resistencia del suelo a la máquina

1. 7/11/2016
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CALCULO DE LA
RESISTENCIA DEL SUELO A
LA MÁQUINA

2. 7/11/2016
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Agenda para Hoy
• Combinación de tractores e Implementos
• Cálculo de la resistencia del suelo a la
máquina.-
•
• Combinación de tractores e Implementos
Cuando se combina un tractor y un
implemento, se deben considerar 3 factores
importantes:
•
• 1. El tractor no debe sobrecargarse si no
ocurrirán fallas tempranas de los
componentes.
•

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• 2. El implemento,¸debe remolcarse a la
velocidad apropiada para poder obtener el
rendimiento óptimo. Hay que combinar los
implementos con el tractor de manera que se
mantenga la velocidad adecuada (6,4km/h ó
más).
• 3. Se deben considerar las condiciones del
suelo, y sus efectos en el rendimiento de la
máquina.
• Con un tractor determinado, existe un grupo
disponible de potencia. Esta potencia
disponible se usa para:
•
• 1. Mover el tractor sobre el suelo
• 2. Remolcar el implemento sobre el suelo
• 3. Impulsar el implemento para trabajo útil
•

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• Mientras más suave o suelta sean las
condiciones del suelo, la cantidad de potencia
será mayor la consumida debido a la mayor
resistencia a la rodadura. Esto reduce la
disponibilidad de potencia utilizable en la barra
de tiro.
• Cálculo de la resistencia del suelo a la
máquina.-
• La tabla 1, enumera algunos regímenes de
tracción unitaria para aquellos implementos
que tienen requisitos más altos de potencia por
metro de ancho. La tabla también muestra los
KW requeridos por metro de ancho a una
velocidad típica en el campo para la mitad en la
escala de tracción.

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OPERACIÓN KG DE TRACCIÓN / MT DE ANCHO VELOCIDAD TÍPICA
(km/h)
KW EN LA BT/mt
Aradura
(Prof. 20cm)
Gumbo 1890 6,4 33
Arcilla 1590 6,4 28
Limo 1440 7,2 29
Limo-arenoso 1060 8,0 23
Arena 530 8,0 11,7
Aradura cincel
(Prof. 20cm)
Duro, seco 1210 6,4 21
Limo arcilloso
Mediano, buena humedad 760 8,0 16,7
Arena, limo arenoso 300 9,6 8
Cultivador de campo
Suelos arcillosos firmes o
Condiciones secos y duros 985 6,4 17
Limo arcilloso 680 8,0 15
Limo arenoso 455 8,0 10
arena 225 9,6 6
Rastra Disco Tandem
Tiro Pesado 455 6,4 8
Tiro Mediano 300 8,0 6,7
Tiro Liviano 150 9,6 4
Disco Tandem excéntrico o Pesado
Tiro Pesado 605 6,4 10,7
Tiro Mediano 490 8,0 10,7
Tiro Liviano 380 9,6 10
Disco Unidireccional
Tiro Pesado 605 6,4 10,7
Tiro Mediano 455 8,0 10
Tiro Liviano 300 9,6 8
• La Tabla 2, es una muestra de la preparación
de una tabla que puede usarse para calcular
aproximadamente la potencia en la barra de
tiro y la relación entre potencia máxima a
potencia utilizable en la barra de tiro para las
diferentes condiciones del suelo:
•

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CONDICIONES DEL SUELO - KW
CONDICIONES DEL SUELO
KW UTILIZABLES EN LA BARRA DETIRO
COMO % DE KW MÁX. EN LA TDF
RELACIÓN DE KW MÁX. EN LA TDF A KW
UTILIZABLES EN LA BARRA DE TIRO
Firme 67% 1,5
Cultivada 58% 1,8
Suave o arenoso 48% 2,1
• A veces es útil saber la relación de KW en la
TDF, máxima a KW utilizables en la barra de
tiro. Las cifras de relación de la Tabla 2,
pueden usarse para facilitar el cálculo de KW
máximas requeridos en al TDF, cuando se
conoce la potencia en la barra de tiro
requerida por un implemento.
•

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• Si un implemento como un arado se va a usar
en suelo firme, los KW requeridos en la barra
de tiro deben multiplicarse por 1,5 para
obtener los KW máximos en la TDF. Pero si la
superficie ha sido cultivada, las KW en la TDF
serán 1,8 para las KW requeridas en la barra
de tiro.
Ejemplo
• Un agricultor desea saber qué tamaño de
tractor se necesita para remolcar un arado con
5 discos de 40 cm de diámetro en un suelo
entre mediano y pesado considerado firme.
La información en la Tabla 1, muestra lo
siguiente; 33KW/m para suelo fangoso y 28
KW/m para la arcilla. Se usarán 30 kW/m en
la barra de tiro como término medio.
•

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• Ancho del arado 40 x 5 = 200cm = 2 m
•
• 2 m x 30 kw = 60 kw
• m
• requeridos en la barra de tiro
Potencia
• Es la capacidad de ejecutar un trabajo a una
velocidad determinada. Generalmente se
expresa en unidades de H.P.
• HP= 33.000 pies/lbs por minuto = 746 watts
• La altura sobre el nivel del mar afecta la
potencia útil de los motores arriba de los 1.000
metros del orden del 1%, por 1/100 metros de
altura. Así una máquina trabajando en 3.000 m
tendría una pérdida del 20%.

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• Potencia necesaria.- Es la requerida para realizar
un trabajo.
• Potencia disponible.- Es la suministrada por la
máquina para ejecutar cierta cantidad de
trabajo.
• Potencia utilizable.- Es la potencia disponible
para realizar un trabajo acorde a los
requerimientos que se presentan durante el
desarrollo del mismo.
• Potencia necesaria.- Está íntimamente
relacionada con el trabajo a desarrollar. Su
determinación depende de los siguientes
factores:
• Resistencia a la Rodadura.- Es la fuerza que
opone el terreno al giro de las ruedas. El
vehículo no se mueve, mientras no se venza esta
fuerza, que se mide en Kg.
• Resistencia a la Pendiente.- Debido a la fuerza
de gravedad que actúa sobre el tractor, la
inclinación del terreno ofrece resistencia al
movimiento de la máquina en el ascenso.

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• a) Resistencia a la Rodadura.- Depende de
muchos factores, los más importantes son:
• Fricción interna
• Flexión de los neumáticos (interna)
• Penetración en el suelo
• Peso robre las ruedas
• Los dos primeros factores pueden
considerárselas como valores constante.
• Se ha encontrado mediante una serie de
ensayos y pruebas empíricamente que su efecto
expresado en Kg constituye aproximadamente
del 2% del peso bruto del vehículo,
representado en ton., vendría a dar 20kg/Ton.

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• Esto significa que se requieren de 20 kg
de empuje o tiro para mover cada
tonelada de paso sobre las ruedas.
• Este valor es el factor de resistencia al
rodado en un vehículo con ruedas que
marcha por un camino duro, parejo y a
un nivel, tal como una carretera de
asfalto.
• Para otras condiciones del terreno este factor
varía entre factor de resistencia a la Rodadura.
• 20 Kg/Ton – 200 kg/Tn, a medida que el
terreno sea más suelto
• 70 kg/Ton – 100 kg/Ton - 150 kg/Ton
• (suel. Med) (suel. Húmedo) (encharcados)

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• La resistencia a la Rodadura (Rr) es igual a:
• RR = Peso sobre las ruedas (Ton) x
Factor RR (Kg/Ton) = Kg
• (Implemento + vehículo) + carga (Tipo
de suelo)
• Ejemplo:
Cuál será la resistencia de rodado de un sistema
tractor – sembradora, que marcha por un
camino parejo de grava endurecida, que cede
ligeramente bajo la carga. El peso del tractor es
de 4.400 Kg, y el de la sembradora es de 500 kg.
La capacidad de la sembradora es para 150 kg
de semilla y la de la fertilizadora también de 150
kg

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• Peso sobre las ruedas = 4.400 + 500 + 150 +
150 = 5.200 kg
• RR = 5,2 Ton x 32,5 kg/Ton = 169 Kg
• Resistencia a la pendiente.- Es la fuerza de
gravedad que debe vencerse cuando se marcha
cuesta arriba y actúa sobre el peso total de
cualquier vehículo.
• Cuando se marcha cuesta arriba un vehículo
debe vencer la resistencia al rodado (RR), más
la resistencia de la pendiente (RP).
• Al marchar cuesta abajo, el factor de ayuda en
la pendiente (AP) le facilita vencer la resistencia
al rodado, por cuanto es una fuerza adicional
en la propulsión del vehículo

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• Cuando el movimiento se realiza en terreno
plano, el vehículo solo debe vencer la (RR).
•
• Las pendientes se miden generalmente en %
de inclinación o declive o sea la relación entre
la diferencia de nivel de 2 puntos dados y la
distancia horizontal que los separa.
• Ejemplo,
• un desnivel de 3 metros en una distancia
horizontal de 50 mts construiría una pendiente
del 6%.
•
• 100% 50m
•
• x 3 m
•
• x = 6%

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• Tanto la resistencia como la ayuda en las
pendientes se calculan en forma empírica,
determinando que por cada 1% de desnivel se
produce una fuerza adversa o favorable de 10kg
por Ton de peso del vehículo.
• RP (AP) = Peso total + peso de carga x 10kg/Ton x % de inclinación
• (Peso total sobre las ruedas)
•
• Maquinarias agrícolas = pend. Máx. del 30%
•
• Ejemplo.- El conjunto tractor - sembradora del
ejemplo anterior debe subir una cuesta del 4%.
La superficie del camino es de arcilla dura con
baches que cede bastante bajo el peso. ¿Cuál
es la resistencia de la pendiente?. ¿La
resistencia al rodado?. ¿La resistencia total?.
•
• Peso total + carga = 4400 + 500 + 150 + 150 =
5200 kg = 5,2 Ton
•
• RP = 5,2 Ton x 10 kg/Ton x 4% = 208 kg

16. 7/11/2016
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• Para suelo firme, multiplicar las KW en la barra
de tiro por 1,5 para obtener las KW nominales
de la TDF requeridas:
•
• 60 x 1,5 = 90KW . TDF requeridas
• Ejemplo.-
• ¿Cuán grande debe ser el disco excéntrico
pesado que se puede remolcar con un tractor
clasificado como de 108kw máximos en la
TDF?. Se asume que la velocidad es de 8km/h,
las condiciones del suelo son firme y la
tracción es de 605 Kg/m de ancho.
•

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• kw utilizables en la barra de tiro = 67% de kw
máx. TDF
• = 0,67 x 108 = 72.36 kw
•
• Ancho = kw utilizable en la barra de tiro x 368
• Veloc. (km/h) x tracción por m
•
• A = 72,36kw x 368 = 5,5 mts
• 8km/h x 605kg/m
• El disco de ancho máximo que puede
remolcarse en esta situación es de 5,5 mts.
• Las probabilidades son que se comprará un
disco de 5 – 6 mts para tener un margen de
requisitos de potencia.
• Calcular el tamaño de los motores para
períodos críticos de trabajo.
• Ya se discutió la combinación del tamaño de la
máquina para ajustarse al tiempo disponible.
Una tarea importante de manejo es combinar
adecuadamente los motores con estas
máquinas.
•

18. 7/11/2016
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• Ejemplo.- Usando una situación típica de
una zona maicera, en el que se desea
seleccionar un arado y tractor. Suponer
que los registros muestren lo siguiente:
Ejemplo de Registro de tiempo de trabajo:
MES CALENDARIO PROMED. DE TRABAJO
PROMEDIO TOTAL
(Horas/meses) TRABAJO
Octubre 31 18 96
Noviembre 30 15 75
Marzo 31 14 70
Abril 30 16 96
Total 122 63 337

19. 7/11/2016
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• No se debe basar la selección de maquinaria
en condiciones promedio de tiempo, pues
estas variarán de año a año. Suponer que en
la zona agrícola hay un máximo de 225 horas
de trabajo disponibles en los años de malas
condiciones climáticas.
• Esto significa tener que elegir el tamaño de
tractor y arado debido para 225 horas de
trabajo.
•
• Entonces no se debe contar con tener el
tractor y arado trabajando continuamente.
Algunos expertos dicen a los más un 85% del
tiempo disponible de trabajo se gasta en el
campo.
• Esto reduce aún más el tiempo verdadero de
trabajo a 85% de 225 horas, a un total de 191
horas.

20. 7/11/2016
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• Ejemplo.-
• Se aran 400 Ha al año en un suelo limo
arcilloso, con condiciones de tracción firmes,
¿qué tamaño de tractor y arado serán
requeridos?, ¿cómo combinar el tamaño del
implemento y tractor con el tiempo disponible
de trabajo?.
• 191 horas de trabajo para arar 400 Ha
•
• 400Ha 191 h
• x Ha 1 h
•
• Capac. Requerida = 400 = 2,09 Ha/h
• 191
•
• Ef = 80%
•
• V = 7 Km/h
•
• C.E.C. = V x A x EP
• 10 100
•
• A = 10 x Cap.EC x 100 = 10 x 2,09 x 100 = 3,7 mts
• V E 7 80

21. 7/11/2016
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• Un arado con 9 cuerpos de 40cm arará un
ancho de 3,7 mts
•
• Tracción del arado = 23Kw/m
•
• Para calcular las kw en la barra de tiro,
multiplicas las kw/m por el ancho del
implemento:
•
• 23kw/m x 3,7 m = 85 kw en la barra de tiro
•
• Relación de potencia barra de tiro TDF = 1,5
(tabla 2)
•
• 85kw barra de tiro x 1,5 = 127,5 kw máximo
TDF requeridos

22. 7/11/2016
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• RESUMEN:
• Recordar que cuando se combinan los
implementos y tractores, se requiere un
margen de error para las variaciones en las
condiciones del campo.
• Las tablas son solo una guía.
• Se deben usar las cifras propias cada vez que
sea posible.
• Las alternativas de tener equipo de sobre
tamaño durante años con menos días de
trabajo incluyen contratar operadores o
arrendar máquinas.
•
• Fórmula para calcular la fuerza de tracción o
resist. a la rodad.
•
• W = Fe x P; de donde
•
• W = Fuerza de tracción (kg)
• Fe = Coef. De tracción
• P = Peso que actúa sobre las ruedas

23. 7/11/2016
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• 1. ¿Qué tamaño de tractor se necesita para
remolcar un arado de 45cm de ancho de disco,
con 5 cuerpos en suero arcilloso?.
• Datos:
• Ancho del disco = 45cm At = 0,45 x 5 = 2,25m (ancho
del implemt)
• # de discos = 5
• Tracción del arado = 28 kw en la b de t
• 28 kw / m x 2,25m = 63 kw en la b de t
•
•
• Tomando de la tabla 2
•
• De suelo arcilloso, Relación, Potencia, barra
de tiro TDF = 1,5 kw
•
• 63 kw x 1,5kw = kw TDF requeridos
•
•
•
•
•

24. 7/11/2016
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Ejemplo
• ¿Qué tamaño de tractor y arado es requerido
para arar 500Ha, de un suelo limo arcilloso, en
un tiempo disponible de trabajo de 320h, con
una eficiencia del 80% a una velocidad de
operación de 7km/h.
• Datos
• Suelo limo arcilloso
• T = 320 horas
• Ef = 80%
• V = 7km/h
• CEC = 1,56 Ha/h
•

25. 7/11/2016
25
• Para calcular el tamaño del arado = 2,78 m = 9
• 0,30m
•
• Tamaño del arado = 9 discos de 28” de Ø
•
• El arado es de 9 cuerpos, con una distancia entre cuerpos de 30
cm
•
• Factor de resistencia = 1440 kg/m de ancho
•

26. 7/11/2016
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• Tracción = Ancho de corte x Fact. De resist.
•
• = 2,78m x 1440 kg/m = 4003,2 kg
•
• P = T x V = 4003,2 kg x 7 km/h = 76 kw
• 368 368
•
• P = 76 kw en la BT x 1.5 kw = 114 kw en la TDF
•
• P = 144 kw x 1,34 HP = 153 HP en TDF
• kw
• Ejemplo:
• Se tiene un tractor de 75 kw al TDF, se desea
comprar un arado de vertedera, y se ara a una
profundidad de 20 cm, cuando casi todo el
suelo es limoso. ¿Qué tamaño de arado se
comprará, asumiendo las condiciones de suelo
limoso?.
• RR = 5,2 Ton x 50 kg/Ton = 260 kg
•
• Resist total = 208 + 260 = 468 kg

27. 7/11/2016
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• Ejemplo:
• ¿Cuál será la resistencia en la pendiente de un
tractor acoplada en una rastra. El tractor tiene
un peso de 5000 kg, y la rastra de 300 kg. La
pendiente tiene una inclinación del 5% FRR =
80kg/Ton. ¿Cuál será la resistencia total?
•
• Peso total sobre las ruedas + carga = 5000 + 300 = 5300 kg = 5,3 Ton
•
• RP = 5,3 Ton x 10 kg/Ton x 5 = 265 kg
•
• RR = 5,3 Ton x 80 kg/Ton = 424 kg
•
• Resist total = RR + RP = 265 + 424 = 689

28. 7/11/2016
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• Ejemplo:
• ¿Cuál será la resistencia total de un tractor con
un peso de 7000 kg, acoplada con una
sembradora-fertilizadora, de peso total igual a
900kg, que trabaja en un suelo suelto con Fr =
75 kg/Ton, en una colina del 8%, yendo el
tractor de bajada?.
•
• Peso total = 7000 kg + 900 kg = 7900 kg = 7.8 Ton
•
• RP = 7,9 Ton x 10 kg/Ton x 8% = 632 kg
•
• RR = 7,9 Ton x 75 kg/Ton = 592,5 kg
•
• R. Total = 632 – 592,5 = 39,5
•

29. 7/11/2016
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• Como la marcha es cuesta abajo, la fuerza de
632 kg, sería con factor favorable en vez de
adverso.
• En este caso, sería necesaria solo una fuerza
de 39,5 kg para iniciar el rodado del conjunto.
• En el caso de que el factor de ayuda por
pendiente fuera mayor que la resistencia a la
naturaleza, la diferencia entre ambos
constituirán un empuje cuesta abajo.
Próxima Clase
• COSTOS OPERATIVOS HORARIOS