pid = 165.8 CV id

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Autor: Francisco Javier Ortiz Arévalo

Ingeniero Agrónomo

Para calcular esta potencia se utiliza la siguiente fórmula:

Donde:

pme = Presión media efectiva (Kg/cm2 ó lb/pu!g2)

A= Área de la cabeza del pistón (cm2 ó pu!g2)

L= Longitud de la carrera (cm ó pulg.)

n= Número de cilindros del motor

N= Revoluciones a las que se obtiene la p.m.e. (rps ó rpm).

2= Número de revoluciones necesarias para completar el

ciclo del motor de cuatro tiempos.

Ejemplo: Un motor de 4 cilindros de 10 cm de diámetro y 12 cm de carrera desarrolla una p.m.e. de

5Kg/ cm2 a 2400 rpm. Calcular la potencia indicada que desarrolla éste motor de cuatro tiempos.

Sustituyendo datos queda de la siguiente manera:

Pin = 5 Kg/ cm2 x 78.5 cm2 x I2cm x lm/100 cm x 4 x 2400 rev/min x 1 min/60 seg

2

Pin = 5x78.5x12x4x2400

2x100x60

Pin = 3768 kg-m x 1 CV

seg. 75 Kg-m/seg.

Potencia al freno (Pb).

Esta potencia es la primera

unidad práctica que da el motor

para realizar un esfuerzo útil, o

sea, que es una potencia real

del motor ya que en este caso si

se toman en cuenta las pérdidas

por fricción. Para calcular esta

potencia se utilizan datos

obtenidos del dinamómetro de

Freno Prony, de allí su nombre

de potencia al freno, así se

obtiene el torque o par motor

que se desarrolla a ciertas

revoluciones. Al aumentar las

revoluciones aumenta la

potencia pero disminuye el

torque. Esta potencia se calcula

por con la siguiente fórmula:

pme x A x L x n x N

P in = ------------------------------------

2

Pin = 50.3 CV in

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Autor: Francisco Javier Ortiz Arévalo

Ingeniero Agrónomo

Donde:

T = Torque del motor ( Kg-m ó lb-pie)

N= Número de revoluciones a las que se produce dicho torque (rps ó rpm)

716.2 = factor de conversión cuando T se usa en Kg-m y N en rpm. Se usa el

factor de 5252 cuando T se usa en lib-pie y N en rpm.

Ejemplo: Un motor de 4 cilindros desarrolla un torque de 12 Kg-m a 2400 rpm. Calcule la potencia al

freno.

Pb = 12 x 2400

716.2

Potencia de fricción (Pf).

La fricción es un factor de pérdida

de potencia y un productor de

calor. Recuérdese que la energía no

se destruye sino que únicamente se

transforma.

Las pérdidas

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