Maquina agricola

Motores y Máquinas Agrícolas
Francisco Domingo Molina Aiz
Escuela Superior de Ingeniería
Departamento de Ingeniería Rural
Almería, 2008

Profesor: Francisco Domingo Molina Aiz
Almería, 2010
Publicado en: www.ual.es/~fmolina

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Índice
Tema 1. La mecanización agrícola ............................................................................................7
1.1. Definiciones ................................................................................................................7
1.2. Principales tipos de maquinaria agrícola....................................................................7
1.3. Evolución del sector agrario .......................................................................................9
1.4. Índice de mecanización ............................................................................................13
1.5. Capacidad de trabajo y rendimiento.........................................................................14
1.6. Seguridad .................................................................................................................15
Tema 2. Tipos y elementos del tractor....................................................................................17
2.1. Tipos de tractores.....................................................................................................17
2.2. Partes de que consta el tractor.................................................................................18
2.3. Trabajos que puede realizar un tractor.....................................................................20
Tema 3. Elementos y sistemas de un motor de combustión interna ...................................21
3.1. Clasificación de los motores.....................................................................................21
3.2. Partes de los motores alternativos de combustión interna.......................................21
3.3. Procesos fundamentales ..........................................................................................29
3.4. Ciclo de un motor de cuatro tiempos........................................................................31
3.6. Sistemas de alimentación.........................................................................................35
3.7. Sistema de distribución.............................................................................................53
Tema 4. Ciclos teóricos de los motores endotérmicos.........................................................67
4.1. Introducción ..............................................................................................................67
4.2. Ciclo teórico Atkinson ...............................................................................................67
4.3. Ciclo teórico Otto ......................................................................................................71
4.4. Ciclo teórico Diesel...................................................................................................73
4.5. Ciclo Sabathe ...........................................................................................................75
4.6. Comparación entre los tres ciclos.............................................................................77
4.7. Presión media de un ciclo.........................................................................................79
Tema 5. Ciclos reales de los motores endotérmicos.............................................................81
5.1. Ciclo indicado ...........................................................................................................81
5.2. Variación de la presión en el cilindro........................................................................86
5.3. Cálculo de los rendimientos......................................................................................88
5.4. Rendimiento volumétrico ..........................................................................................89
5.5. Rendimiento mecánico .............................................................................................90
5.6. Diagrama circular......................................................................................................91
Tema 6. Comportamiento del motor en alimentación máxima y alimentación parcial.......93
6.1. Actuación del regulador............................................................................................93
6.2. Consumo horario y consumo específico...................................................................95
6.4. Curvas características ..............................................................................................96
6.5. Curvas de corte y reserva de potencia...................................................................100
6.6. Plano acotado de iso-consumo horario y específico. .............................................101
6.7. Optimización del punto de funcionamiento.............................................................102
Tema 7. Embragues. Elementos y cálculo............................................................................105
7.1. Misión del embrague ..............................................................................................105
7.2. Embrague de fricción de disco simple....................................................................105
7.3. Embragues de fricción de disco doble....................................................................110
7.4. Embrague de discos múltiples................................................................................111
7.5. Embrague cónico....................................................................................................112
7.6. Embrague centrífugo ..............................................................................................112
7.7. Embragues hidráulicos ...........................................................................................113

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7.8. Embrague de garras...............................................................................................114
Tema 8. Caja de cambios, diferencial y reducción final......................................................115
8.1. Necesidad de la caja de cambios...........................................................................115
8.2. Tipos de cambios ...................................................................................................116
8.3. Cambios de engranajes simples ............................................................................116
8.4. Caja de cambios con engranajes en toma constante ............................................118
8.5. Escalonamiento de marchas ..................................................................................120
8.6. Solape de marchas ................................................................................................123
8.7. Caja de engranajes planetarios..............................................................................123
8.8. Cambio hidrostático de velocidades.......................................................................126
8.9. Diferencial ..............................................................................................................128
8.10. Reducción final.....................................................................................................134
8.11. Semieje trasero ....................................................................................................135
8.12. Tren delantero......................................................................................................136
8.13. Tracción a las cuatro ruedas................................................................................136
Tema 9. Sistemas de enganche y de transmisión de energía ............................................139
9.1 Tipos de enganche..................................................................................................139
9.2. Elevador hidráulico.................................................................................................141
9.3. Controles hidráulicos del enganche de tres puntos ...............................................142
9.4. Sistema hidráulico..................................................................................................144
9.5. Toma de fuerza ......................................................................................................146
Tema 10. Estática y dinámica del tractor. Balance de potencias.......................................149
10.1. Estudio estático del tractor...................................................................................149
10.2. Fuerzas laterales en el tractor..............................................................................152
10.3. Coeficiente de resbalamiento...............................................................................153
10.4. Propiedades mecánicas del suelo referidas a la rodadura ..................................154
10.5. Resistencia a la rodadura.....................................................................................156
10.6. Coeficientes de tracción y de adherencia ............................................................158
10.7. Rendimiento a la tracción.....................................................................................159
10.8. Dinámica del tractor .............................................................................................159
10.9. Potencia del motor de un tractor ..........................................................................162
Tema 11. El laboreo del terreno.............................................................................................167
11.1. Introducción..........................................................................................................167
11.2. Propiedades físicas y mecánicas del suelo..........................................................168
11.2.1. Estructura..........................................................................................................168
11.3. Tipos de labores y aperos de labranza ................................................................176

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Índice de figuras
Figura 1. Producción agraria en la Unión Europea........................................................................................................ 9
Figura 3. Distribución general de la tierra según tipos de cultivo en 2005 (MAPA, 2006). .......................................... 11
Figura 4. Evolución del índice de mecanización (MAPA, 2007). ................................................................................. 14
Figura 5. Cilindros dentro del bloque de un motor: cilindros de camisa húmeda (a) y camisa seca (b). ..................... 22
Figura 6. Cilindros en línea (a), en V (b), opuestos (c) y en estrella (d). ..................................................................... 23
Figura 7. Bloque del motor. ......................................................................................................................................... 23
Figura 8. Culata del motor con la junta de culata (1) y los tornillos de unión al bloque (2).......................................... 23
Figura 9. Inyección directa. ......................................................................................................................................... 24
Figura 10. Inyección indirecta...................................................................................................................................... 24
Figura 11. Elementos del pistón. ................................................................................................................................. 25
Figura 12. Elementos de la biela. ................................................................................................................................ 26
Figura 13. Cigüeñal de un motor. ................................................................................................................................ 26
Figura 14. Desplazamiento del pistón en función del movimiento del cigüeñal........................................................... 27
Figura 15. Procesos fundamentales en un motor de combustión interna de 4 tiempos. ............................................. 30
Figura 16. Ciclo de un motor de cuatro tiempos en el diagrama P-V. ......................................................................... 32
Figura 17. Motor de dos tiempos................................................................................................................................. 34
Figura 18. Ciclo de un motor de dos tiempos. ............................................................................................................. 35
Figura 19. Elementos de un filtro de aire mediante aceite........................................................................................... 36
Figura 20. Elementos de un filtro de papel (Marca PARKER, serie AFSF). ................................................................ 36
Figura 21. Esquema del circuito de alimentación de un motor. ................................................................................... 37
Figura 22. Bomba de alimentación de membrana....................................................................................................... 38
Figura 23. Funcionamiento de una bomba de alimentación de émbolo: fases de compresión (a)
y de succión e impulsión (b) ...................................................................................................................... 38
Figura 24. Carburador de un motor (a) y elementos que lo componen (b).................................................................. 39
Figura 25. Surtidor del carburador............................................................................................................................... 39
Figura 26. Sistemas de inyección de los motores Otto: inyección directa (a) e inyección indirecta (b)....................... 42
Figura 27. Tipos de inyección de los motores Otto: multipunto (a) y monopunto (b)................................................... 42
Figura 28. Elementos de un inyector electrónico de gasolina. .................................................................................... 43
Figura 29. Elementos del sistema eléctrico para la ignición de motores de gasolina.................................................. 44
Figura 30. Elementos del distribuidor de corriente de un motor Otto........................................................................... 44
Figura 31. Circuito de alimentación de de los motores de ciclo Diesel........................................................................ 45
Figura 32. Elementos de un inyector de gasoil............................................................................................................ 47
Figura 33. Bomba de inyección de pistones en línea. ................................................................................................. 47
Figura 34. Elemento de una bomba de inyección en línea.......................................................................................... 48
Figura 35. Funcionamiento del pistón de una bomba de inyección en línea: a) carga, b) principio de inyección y c) fin
de inyección............................................................................................................................................... 48
Figura 36. Regulador de una bomba de inyección en línea. ....................................................................................... 49
Figura 37. Bomba de inyección rotativa. ..................................................................................................................... 49
Figura 38. Válvula dosificadora de una bomba de inyección rotativa.......................................................................... 50
Figura 39. Funcionamiento de una bomba de inyección rotativa................................................................................. 50
Figura 40. Bomba de inyección de pistón axial (Marca Bosch, modelo VP 29-30)...................................................... 51
Figura 41. Motor con sistema de alimentación «common rail» (Marca Volvo, modelo D5) ......................................... 51
Figura 42. Esquema de un sistema de alimentación «common rail»........................................................................... 52
Figura 43. Inyector electrónico para alimentación «common rail»............................................................................... 52
Figura 44. Control electrónico de la alimentación «common rail». .............................................................................. 53
Figura 45. Elementos de un sistema de distribución. .................................................................................................. 53
Figura 46. Posición de las válvulas sobre la cámara de combustión........................................................................... 54
Figura 47. Sistemas de accionamiento de las válvulas: a) sistema SV, b) sistema OHV y c) sistema OHC............... 55
Figura 48. Sistema de accionamiento de las válvulas OHV. ....................................................................................... 56
Figura 49. Sistemas de accionamiento de las válvulas OHC. ..................................................................................... 56
Figura 50. Colocación de las válvulas en los conductos de admisión y expulsión: a) dos válvulas de expulsión y b)
una sola válvula de expulsión.................................................................................................................... 57
Figura 51. Partes de las válvulas: cabeza (1), asiento (2), vástago (3) y ranura (4).................................................... 58
Figura 52. Muelles para el cierre de las válvulas......................................................................................................... 58
Figura 53. Árbol de levas............................................................................................................................................. 59
Figura 54. Cadena de la distribución........................................................................................................................... 59
Figura 55. Transmisión de movimiento al árbol de levas en los diferentes sistemas de distribución: a) Sistema OHV,
b) Sistema OHC y c) Sistema SV. ............................................................................................................. 59
Figura 56. Balancines para la apertura de las válvulas. .............................................................................................. 60
Figura 57. Eje de balancines. ...................................................................................................................................... 60
Figura 58. Sistema de lubricación de un motor (Marca Caterpillar)............................................................................. 61
Figura 59. Filtro del aceite. .......................................................................................................................................... 62
Figura 60. Bomba de engranajes para la lubricación. ................................................................................................. 63
Figura 61. Válvula reguladora de presión.................................................................................................................... 63

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Figura 62. Elementos básicos del sistema de refrigeración: 1. Radiador, 2. Panel del radiador, 3. Depósito de agua,
4. Manguito flexible, 5. Ventilador, 6. Bomba de agua, 7. Termostato, 8. Sensor de temperatura, 9.
Camisa de agua, 10. Intercambiador de calor, 11. Válvula regulación calefacción....................................64
Figura 63. Válvula reguladora de temperatura.............................................................................................................65
Figura 64. Accionamiento del ventilador. .....................................................................................................................66
Figura 65. Elementos de un radiador de un tractor: depósito superior (1), depósito inferior (2), conducto de entrada
(3), conducto de salida (4) y tapón de llenado (5). .....................................................................................66
Figura 66. Ciclo teórico Atkinson..................................................................................................................................68
Figura 67. Ciclo teórico Otto.........................................................................................................................................71
Figura 68. Ciclo teórico Diesel. ....................................................................................................................................73
Figura 69. Ciclo mixto de Sabathé. ..............................................................................................................................76
Figura 70. Rendimiento térmico en función de la relación de compresión. ..................................................................77
Figura 71. Representación de los tres ciclos con r'=Cte y Qs=Cte ..............................................................................78
Figura 72. Representación de los tres ciclos para Qs=Cte y pmax=Cte ......................................................................78
Figura 73. El motor Diesel a carga parcial ...................................................................................................................79
Figura 74. Presión media de un ciclo termodinámica...................................................................................................79
Figura 75. Obtención experimental del ciclo indicado. .................................................................................................81
Figura 76. Comparación entre los ciclos teórico e indicado Otto (a) y Diesel (b).........................................................82
Figura 77. Esquema de un motor con turbocompresor e intercooler. ..........................................................................90
Figura 78. Diagramas circulares de motores de cuatro (a) y dos tiempos (b): RCA Retraso del cierre de la admisión,
AAA adelanto de la apertura de admisión, AAE Adelanto de la apertura de escape, RCE Retraso del
cierre de escape y AE adelanto de la explosión.........................................................................................91
Figura 79. Diagrama de presiones en función del giro del cigüeñal: ||| trabajo pasivo absorbido por el ciclo y ///
trabajo útil del ciclo.....................................................................................................................................92
Figura 80. Regulador de avance a la inyección en una bomba de tipo lineal...............................................................93
Figura 81. Componentes de una bomba de tipo rotativo: 1. Válvula reguladora de presión en el interior de la bomba,
2. Grupo regulador del caudal de combustible a inyectar, 3. Estrangulador de rebose (retorno a deposito),
4. Cabezal hidráulico y bomba de alta presión, 5. Bomba de alimentación de aletas, 6. Variador de
avance a la inyección, 7. Disco de levas y 8. Válvula electromagnética de parada. ..................................94
Figura 82. Curvas características obtenidas mediante un ensayo al freno. .................................................................97
Figura 83. Valores característicos del ensayo a cargas parciales................................................................................99
Figura 84. Actuación del regulador sobre los valores del par.....................................................................................100
Figura 85. Curvas de isoconsumo..............................................................................................................................101
Figura 86. Curvas de isoconsumo del motor..............................................................................................................102
Figura 87. Posición del embrague en el tractor..........................................................................................................105
Figura 88. Embragues de fricción monodisco. ...........................................................................................................106
Figura 89. Componentes de un embrague de fricción monodisco: a) campana y b) disco del embrague. ................106
Figura 90. Plato de presión accionado por diafragma................................................................................................107
Figura 91. Accionamiento del embrague mediante sistema mecánico (a) e hidraulico (b). .......................................107
Figura 92. Distribución de presión en un embrague con desgaste uniforme..............................................................108
Figura 93. Distribución de presión en un embrague con desgaste uniforme..............................................................109
Figura 94. Embrague de fricción de disco doble. .......................................................................................................111
Figura 95. Embragues de fricción de discos múltiples. ..............................................................................................111
Figura 96. Embragues de tipo cónico.........................................................................................................................112
Figura 97. Embragues de tipo centrífugo. ..................................................................................................................113
Figura 98. Embrague hidráulico. ................................................................................................................................113
Figura 99. Componentes de un embrague hidráulico: 1. Cámara turbina-bomba; 2. Cámara anular; 3. Cámara DCC;
4. Boquilla regulable; 5. Retorno del aceite a la cámara DCC; 6. Acoplamiento elástico conectado al
motor; 7. Parte conducida conectada a la transmisión.............................................................................114
Figura 100. Embrague de garras. ..............................................................................................................................114
Figura 101. Caja de cambios de engranajes..............................................................................................................116
Figura 102. Caja de cambios de engranajes simples.................................................................................................117
Figura 103. Caja de cambios con engranajes en toma constante..............................................................................118
Figura 104. Sistema de accionamiento de las marchas.............................................................................................118
Figura 105. Funcionamiento del desplazable.............................................................................................................119
Figura 106. Funcionamiento del sincronizador de la caja de cambios.......................................................................119
Figura 107. Gama de velocidades en un tractor dotado de palanca inversora (F-R).................................................120
Figura 108. Diagrama de velocidades y relaciones de transmisión. ..........................................................................121
Figura 109. Cambio automático mediante un tren de engranajes planetarios. ..........................................................124
Figura 110. Sistema de engranajes planetarios.........................................................................................................124
Figura 111. Funcionamiento de la parte epicicloidal de un sistema de engranajes planetarios.................................125
Figura 112. Funcionamiento de la parte hipocicloidal de un sistema de engranajes planetarios...............................126
Figura 113. Caja de cambios de funcionamiento combinado con sistema hidrostático y engranajes planetarios de un
tractor comercial (Marca Fend). ...............................................................................................................127
Figura 14. Funcionamiento de una caja de cambios con sistema hidrostático y de engranajes planetarios de un
tractor comercial (Marca Fend). ...............................................................................................................127
Figura 115. Diferencial simple....................................................................................................................................128
Figura 116. Funcionamiento del diferencial en recta (a) y en curva (b). ....................................................................129
Figura 117. Diferencial simple: corona (c), piñón de ataque (pa), satélites (s), planetarios (p) y caja portasatélites
(CP). .....................................................................................................................................................129

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Figura 118. Giro del tractor en una curva. ................................................................................................................. 130
Figura 119. Sistema hidráulico para el bloqueo del diferencial.................................................................................. 131
Figura 120. Diferencial autoblocante por discos de fricción. ..................................................................................... 131
Figura 121. Diferencial doble: corona (c), piñón de ataque (pa), satélites (s1 y s2), planetarios (p1 y p2) y caja
portasatélites (CP).................................................................................................................................. 132
Figura 122. Giro del tractor en una curva con un diferencial doble. .......................................................................... 133
Figura 123. Reducción final de engranajes planetarios en el eje trasero. ................................................................. 134
Figura 124. Disposición de montaje del puente trasero con suspensión independiente de las ruedas..................... 135
Figura 125. Elementos de un puente trasero de tipo convencional: cojinetes (1), piñón de ataque del diferencial (3),
corona (4), caja portasatélites del diferencial (5), trompetas (6), cojinetes (7), rodamiento (8), palieres o
semiejes (9). .......................................................................................................................................... 135
Figura 126. Eje delantero. ......................................................................................................................................... 136
Figura 127. Transferencia del movimiento al eje delantero mediante árboles de transmisión. ................................. 136
Figura 128. Junta homocinética cardán utilizada en la transmisión a las ruedas delanteras. ................................... 137
Figura 129. Sistema hidráulico de accionamiento de la transmisión delantera. ........................................................ 137
Figura 130. Barra de tiro en la parte inferior de un tractor......................................................................................... 139
Figura 131. Enganche tripuntal de un tractor. ........................................................................................................... 140
Figura 132. Enganche rápido tipo americano............................................................................................................ 141
Figura 133. Control de carga en el elevador hidráulico. ............................................................................................ 142
Figura 134. Control de profundidad del enganche tripuntal....................................................................................... 143
Figura 135. Control mixto de carga y profundidad del enganche tripuntal................................................................. 143
Figura 136. Tomas remotas del sistema hidráulico de un tractor. ............................................................................. 144
Figura 137. Accionamiento de maquinaria acoplada al tractor mediante las tomas remotas del hidráulico.............. 144
Figura 138. Componentes del sistema hidráulico del tractor..................................................................................... 145
Figura 139. Tomas de fuerza delantera y trasera...................................................................................................... 146
Figura 140. Toma de fuerza accionada independientemente desde el motor con un embrague propio. .................. 147
Figura 141. Acoplamiento de maquinaria a la toma de fuerza del tractor a través de un árbol de transmisión
cardámico (a) y detalle del árbol (b)..................................................................................................... 148
Figura 142. Principales parámetros geométricos y fuerzas en el tractor................................................................... 149
Figura 143. Principales fuerzas en el tractor reposando en pendiente longitudinal................................................... 151
Figura 144. Principales fuerzas en el tractor reposando en pendiente transversal. .................................................. 152
Figura 145. Fuerza lateral producida en las curvas................................................................................................... 152
Figura 146. Fuerza lateral producida por el arrastre.................................................................................................. 153
Figura 147. Superficie de apoyo de un neumático agrícola....................................................................................... 155
Figura 148. Fuerzas que intervienen en una rueda empujada. ................................................................................. 157
Figura 149. Fuerzas y momentos que actúan sobre una rueda motriz...................................................................... 158
Figura 150. Fuerzas exteriores que actuan sobre el tractor. ..................................................................................... 160
Figura 151. Potencias de un tractor........................................................................................................................... 162
Figura 152. Esquema del manejo del suelo y de los sistemas de laboreo. ............................................................... 168
Figura 153. Límites de Atterberg del suelo................................................................................................................ 171
Figura 154. Curvas isotensión en el suelo................................................................................................................. 172
Figura 155. Tipos de suelos según la relación tensión-deformación vertical............................................................. 173
Figura 156. Esquema de los esfuerzos en una placa de carga................................................................................. 174
Figura 157. Esquema del torno de deformación de Vane Shear............................................................................... 174
Figura 158. Relación entre los esfuerzos vertical y horizontal................................................................................... 175
Figura 159. Superficie de la huella de una rueda de un tractor. ................................................................................ 175
Figura 160. Resistencia a la rodadura en la rueda de un tractor............................................................................... 176

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Índice de tablas
Tabla 1. Superficies y producciones de cultivos en la Unión Europea y participación de España
en 2003 (MAPA, 2006)...................................................................................................................................10
Tabla 2. Distribución general de la tierra (ha) por tipos de cultivo en 2005 (MAPA, 2006). .........................................10
Tabla 3. Parque nacional de maquinaria automotriz (MAPA, 2007).............................................................................12
Tabla 4. Inscripciones de maquinaria nueva durante el año 2006 (MAPA, 2007)........................................................12
Tabla 5. Potencia media de los tractores inscritos en 2006 (MAPA, 2007)..................................................................13
Tabla 6. Precio medio de los tractores inscritos en 2006 (MAPA, 2007). ....................................................................13
Tabla 7. Velocidades de giro estandarizadas para la toma de fuerza........................................................................147
Tabla 8. Distribución de pesos sobre los ejes delantero y trasero. ............................................................................150
Tabla 9. Valores del resbalamiento............................................................................................................................154
Tema 10. Valores de la sobrepresión sobre el suelo k. .............................................................................................155
Tabla 11. Valores medios del coeficiente de rozamiento para un tractor...................................................................156
Tabla 12. Coeficiente de rodadura de un tractor........................................................................................................157

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Tema 1. La mecanización agrícola
1.1. Definiciones
1.1.1. Mecanización agraria
- Acción de implantar el uso de máquinas en operaciones pertenecientes o
relacionadas con el campo.
Sus principales objetivos son:
• Facilitar y perfeccionar las labores agrícolas
• Aumentar la rentabilidad de los cultivos disminuyendo costes y
optimizando el uso de insumos.
- De forma más amplia la mecanización agraria se ocupa del diseño de
máquinas, de la optimización de su funcionamiento y de la evaluación
económica.
1.1.2. Tractor
- Máquina que produce tracción.
- Vehículo automotor cuyas ruedas o cadenas se adhieren fuertemente al
terreno, y se emplea para arrastrar arados, remolques, etc., o para tirar de
ellos.
1.1.3. Motor de combustión
- Máquina destinada a producir movimiento a expensas de una fuente de
energía y que funciona por la energía producida por la combustión de una
mezcla de aire y combustible.
1.2. Principales tipos de maquinaria agrícola
Las máquinas cuya inscripción es obligatoria en los Registros Provinciales de
Maquinaria Agrícola son las destinadas a la agricultura y que pertenezcan a
alguno de los siguientes grupos:
• Tractores de ruedas, de cualquier tipo, potencia y peso y los remolques
agrícolas cuyo peso máximo autorizado exceda de 750 kg.

Tema 6. Comportamiento del motor en alimentación máxima y alimentación parcial
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• Tractores de cadenas, motocultores, portadores, tractocarros y máquinas
agrícolas automotrices, de cualquier tipo, potencia y peso.
• Máquinas agrícolas arrastradas cuyo peso máximo autorizado exceda de 750
kg.
• Máquinas agrícolas no incluidas en los apartados anteriores, para cuya
adquisición se haya solicitado un crédito o una subvención oficial y aquellas
otras que determine el Ministerio.
1.2.1. Tipos de máquinas
Los Registros Provinciales de Maquinaria Agrícola clasifican las máquinas
agrícolas en los siguientes grupos:
• Tractores
- Ruedas simple tracción
- Ruedas doble tracción
- Cadenas
- Otros
• Motocultores y motomáquinas
- Motocultores
- Motoazadas
- Motosegadoras
• Máquinas automotrices
- Maquinaria de recolección
- Equipos de carga y transporte
- Tractocarros
- Otras
• Máquinas arrastradas y suspendidas
- Trabajo del suelo
- Siembra y plantación
- Equipos de tratamientos
- Aporte de fertilizantes y agua
- Recolección
- Otras
• Remolques
• Otras máquinas
1.2.2. Tipos de tractores
Dentro de los tractores neumáticos se pueden establecer diferentes tipos:
• Tractores agrícolas típicos: Tractores rígidos con dos ejes con distinto
diámetro de rueda.

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• Tractores estrechos (fruteros o de viñedo): Tractores de pequeña dimensión
para permitir su tránsito por las calles de cultivos leñosos, como frutales o
viñas.
• Tractores articulados: Tractores de elevada potencia con bastidor no rígido
para incrementar su maniobrabilidad.
Tractores de cadenas. En vez de emplear neumáticos para desplazarse
emplean una cadena con eslabones y zapatas.
Tienen una capacidad de tracción superior (a igualdad de potencia), mayor
maniobrabilidad y estabilidad. Sin embargo, son mucho más lentos y debido a
las características de su tren de rodaje no pueden desplazarse por vías
asfaltadas.
1.3. Evolución del sector agrario
1.3.1. El sector agrario en España
El sector agrario en España suponía un 13.2% de la producción agrícola final
de la Unión Europea en 2004 (MAPA, 2006).
Figura 1. Producción agraria en la Unión Europea.

10
La mayor superficie cultivada la ocupan los cereales de grano (38.7%), el olivar
(13.9%), el viñedo (6.5%) y los frutales (6.0%).
Tabla 1. Superficies y producciones de cultivos en la Unión Europea y participación de
España en 2003 (MAPA, 2006).
Tabla 2. Distribución general de la tierra (ha) por tipos de cultivo en 2005 (MAPA, 2006).

11
Figura 3. Distribución general de la tierra según tipos de cultivo en 2005 (MAPA, 2006).
1.3.2. El sector hortícola en Almería
El desarrollo del sector agrícola ha contribuido de forma sustancial a la
mejora de la economía de la provincia de Almería en las últimas décadas.
El Producto Interior Bruto (PIB) correspondiente al sector agrario en Almería
se ha incrementado de 596 millones de euros en 1995 a 1443 millones de
euros en 2003, con un incremento medio anual del 15%, que fue del 5.9% en el
año 2005 (JUNTA DE ANDALUCÍA, 2002 y 2007).
La contribución del sector agrario al PIB total de la provincia supone
alrededor del 14%, lo que da idea de su importancia para la economía
provincial.
1.3.3. Censo de maquinaría agrícola
A finales de 2006 el parque nacional de maquinaria automotriz estaba
compuesto por las siguientes máquinas:

12
Tabla 3. Parque nacional de maquinaria automotriz (MAPA, 2007).
Las inscripciones de maquinaria nueva durante el año 2006, según los distintos
tipos de máquinas se resumen en la siguiente tabla:
Tabla 4. Inscripciones de maquinaria nueva durante el año 2006 (MAPA, 2007).
En el caso de los tractores se observa un ascenso continuado hasta 1988, en
el que se alcanza el máximo de los doce últimos años con 25041 unidades. A
partir de ese año la línea se muestra descendente hasta 2005, apreciándose un
ligero repunte en el último año (MAPA, 2006).
En la comparación de 2006 con el año anterior se aprecia un ligero ascenso en
el mercado global de la maquinaria agrícola en España (3.4%), contrastando el
apreciable incremento de la maquinaria arrastrada o suspendida (10.1%) y de
los remolques (4.3%) con el significativo descenso de la maquinaria automotriz
(- 5.3%) debido a los malos resultados de los equipos de recolección y de los
tractocarros (MAPA, 2007).

13
Los tractores marcan una ligera recuperación (0.9%) respecto de las cifras del
año anterior (MAPA, 2006).
La potencia media de los tractores inscritos en 2006 fue de 91.7 CV, mientras
que la media del parque existente es de 62.9 CV (MAPA, 2007).
Tabla 5. Potencia media de los tractores inscritos en 2006 (MAPA, 2007).
El precio medio de los tractores, sin incluir IVA, fue en 2006 de 34352 euros
(374€/CV), variando según su tipo de rodaje (MAPA, 2007).
Tabla 6. Precio medio de los tractores inscritos en 2006 (MAPA, 2007).
1.4. Índice de mecanización
Este índice representa la relación entre la suma de la potencia de tractores,
motocultores y motomáquinas y la suma de hectáreas de tierras de cultivo y la
de prados naturales.
El índice de mecanización creció en 2006 hasta alcanzar un 345.2 CV por 100
ha (MAPA, 2007).

14
Figura 4. Evolución del índice de mecanización (MAPA, 2007).
1.5. Capacidad de trabajo y rendimiento
La capacidad de trabajo de una máquina es un índice de su rendimiento
expresado en la cantidad de tiempo que se demora en realizar un trabajo.
- La capacidad de trabajo teórica es la que realiza una máquina si trabaja,
sin interrupción, a su velocidad normal de trabajo, y cubriendo siempre la
totalidad de la anchura de trabajo teórica:
]/[
]/[10000
]/[1000]·[]·/[
2
hha
ham
kmmmahkmv
ST =
(1)
donde:
ST Capacidad de trabajo teórica [ha/h]
v Velocidad de trabajo de la máquina [km/h]km/h
a ancho de trabajo [m]
- Velocidad. La velocidad a la cual se desplaza la máquina deberá estar
acorde con la naturaleza del trabajo, nunca en exceso porque la labor puede
quedar mal hecha.
- Ancho de trabajo. Cuanto más ancha es la máquina o el apero mayor será
su capacidad de trabajo, aunque necesitará mayor potencia de trabajo.
- La capacidad de trabajo efectiva (Se), tiene en cuenta los tiempos gastados
en las vueltas en las cabeceras, recubrimientos, carga y descarga, etc.

15
- El rendimiento efectivo o de campo (µe=Se/St) es el cociente entre la
capacidad de trabajo efectiva y la teórica.
- Tiempo efectivo o de operación. Es la inversa de la capacidad de trabajo
efectiva, te=1/Se.
- La capacidad de trabajo real (Sr) es la que tiene en cuenta los tiempos
perdidos en transporte, averías, reposo del personal y resto de actividades
diferentes de la propia operación que realiza la máquina.
- El rendimiento total de trabajo es la relación entre la capacidad de trabajo
real y la teórica, µt=Sr/ST
1.6. Seguridad
En el sector agrícola mundial se producen 83 millones de accidentes, de los
cuales 170000 son mortales
En materia de seguridad hay que tener en cuenta una serie de normas que
afectan a la maquinaria agrícola:
- Normas de seguridad para cabinas y pórticos en los tractores.
- Ruidos transmitidos al conductor o al ambiente.
- Señales luminosas en el trasporte.
- Amortiguación de los asientos del tractor.
- Partes móviles o cortantes con protecciones.
- Símbolos universales para controles de operaciones en máquinas.

16

17
Tema 2. Tipos y elementos del tractor
2.1. Tipos de tractores
Los tractores agrícolas se pueden clasificar atendiendo a diferentes criterios:
a) Según el trabajo desarrollado:
- Vehículo de tracción
- Vehículo versátil
b) Según el sistema de apoyo:
tracción trasera
- De ruedas: 4 ruedas iguales
doble tracción
traseras mayores
tractores orugas
- De cadenas:
tractores semiorugas
c) Según el acoplamiento con el apero:
- Tractor de tiro
- Tractor portante (en suspensión)
- Tractor porta aperos (en la parte delantera)
d) Según el tipo de bastidor:
- Con bastidor completo
- Con medio bastidor
- Sin bastidor
e) Tractores especiales:
- Zancudos
- Forestales
- Estrechos
- Autocargadores

18
f) Motocultores o motomáquinas:
- De un eje: motomáquinas
- De dos ejes: microtactores
2.2. Partes de que consta el tractor
El tractor agrícola consta, fundamentalmente de las siguientes partes:
- Bastidor o chasis
- Motor
- Transmisión:
• Embrague
• Caja de cambios
• Diferencial
• Reducción final
• Palieres
• Ruedas
• Toma de fuerza
- Alzamiento hidráulico
- Enganche
- Dirección
- Frenos
El tractor agrícola consta, fundamentalmente de las siguientes partes:
- Bastidor: Es un armazón metálico, muy consistente, sobre el cual se sujetan
los mecanismos fundamentales del tractor.
- Motor: Conjunto de órganos y sistemas destinados a transformar la energía
liberada en la combustión del gasoil, en energía mecánica, produciendo un
movimiento de giro.
- Embrague: Dispositivo por el que se transmite o interrumpe el movimiento de
giro producido por el motor a la caja de cambios.
- Caja de cambios: Conjunto de ejes y engranajes mediante los cuales se
consigue adecuar la velocidad de avance y el esfuerzo de tracción del tractor a
las necesidades de cada situación.
- Diferencial: Conjunto de engranajes que permiten diferente velocidad de giro
entre si, de las dos ruedas motrices, del tractor, para que éste pueda tomar las
curvas con facilidad.

19
- Reducción final: Mecanismo encargado de reducir, después de la caja de
cambios, la velocidad de giro de las ruedas y que por tanto aumenta el
esfuerzo de tracción.
- Palieres: Están divididos en dos semipalieres, y son los ejes encargados de
transmitir el movimiento desde el diferencial hasta las ruedas, pasando por la
reducción final.
- Ruedas: Son los elementos que, apoyándose en el suelo, soportan el peso
del tractor y le permiten desplazarse sobre el mismo.
- Alzamiento hidráulico: Elemento que permite elevar, suspendiéndolos en el
aire, o descender, posándolos en el suelo, los aperos acoplados al tractor, para
facilitar las maniobras de éste.
- Enganche: Es el que permite acoplar máquinas o aperos al tractor. Se
distinguen dos tipos de enganche:
1.-Barra de tiro: Con un punto de enganche para máquinas o aperos
remolcados.
2.-Enganche a tres puntos: Unido al elevador hidráulico, para las máquinas
o aperos suspendidos o semisuspendidos.
- Dirección: Conjunto de piezas destinadas a dirigir el tractor. Actúa sobre las
ruedas delanteras, llamadas por ello directrices.
- Frenos: Dispositivo encargado de disminuir la velocidad del tractor e incluso
de detenerlo totalmente.
- Toma de fuerza: Es un eje, estriado en un extremo, accionado por el motor y
destinado a dar movimiento a determinado tipo de máquinas acopladas al
tractor. El accionamiento puede ser:
- Del intermediario de la caja de cambios y por tanto se desconecta al
desembragar.
- Del secundario de la caja de cambios y por tanto sincronizada con la
velocidad del tractor.
- Del motor o independiente con un embrague propio o con un embrague de
doble posición.
Normalmente el tractor posee una sola toma de fuerza situada con mayor
frecuencia en la parte posterior.
- Polea: Mecanismo destinado a transmitir movimientos, mediante correas, a
ciertas máquinas. Se acopla a la toma de fuerza recibiendo el movimiento de
ella.

20
2.3. Trabajos que puede realizar un tractor
Los trabajos que puede realizar un tractor se pueden clasificar como:
Por medio de polea (Trilladora, ensiladora,)
- Estacionarios Por medio de la toma de fuerza (Bomba de riego,
molino de pienso, etc.)
Por medio del sistema hidráulico (Elevadores de
grano)
- De transporte (Remolques, etc.)
- De arrastre (Arados de vertedera, discos, etc.)
- De empuje (Pala cargadora, bulldocer, etc.)
Transporte y toma de fuerza (Remolque distribuidor
de estiércol, abonadora
- Combinados: centrífuga, empacadoras, etc.)
Arrastre y toma de fuerza (Fresadora, etc.)

21
Tema 3. Elementos y sistemas de un motor de
combustión interna
3.1. Clasificación de los motores
Un motor térmico es una máquina que transforma energía calorífica en energía
mecánica. La energía calorífica normalmente procede de la combustión de un
combustible en presencia de un comburente.
Los motores los podemos dividir en:
- Motores de combustión interna o endotérmicos
- Motores de combustión externa o exotérmicos.
En los motores de combustión externa, el calor procedente de la combustión
se transmite al fluido activo a través de la pared de una caldera.
En los motores de combustión interna, la combustión se realiza en el seno
del fluido activo. En estos, los órganos mecánicos que transforman el calor en
energía mecánica pueden ser de cuatro tipos:
- Mecanismo biela-manivela. Trasforma un movimiento rectilíneo alternativo en
un movimiento circular o viceversa.
- Motor rotativo. El fluido se expansiona contra unas paletas, alabes de turbina,
y entonces se produce trabajo axial.
- Motor Wankel. El fluido empuja un rotor que sigue su movimiento excéntrico.
- Motor a reacción. Cuando los propios gases de la combustión mueven el
motor.
3.2. Partes de los motores alternativos de combustión interna
Los elementos esenciales constitutivos de los motores alternativos de
combustión interna, son los siguientes:
• Cilindros
• Pistón
• Bloque
• Bancada
• Culata
• Biela-manivela
• Cigüeñal
• Volante
• Sistema de distribución

22
3.2.1. Cilindros
Los motores de 3 o 4 kW suelen ser monocilíndricos.
Para mayores potencias conviene dividir la cilindrada total en varios cilindros
por las siguientes razones:
- Al producirse trabajo solo en la expansión, hay que colocar un volante de
inercia de gran tamaño.
En un motor de 4 cilindros siempre hay un cilindro que está realizando la carrera
de trabajo lo que mejora el equilibrado: el par motor es más regular y el volante de
inercia más pequeño.
- La refrigeración mejora al aumentar el número de cilindros. En los motores
Otto la refrigeración es muy importante para evitar el fenómeno de
detonación (no pueden construirse cilindros con más de 150 mm de
diámetro).
Figura 5. Cilindros dentro del bloque de un motor: cilindros de camisa húmeda (a) y
camisa seca (b).
- Para una determinada potencia, al aumentar el número de cilindros,
disminuye el peso del motor, aunque aumentan el precio y los gastos de
mantenimiento.
La disposición de los cilindros puede ser:
- En línea (motores de 4 y 6 cilindros
- En "V” ( más 6 cilindros) Evita las vibraciones ocasionadas por el uso de un
cigüeñal excesivamente largo.
- Opuestos (2 y 4 cilindros)
- En estrella (número muy elevado de cilindros)
(a) (b)

23
Figura 6. Cilindros en línea (a), en V (b), opuestos (c) y en estrella (d).
3.2.2. Bloque. Bancada o cárter y culata
Los distintos cilindros del motor están ubicados en una pieza única llamada
bloque, que debe ser rígida, resistente a la corrosión y lo más ligera posible. Se
une mediante tornillos al cárter, quedando abrazado entre ambas piezas el
cigüeñal (eje motor) a través de cojinetes antifricción.
Figura 7. Bloque del motor.
La culata, fabricada normalmente de fundición o aleación ligera, se coloca
sobre el bloque cubriendo los cilindros y formando con ellos la cámara de
combustión. Entre ambos se coloca una junta (junta de culata) para conseguir
la estanqueidad necesaria en los cilindros.
Figura 8. Culata del motor con la junta de culata (1) y los tornillos de unión al bloque (2).
a) b) c) d)
2
1

24
En la culata es donde suelen colocarse las válvulas, las bujías en los
motores Otto y los inyectores en los motores Diesel. En los motores Diesel, la
culata y en algunos casos la cabeza del pistón tienen una forma especial para
crear turbulencias para favorecer la mezcla de aire y gas-oil.
Existen distintos tipos de culata en los motores Diesel:
- Inyección directa. La cámara de combustión va alojada, en la cabeza del
pistón y al no estar en contacto con el agua de refrigeración tiene un
rendimiento térmico elevado, lo cual facilita el arranque en frío y tiene un
menor consumo.
Figura 9. Inyección directa.
El inyector es de varios orificios para mejorar la pulverización y requiere una
alta presión de inyección. Se utiliza con relaciones de compresión de 12/1 a
18/1.
- Inyección indirecta. La relación de compresión es más elevada de 15/1 a
19/1. El pistón al subir obliga al aire a pasar a la antecámara. El inyector
inyecta el gasoil y al quemarse parte del combustible aumenta la temperatura y
presión dentro de toda la cámara combustión.
Al aumentar la P y T se produce una explosión de toda la mezcla en la
cámara principal.
Figura 10. Inyección indirecta.
CalentadorInyector
CalentadorInyector

25
3.2.3. Pistón
Está unido al cigüeñal mediante el bulón y la biela. Se desplaza dentro del
cilindro y recibe la fuerza de expansión de los gases durante la combustión.
El pistón, en su movimiento alternativo, ha de realizar las siguientes
funciones:
- Transmitir esfuerzos a través de la biela y el cigüeñal.
- Realizar estanqueidad en el cilindro, tanto para los gases de combustión
como para el aceite.
- Absorber parte del calor generado en la combustión y transmitirlo hacia la
pared del cilindro.
El pistón debe reunir una serie de características:
- Gran resistencia
- Ligero
- Elevada conductibilidad
- Dilatación adecuada
Figura 11. Elementos del pistón.
El pistón consta de las siguientes partes:
- Cabeza: Es la zona que recibe los esfuerzos de los gases.
- Zona portasegmentos: El segmento de fuego, el de compresión o
estanqueidad y el rascador de aceite.
- Alojamiento del bulón: Por donde se articula la biela al pistón.
- Falda: Permite guiar al pistón en el interior del cilindro y disipar el calor.
Cabeza
Ranuras de los
segmentos de
compresión
Ranuras de los
segmentos de
engrase
Bulón
Falda

26
3.2.4. Biela, cigüeñal y volante
La biela, normalmente de acero forjado (rígida y ligera), es el elemento de
conexión entre el pistón y el cigüeñal, a los que se une mediante casquillos
antifricción o rodamientos.
El cigüeñal (de forja o fundición) está formado por las manivelas de cada uno
de los cilindros unidas al eje del motor.
El mecanismo biela-manivela, transforma un movimiento rectilíneo
alternativo en otro circular o viceversa.
Figura 12. Elementos de la biela.
Para el correcto funcionamiento del motor es necesario que el cigüeñal esté
correctamente equilibrado estática (ΣF=0) y dinámicamente (ΣM=0).
Figura 13. Cigüeñal de un motor.
Cuerpo
Sombrerete
Cabeza
Pie

27
3.2.5. Estudio cinemático del mecanismo biela manivela
El desplazamiento del pistón x es función de la longitud de la biela b, del
radio de giro de la muñequilla del cigüeñal R y del ángulo de giro del cigüeñal α
(Fig. 14)
)sen-1-(1L+)-1(R=x 22
αλα ··cos· (2)
siendo λ=R/b
x = x (α) (3)
Derivando con respecto del tiempo, se obtiene la velocidad instantánea:
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
sen-1
sen
+senR=v
22
αλ
αα
λαω
·
cos·
·· (4)
Figura 14. Desplazamiento del pistón en función del movimiento del cigüeñal.
La ecuación anterior se puede simplificar dado que normalmente es R << b,
quedando:
( )+1senR=v αλαω cos··· (5)
o bien
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
α
λ
αω 2sen
2
+senR=v ·· (6)
Derivando de nuevo con respecto del tiempo esta última expresión, se obtiene la
aceleración (aproximada):
( )αλαω 2+R=a 2
coscos·· (7)
Carrera,L
PMS
PMI
D
R
α
o
b
b+R
x

28
3.2.6. Características geométricas de los motores de combustión interna
El motor alternativo consta de un pistón que se mueve alternativamente dentro
de un cilindro, entre dos posiciones extremas:
- punto muerto inferior (PMI)
- punto muerto superior (PMS)
Este movimiento alternativo, es transformado en rotativo mediante un
mecanismo biela-manivela.
Los parámetros geométricos fundamentales son:
- Diámetro o calibre (D): Diámetro interior del cilindro por el que se desplaza el
pistón y en el que se realiza la combustión. Normalmente se expresa en
milímetros.
- Carrera (L): Es la distancia entre el punto muerto superior y el inferior. Es igual
al doble del radio de la manivela del cigüeñal.
L = 2⋅R
En función de la relación diámetro/carrera obtenemos diversos tipos de
motores:
L > D Alargados
L ≈ D Cuadrados
L < D Supercuadrados o chatos
- Longitud de la biela (b): Se expresa en milímetros.
- Manivela del cigüeñal (R): Es el radio de giro de la muñequilla del cigüeñal a la
que va unida la biela y determina la carrera del pistón.
- Giro del cigüeñal (α): Se mide en grados o radianes. Cada 180º de giro del
cigüeñal el pistón se desplaza una carrera.
- Volumen de la cámara de combustión (v): Es el volumen que pueden ocupar los
gases cuando el pistón está en el P.M.S.
- Cilindrada unitaria (q): Es el volumen desplazado por el pistón en su recorrido
durante una carrera.
q = S⋅L = π⋅(D/2)2
⋅L (8)
- Cilindrada total (Q): Es la cilindrada unitaria multiplicada por el número total de
cilindros (N) que tiene en motor.
Q = q⋅N (9)

29
- Relación de compresión (Rc): También llamada relación de compresión
volumétrica, que corresponde a la relación que existe entre el volumen máximo y
mínimo que ocupa la mezcla en el cilindro:
v
v+q
=
V
V
=R
máx
c
min
(10)
Indica cuantas veces se reduce el volumen de la mezcla en la fase de
compresión.
- Motores de gasolina (Otto): 6 a 11
- Motores de encendido por compresión (Diesel): 14 a 22
3.3. Procesos fundamentales
En un motor de combustión interna se realizan cuatro procesos termodinámicos
fundamentales:
- Admisión
Es la operación de llenar de aire el cilindro que suministra el oxígeno
necesario para la combustión. En los motores de compresión la admisión es
sólo de aire, y en los de encendido provocado el aire lleva ya mezclado con la
gasolina. El llenado puede ser natural (motor atmosférico) o sobrepresionado
(motor sobrealimentado).
- Compresión
Para mejorar el rendimiento conviene comprimir el fluido que entra en el cilindro
durante la admisión, antes de la combustión. El rendimiento mejora con relaciones de
compresión altas.
- Combustión-expansión
Tras comprimir el sistema se realiza la combustión, que ocupa muy poco
recorrido de pistón, y en la que aumentan considerablemente la presión y la
temperatura. A continuación sigue la expansión de los gases de combustión,
durante la que desarrollarán un trabajo, superior al que se necesario para la
compresión.
- Escape
Antes de realizar una nueva carga del cilindro, han de expulsarse los
productos de la combustión anterior. Estas cuatro fases pueden realizarse en
distintos períodos de tiempo y recorrido del émbolo dando lugar a los motores
de dos y cuatro tiempos.

30
Figura 15. Procesos fundamentales en un motor de combustión interna de 4 tiempos.
Los motores de combustión interna pueden clasificarse como:
a) Según la forma de encendido de la mezcla:
- Motores de encendido provocado (MEP), o motores Otto
La fase de compresión se realiza con la mezcla aire-combustible.
Antes de que se origine el autoencendido incontrolado de la mezcla al
comprimirla, ha de provocarse artificialmente el encendido.
También se llaman motores de explosión por la forma en que se realiza la
combustión de la mezcla al producirse la chispa.
- Motores de encendido por compresión (MEC), o Diesel
La compresión se hace sólo con aire, que una vez filtrado pasa directamente a
los cilindros donde se comprime produciéndose un aumento de su temperatura.
A continuación se inyecta el combustible, que se inflama espontáneamente.
PMI
PMS
PMI
PMS
PMI
PMS
PMI
PMS
Segundo tiempo: Compresión Cuarto tiempo: Escape
Primer tiempo: Admisión Tercer tiempo: Trabajo

31
También se les llama motores de combustión debido a que el combustible se
va quemando al introducirse en el cilindro.
b) Según el funcionamiento y realización del ciclo:
- Motores de 4 tiempos:
Los motores de cuatro tiempos pueden ser MEP o MEC utilizan cuatro carreras
del pistón para realizar las cuatro fases características.
- Motores de 2 tiempos:
Las cuatro fases características se realizan en solo dos carreras del émbolo, y
pueden ser Otto o Diesel.
3.4. Ciclo de un motor de cuatro tiempos
En un motor intervienen muchos fenómenos físicos y químicos complejos que
normalmente se simplifican:
- irreversibilidades en la admisión y escape
- turbulencias internas
- pérdidas de calor por refrigeración
- variabilidad de las capacidades caloríficas con la temperatura
- influencia de la formación de la mezcla
- disociación de los gases en la combustión
- velocidad de combustión
- retardo al encendido
El estudio teórico se hace estableciendo una serie de hipótesis
simplificativas.
El estudio teórico aproximado sirve para obtener muchas conclusiones
aplicables a la situación real. Una primera hipótesis simplificativa la ausencia de
rozamiento interno (Wr=0) en los procesos termodinámicos, esto supone una gran
lentitud del pistón. Los cuatro procesos fundamentales del funcianamiento de un
motor se pueden representar en un diagrama P-V.
El área 2, 3, 4, 5, 2 representa el trabajo teórico obtenido cada vez que se
realizan en el motor los cuatro procesos. A causa de la lentitud teórica fijada,
cada proceso ocupa una carrera del pistón.
1. Admisión (primera carrera). La válvula de admisión está abierta durante toda
la carrera (realmente abre antes y cierra después). La línea real que representa la
admisión quedará por debajo, pues, a causa de la velocidad finita del pistón,
habrá depresión dentro del cilindro durante la admisión.

32
Figura 16. Ciclo de un motor de cuatro tiempos en el diagrama P-V.
2. Compresión (segunda carrera). Las válvulas están cerradas durante toda la
carrera, y el sistema que quedó dentro se comprime. En realidad, la compresión
comenzará con retraso (cuando la válvula de admisión se cierre). La línea que
representa la compresión teóricamente puede considerarse isoentrópica
(adiabática). Realmente la refrigeración hace que la transformación sea más bien
una politrópica de exponente n<γ.
3. Combustión-expansión (tercera carrera).
Teóricamente, al final de la segunda carrera se provoca el encendido en los MEP
o comienza la inyección en los MEC. La combustión se supone que se realiza a
volumen constante en los motores Otto.
En los motores Diesel, suponiendo que la presión máxima se alcanza con la
compresión, teóricamente la combustión se produce a presión constante. La
expansión que se produce después de la combustión puede considerarse
isoentrópica (adiabática) o, mejor, politrópica.
4. Escape (cuarta carrera).
Al final de la tercera carrera se abre la válvula de escape (realmente se abre
antes). La presión dentro del cilindro disminuirá hasta el valor de la atmosférica,
produciéndose durante esta cuarta carrera el barrido teórico de los gases que
aún quedan en su interior.
3.4.1. Ciclo real de un motor de cuatro tiempos
A causa de la velocidad del pistón, y a que las válvulas abren y cierran
gradualmente, el proceso real difiere del ideal o teórico.
El diagrama real, o indicado que representa la evolución que se produce
dentro del cilindro se obtiene mediante mediciones de presión y volumen.
P
2
5
4
3
V
1
PMS
(+)
( - )
PMI

33
El trabajo indicado obtenido cada dos revoluciones se corresponde con el área
de la parte del diagrama recorrida en el sentido de las agujas del reloj.
El área de la parte del diagrama recorrida en sentido contrario representa el
trabajo utilizado (negativo) para renovar la carga, y se denomina pérdida de
bombeo.
En la realidad, los procesos no se ajustan a una carrera completa del pistón:
1. Admisión.- Para que la válvula de admisión esté abierta, durante la primera
carrera, su apertura ha de comenzar antes (de 10º a 15º en función de las
revoluciones del motor).
Si comenzara en el PMS, se provocaría al principio una fuerte depresión en el
cilindro que aumentaría la pérdida de bombeo.
A este ángulo se le llama avance a la apertura de la admisión (A.A.A.).
Si la válvula de admisión ya está cerrada al final de la primera carrera, la
presión dentro del cilindro seria inferior a la atmosférica.
Retrasando el cierre de la válvula se aprovecha la inercia del flujo en el
conducto de admisión para seguir cargando el cilindro.
El ángulo de retraso en el cierre es del orden de 45º a 65º y se le llama retraso
al cierre de la admisión (R.C.A.).
Los ángulos de cigüeñal no son lógicamente proporcionales al recorrido del
pistón.
Los ángulos próximos a los PMS y PMI ocupan mucho más recorrido de pistón
que a mitad de la carrera cuando la velocidad del pistón es mayor.
2. Compresión. La compresión real comienza en C y termina en D.
3. Combustión. La combustión comienza antes de terminar la segunda carrera,
punto D.
Expansión. Adelantando la apertura de la válvula de escape al final de la tercera
carrera, disminuye la presión interior durante un buen recorrido de última carrera,
aumentando el trabajo indicado. Al ángulo (~50%) se le llama avance a la
apertura del escape (A.A.E.). La expansión seria EF.
4. Escape. Ocupa toda la cuarta carrera y 10º o 15º de la siguiente. Con este
retraso en el cierre, se aprovecha la inercia del flujo en el conducto de escape,
aumentando la limpieza de humos A este ángulo se le llama retraso al cierre del
escape (R.C.E.).

34
Puesto que la válvula de admisión abre antes y la de escape cierra después,
hay un ángulo (AB), llamado ángulo de solape o de cruce, en el que ambas
válvulas están abiertas: la de admisión abriendo y la de escape cerrando.
3.5. Ciclo de un motor de dos tiempos
Consiste en un motor alternativo de combustión interna, en el cual el ciclo
completo de trabajo se realiza en 2 carreras del pistón, (una sola vuelta del
cigüeñal).
Figura 17. Motor de dos tiempos.
En el motor de dos tiempos para la realización de la fase de admisión
interviene un sistema de bombeo independiente, o el efecto de bombeo
producido por el movimiento del pistón en el cárter.
Carecen de válvulas para el control de la admisión y del escape de los gases
del cilindro.
El escape de los gases resultantes de la combustión y la admisión del aire
limpio en el cilindro se efectúan al mismo tiempo, limitando la duración de estas
mismas fases. Esto dificulta una perfecta realización de cada una de las fases del
ciclo de trabajo.
Al no existir una carrera del pistón para la expulsión de los gases de escape
hace necesario que el propio aire limpio efectué una acción de barrido al penetrar
en el cilindro con una sobrepresión apropiada.
La distribución la realiza el pistón al final de su carrera descendente
destapando 2 o más lumbreras dispuestas en el cilindro, a través de las cuales
pasan los gases.

35
La admisión y la precompresión de la mezcla fresca se realizan en el cárter del
motor (hermético).
Figura 18. Ciclo de un motor de dos tiempos.
3.6. Sistemas de alimentación
La alimentación de los motores alternativos consiste en hacer llegar al interior
de los cilindros, en los de ciclo Otto una mezcla de aire limpio y combustible, y
en los de ciclo Diesel aire limpio.
3.6.1. Alimentación de los motores de ciclo diesel
El motor de un tractor toma el aire de una nube cargada de pequeñas partículas
que, si entrasen en los cilindros, producirían un desgaste prematuro de sus piezas y
frecuentes averías.
Los filtros de los tractores pueden ser de dos tipos:
a). Filtro en baño de aceite
El aire sucio aspirado por el motor y pasa por un filtro centrífugo, en el que por
medio de aletas y aumentando su velocidad por estrechamiento de la sección
de paso se le obliga a girar.
La fuerza centrífuga hace que las partículas de mayor tamaño choquen con las
paredes cayendo a un depósito de decantación.
El aire cargado sólo de pequeñas partículas se dirige hacia una masa de aceite
donde algunas se incrustan y el resto son retenidas en una malla metálica.
Pasado un cierto tiempo de funcionamiento es necesario limpiar el filtro y
cambiar el aceite.

36
Figura 19. Elementos de un filtro de aire mediante aceite.
b). Filtro en seco
El aire primero circula a través de una corona de aletas estáticas (de plástico
o metal) que generan un movimiento de giro en la corriente de aire. La fuerza
centrífuga separa las partículas más gruesas (polvo, suciedad, insectos y otras
partículas) de la corriente de aire.
Figura 20. Elementos de un filtro de papel (Marca PARKER, serie AFSF).
Entrada del aire
exterior
Malla metálica
Grapas de sujeción
Baño de aceite
Taza
Salida del
aire filtrado
Partículas gruesas
decantadas
Aletas estáticas
Cintas de fijación
Válvula de evacuación
Filtro de seguridad
Salida del aire
filtrado
Indicador
Entrada de aire
Filtro primario

37
Estos contaminantes son eliminados automáticamente a través de una
válvula de evacuación (Fig. 20). Solamente la corriente de aire purificada por
este primer sistema pasa a los filtros de material microporoso (filtro primario y
de seguridad).
Al ensuciarse los cartuchos de material filtrante aumenta la perdida de carga
en la admisión, las pérdidas de energía por bombeo y disminuye el rendimiento
volumétrico. Para limpiar los cartuchos de material filtrante con aire a presión el
filtro se puede desmontar.
3.6.1.1. Circuito de alimentación
El circuito de alimentación de un motor consta de los siguientes elementos
(Fig. 21):
- Depósito de combustible. Recipiente provisto de un tapón que permite la
entrada de aire. Lleva un indicador de nivel en cabina.
- Filtro de aspiración. Mediante una malla se hace un filtrado grosero.
- Bomba del combustible. En los motores de los tractores se utilizan bombas de
membrana o de émbolo.
Figura 21. Esquema del circuito de alimentación de un motor.
• Bomba de alimentación de membrana
La impulsión del combustible la realiza una membrana deformable sobre la
que actúa un vástago movido por una palanca que recibe el movimiento de una
leva situada en el árbol de levas de la distribución (Fig. 22).
Válvula reguladora
de presión
Salida hacia la bomba
de inyección o el
carburador
Depósito de
combustible
Bomba de
combustible
Válvula reguladora
de presión
Motor

38
Figura 22. Bomba de alimentación de membrana.
• Bomba de alimentación de émbolo
La impulsión del combustible hacia el carburador se realiza mediante un
pistón movido por un empujador accionado por una leva del árbol de levas de
la distribución (Fig. 23).
Antes del carburador el combustible es filtrado con tamices de malla fina que se
instalan en la tubería de salida de la bomba.
Figura 23. Funcionamiento de una bomba de alimentación de émbolo: fases de
compresión (a) y de succión e impulsión (b)
3.6.1.2. Carburación
Se entiende por carburación el hecho de formar la mezcla proporcionada de
aire y combustible.
Muelle de presión
Válvula de
entrada
Válvula de
salida
Membrana
Palanca de
accionamiento manual
Palanca de
accionamiento
Leva de
accionamiento
Muelle de presión
Émbolo
Válvula de
entrada
a) b)Leva de
accionamiento
Válvula de
salida

39
La carburación se puede realizar mediante un carburador que recibe el
combustible del depósito y lo mezcla con el aire ajustando la relación de
mezcla a la proporción adecuada al régimen de giro.
Figura 24. Carburador de un motor (a) y elementos que lo componen (b).
Su funcionamiento se basa en el efecto Venturi, por el cual, la gasolina
contenida en un depósito, cuyo nivel se mantiene constante mediante una
válvula de flotador, es absorbida al producirse una depresión directamente
proporcional a la velocidad de circulación del aire por el estrechamiento
constituido por el difusor (Fig. 24).
Colocando el extremo de una tubería de conexión con el depósito de
combustible en el estrechamiento, este sale pulverizado rompiéndose en finas
gotas al chocar con la corriente de aire.
La cantidad de combustible extraído es función de tres variables:
- diámetro del orificio de salida
- diferencia de nivel entre la superficie libre del combustible en el depósito
y la salida
- depresión creada en el orificio de salida
· El depósito o cuba mantiene constante el nivel de combustible a la salida del
surtidor.
Figura 25. Surtidor del carburador.
Calibre principal
Válvula de
mariposa
Tornillo mezcla
de ralentí
Flotador
Palanca de accionamiento
manual Mando del
arranque en frío
Mando del
acelerador
Aguja
Entrada del
combustible
Calibre de
ralentí
Tornillo de
ralentí
Surtidor de
ralentí
Surtidor principal
Difusor
a) b)

40
· El surtidor tiene un orificio de salida situado en el estrechamiento del
carburador (Fig. 25), donde se produce la depresión que origina la salida de
combustible.
A la salida de la cuba, va montado un calibre o chiclé con un orificio tallado
con gran precisión, que determina la sección de paso del combustible y regula
la cantidad que puede salir por el surtidor.
· El difusor o estrechamiento en la conducción de aire hacia los cilindros, tiene
forma de doble tronco de cono unido por un cilindro en el que va colocado el
surtidor.
Cuando el pistón en la carrera de admisión crea una succión que hace pasar
el aire por el difusor del carburador mezclándose con el combustible en la
proporción justa.
La cantidad de aire aspirado se regula por medio de una válvula de mariposa
accionada por el pedal de aceleración.
Los carburadores están diseñados para proporcionar al motor una mezcla
rica a bajo régimen o a ralentí, una mezcla pobre y sensiblemente constante a
régimen de crucero y de gran riqueza a alto régimen.
Además tienen un dispositivo para el arranque en frío. Cuando son
necesarias grandes aceleraciones (reprise) con una presión súbita del
acelerador, se abre de golpe la válvula de mariposa y se acciona una bomba
de aceleración, que inyecta una cantidad adicional de combustible, obteniendo
mayor potencia instantánea.
Los dispositivos de arranque en frío sirven para proporcionar al motor una
mezcla lo suficientemente rica como para compensar la condensación del
combustible en las paredes del difusor y el colector.
Se usa para ello una segunda válvula de mariposa, colocada por encima del
difusor, que al cerrarse de forma manual, aumenta la depresión en el surtidor y
la entrada de combustible.
En los carburadores modernos una se coloca un sensor del tipo de lámina
bimetálica que actúa sobre la segunda válvula de mariposa permitiendo el
control automático de la entrada de aire.
En los motores de gran cilindrada se colocan carburadores dobles y de doble
cuerpo, para suministrar volumen de mezcla necesario en los cilindros, sin
grandes pérdidas de energía por bombeo.

41
3.6.1.3. Inyección de gasolina
En los motores de gasolina, la mezcla se prepara utilizando un carburador o
un equipo de inyección. Hasta ahora, el carburador era el medio más usual de
preparación de mezcla, medio mecánico.
Desde hace algunos años, sin embargo, aumentó la tendencia a preparar la
mezcla por medio de la inyección de combustible en el colector de admisión.
Esta tendencia se explica por las ventajas que supone la inyección de
combustible en relación con las exigencias de potencia, consumo,
comportamiento de marcha, así como de limitación de elementos
contaminantes en los gases de escape.
Las razones de estas ventajas residen en el hecho de que la inyección
permite ( una dosificación muy precisa del combustible en función de los
estados de marcha y de carga del motor; teniendo en cuenta así mismo el
medio ambiente, controlando la dosificación de tal forma que el contenido de
elementos nocivos en los gases de escape sea mínimo.
Este sistema reduce la pérdida de energía por bombeo y evita los problemas
de regulación de la dosis de combustible del carburador, disminuye el consumo
específico y ofrece mejor aceleración y deceleración.
Actualmente la práctica totalidad de los vehículos con motores de ciclo Otto,
incorporan la inyección electrónica de gasolina, que mediante sensores y un
microprocesador, controla los tiempos y la cantidad de inyección de
combustible en función de las condiciones de funcionamiento del motor.
Las válvulas de inyección de alta presión, que están montadas en el
distribuidor de combustible, dosifican y pulverizan el combustible en poco
tiempo con una presión muy alta para permitir la mejor preparación de la
mezcla directamente en la cámara de combustión.
Los sistemas de inyección se pueden clasificar en función del lugar donde
inyectan:
- Inyeccion directa: El inyector introduce el combustible directamente en la
cámara de combustión (Fig. 26a). Este sistema de alimentación es el más
novedoso y se está empezando a utilizar ahora en los motores de inyección
gasolina como el motor GDi de Mitsubishi o el motor IDE de Renault.
- Inyeccion indirecta: El inyector introduce eI combustible en el colector de
admisión, encima de la válvula de admisión, que no tiene por qué estar
necesariamente abierta (Fig. 26b). Es la más usada actualmente.

42
Figura 26. Sistemas de inyección de los motores Otto: inyección directa (a) e inyección
indirecta (b).
Según el número de inyectores se pueden clasificar como:
- Inyeccion monopunto: Hay solamente un inyector, que introduce el
combustible en el colector de admisión, después de la mariposa de gases. Es
la más usada en vehículos turismo de baja cilindrada que cumplen normas de
antipolución.
- Inyeccion multipunto: Hay un inyector por cilindro, pudiendo ser del tipo
"inyección directa o indirecta". Es la que se usa en vehículos de media y alta
cilindrada, con antipolución o sin ella.
Figura 27. Tipos de inyección de los motores Otto: multipunto (a) y monopunto (b).
El combustible del depósito es aspirado por una bomba accionada mediante
un motor eléctrico, y enviado a una tubería de presión donde se conectan los
inyectores.
a) b)
Inyector de
gasolina
Combustible
Inyector
Aire
Aire
Combustible
Inyectores
a) b)

43
Cada inyector cierra el orificio calibrado (tobera) de salida del combustible al
conducto de admisión, desplazando una aguja mediante un electroimán,
activado desde el microprocesador.
Cuanto menor es el diámetro de la tobera y mayor la presión de trabajo más
finamente pulverizado sale el combustible.
Figura 28. Elementos de un inyector electrónico de gasolina.
El instante de la inyección lo determina el distribuidor de encendido y el
volumen de combustible inyectado, lo calcula el microprocesador en función de
la información de los sensores.
Normalmente se utilizan cuatro sensores de control:
- Sensor de presión en el colector de admisión
- Sensor de temperatura del motor
- Sensor de temperatura del aire de admisión
- Sensor de presión de alto régimen de revoluciones para inyección
suplementaria en el “reprise”.
Para el arranque en frío, sobre el colector de admisión se monta una
electroválvula que permite la inyección en el conducto de una cantidad de
combustible que enriquece la mezcla en función de la temperatura del agua de
refrigeración y de la temperatura del aire de aspiración.
3.6.1.4. Ignición de la mezcla
Al final de la compresión salta una chispa entre los electrodos de una bujía
que produce la ignición del fluido. La chispa salta antes de que el pistón llegue
al P.M.S., con un adelanto del encendido (A.E.), para que cuando la presión
llegue a su máximo valor, el pistón empiece a descender y toda la carrera sea
de trabajo. En el instante necesario una corriente de alta tensión llega al
Alimentación a través de
un tamiz filtrante
Terminal
eléctrico
Muelle de
compresión
Aguja del inyector con
inducido electromagnético
Taladro de salida
Bobinado
electromagnético

44
electrodo central de la bujía con su extremo dentro de la cámara de combustión
y aislado mediante porcelana del cuerpo metálico que lo une a la culata
(conectado a masa).
Figura 29. Elementos del sistema eléctrico para la ignición de motores de gasolina.
La alta tensión (del orden de 10000 V) que hace que se produzca un arco
voltaico entre el electrodo central y el electrodo lateral, la proporciona un
transformador alimentado por la corriente de baja tensión y alta intensidad
mediante un interruptor, denominado ruptor. Las espiras del primario y del
secundario se montan en el interior de un contenedor denominado bobina. Para
evitar que la corriente de ruptura que aparece en los contactos del ruptor
termine quemándolos se coloca en paralelo un condensador.
Figura 30. Elementos del distribuidor de corriente de un motor Otto.

45
En los motores de varios cilindros, se usa un distribuidor para llevar la
corriente de alta tensión a las bujías, que mediante un conductor giratorio, toma
la corriente del eje de giro y en su rotación la transmite a los contactos a los
que llegan los cables de las distintas bujías. La leva que abre y cierra el ruptor
tiene tantos salientes como cilindros el motor.
3.6.2. Alimentación de los motores de ciclo diesel
La alimentación de los motores Diesel se realiza introduciendo por separado
en el interior de los cilindros el aire y el combustible. El aire se introduce en la
admisión, y el combustible se pulveriza finamente y se mezcla con él en la
cámara de combustión, al finalizar la carrera de compresión. Al comprimir el
aire alcanza la temperatura adecuada para la autoinflamación del combustible
suministrado por un inyector.
3.6.2.1. Circuito de baja presión
El circuito que se utiliza en los motores de ciclo Diesel para llevar el
combustible desde el depósito hasta el interior de la bomba de inyección se
denomina circuito de baja presión. Su funcionamiento es semejante al de los
motores de ciclo Otto desde el depósito hasta la cuba del carburador.
Figura 31. Circuito de alimentación de de los motores de ciclo Diesel.
3.6.2.2. Circuito de alta presión
Este circuito recibe el combustible a la presión tarada en la válvula
reguladora de presión del circuito de alimentación, está formado por una
bomba de inyección.
Bomba de
inyección
Inyectores
Bomba de alimentación
Depósito del
combustible
Filtro del combustible
▬ Circuito de baja presión
▬▬ Circuito de alta presión

46
Debido a la gran precisión de funcionamiento y a los ajustes entre los
elementos de la bomba de inyección y de los inyectores, es necesario un
filtrado más exhaustivo del combustible, que se realiza en tres fases:

- Un filtrado grosero situado a la salida del depósito, en la aspiración de la
bomba de alimentación de combustible.
- Un segundo filtro más fino situado a la salida.
- Un filtro principal que elimina el resto de partículas por minúsculas que sean.
El filtro principal debe tener una gran superficie de filtrado y un reducido
volumen y ser de fácil limpieza.
La bomba de inyección transforma la energía mecánica del motor en presión
del combustible y lo envía a los inyectores en la cantidad justa y en el instante
adecuado.
Las bombas de inyección deben adaptar automáticamente el momento de la
inyección al régimen de giro del motor, pues el comienzo de la inyección debe
variar según la velocidad de giro del motor.
Cuanto mayor es la presión de inyección, menor es el tamaño de las gotas,
más corto el tiempo de combustión, menor la relación de combustión a presión
constante, más alto el rendimiento térmico y más suave y silencioso es el
motor.
Antiguamente las bombas de inyección eran de pistones en línea y
actualmente la mayoría de los motores Diesel utilizan bombas rotativas por sus
mejores prestaciones.
Mediante finas tuberías metálicas con diámetro interior de tan sólo dos
milímetros se envía el combustible a los inyectores.
Cada inyector va montado sobre un soporte o portainyector y en su interior
tiene una aguja sobre la que actúa un resorte, la cual cierra el orificio de salida
del líquido denominado tobera.
El combustible a alta presión en el interior del inyector desplaza la aguja
comprimiendo el resorte, saliendo por la tobera al interior del cilindro.
El tamaño de la tobera y la presión del combustible definen el tamaño de las
gotas que entran en el cilindro. La inyección en antecámara se hacía en una
cavidad tallada en la culata. La inyección directa introduce el gas-oil
directamente sobre el pistón, en cuya cabeza hay huecos que provocan
turbulencias en el aire que se comprime, mejorando y acelerando la
combustión, al optimizarse el proceso de mezcla de aire y combustible.

47
Figura 32. Elementos de un inyector de gasoil.
Para facilitar el arranque en frío en los motores Diesel, se utilizan
resistencias eléctricas controladas mediante sensores de temperatura.
3.6.2.3. Bomba de inyección de pistones en línea
La bomba de inyección de pistones en línea aloja en su interior un árbol de
levas que gira accionado por el cigüeñal mediante engranajes. Cada leva
empuja y desplaza el vástago de un pistón a través de un empujador o
botador, provisto en su parte inferior de un rodillo. Mediante una cremallera
dentada accionada por el acelerador, se consigue girar el cilindro y el pistón de
impulsión.
Figura 33. Bomba de inyección de pistones en línea.
El pistón lleva una incisión vertical, una escotadura en forma de bisel y dos
orificios de llenado.
Muelle de
presión
Entrada del
gasoil
Tobera
VarillaAguja
inyectora
Tornillo de
regulación

48
Figura 34. Elemento de una bomba de inyección en línea.
Cuando el pistón está en la parte más baja de su recorrido, el cilindro se
llena de combustible y al subir empujado por la leva impulsa el gasoil hacia el
inyector. Cuando el pistón baja empujado por el muelle se deja de enviar
gasoil, cerrándose la válvula antirretorno y deteniéndose la inyección
súbitamente.
El volumen de combustible inyectado varía haciendo pivotar el pistón para
que su escotadura coincida antes o después con uno de los orificios de llenado
del cilindro. Hay una posición del pistón en la que la ranura vertical coincide
con uno de los orificios de llenado del cilindro, que se aprovecha para detener
el motor.
Figura 35. Funcionamiento del pistón de una bomba de inyección en línea: a) carga, b)
principio de inyección y c) fin de inyección.
En las bombas existen reguladores que efectúan el control de la velocidad
del motor, los cuales actúan bien por fuerza centrífuga o bien mediante el
vacío.
a) b) c)

49
Figura 36. Regulador de una bomba de inyección en línea.
3.6.2.4. Bomba de inyección rotativa
El gas-oil llega a la bomba de transferencia después de pasar por el filtro
impulsado por la bomba de alimentación. La bomba de transferencia aumenta
la presión mandando el gas-oil a la válvula dosificadora.
Figura 37. Bomba de inyección rotativa.
La válvula dosificadora, que se acciona mediante el mando del acelerador y
el regulador, abre más o menos el orifico de paso del gas-oil hacia el cabezal
hidráulico. Los pistones del cabezal hidráulico, se separan en función de la
presión del combustible que deja pasar la válvula dosificadora.
Palanca de mando
de la cremallera
CremalleraMuelle
Mando del
acelerador
Arbol de levas de
la bombaContrapesos

50
Figura 38. Válvula dosificadora de una bomba de inyección rotativa.
La válvula dosificadora se puede mover:
- Hacia arriba, cerrando el conducto de salida de gas-oil al cabezal hidráulico
disminuyendo la cantidad inyectada y el régimen de giro del motor
- Hacia abajo, abriendo el conducto de salida y aumentando la cantidad
inyectada y el régimen de giro del motor.
Al girar el rotor dentro del anillo de levas, los rodillos son empujados
desplazando los pistones que comprimen el combustible que sale por la
perforación longitudinal del rotor en el momento que coincide con las salidas a
los inyectores.
Figura 39. Funcionamiento de una bomba de inyección rotativa.
Mando del
acelerador
Cable del
acelerador
Entrada del
combustible desde
la bomba de
transferencia
Muelle de
marcha lenta Mando de
parada
Piñón del mando
del acelerador
Salida del
combustible
hacia el cabezal
hidráulico
Muelle del
regulador
Válvula
dosificadora
Émbolos
Rodillos
Salida hacia el
inyectorLevas
Entrada desde la
válvula
dosificadora
Anillo de
levas
Dedo distribuidor

51
En los últimos años las bombas de inyección han variado al incorporar
sistemas de gestión electrónica (Fig. 40). El pistón distribuidor es solidario a un
plato de levas con igual número de levas al de cilindros del motor. El plato de
levas es movido en rotación por el eje de arrastre y se mantiene en apoyo
sobre el plato porta-rodillos mediante muelles de retroceso. La presión de
inyección es determinada por la forma de la leva del disco de levas. Además de
influir sobre la presión de inyección también lo hace sobre la duración de la
misma.
Figura 40. Bomba de inyección de pistón axial (Marca Bosch, modelo VP 29-30).
3.6.2.5. Alimentación «common rail»
El sistema «common rail» o por electroinyectores, consiste en un tubo de
distribución en el que está contenido el carburante enviado por una bomba de
paletas a alta muy alta presión (800-1250 atm).
Figura 41. Motor con sistema de alimentación «common rail» (Marca Volvo, modelo D5)
Unidad de control
electrónica
Sensor de
revoluciones
Dispositivo
variador de
avance a la
inyección
Bomba de
alimentación
Pistón
Electroválvula de
control del variador
de avance
Electroválvula de
acción rápida
dosificación de
combustible
Plato porta rodillos
Plato de levas

52
Desde el colector común se hacen conexiones mediante tubos de acero (de
2 mm) hasta el electroinyector que introduce el combustible en la cámara de
combustión. El electroinyector está constituido por una bobina que actúa sobre
una aguja, cuyo extremo abre y cierra una tobera con salida multipunto.
Figura 42. Esquema de un sistema de alimentación «common rail».
La duración de la corriente de excitación enviada al electroinyector, la
presión de trabajo y la sección de salida del combustible por la tobera permiten
controlar el volumen de combustible inyectado.
Figura 43. Inyector electrónico para alimentación «common rail».
Un microordenador controla la cantidad a inyectar y el instante de inicio de la
pulverización de combustible en cada cilindro.

53
Figura 44. Control electrónico de la alimentación «common rail».
3.7. Sistema de distribución
La distribución es el conjunto de elementos necesarios para regular la
entrada y salida de gases del cilindro de los motores de cuatro tiempos. Para
ello actúa abriendo y cerrando las válvulas en los tiempos de admisión y
escape de forma sincronizada con el giro del cigüeñal.
Los elementos que constituyen la distribución son los siguientes:
- Válvulas
- Levas
- Empujadores
- Balancines
- Elementos de regulación
Figura 45. Elementos de un sistema de distribución.

54
La válvula está compuesta por:
- Cabeza, sirve para cerrar el orificio de paso de los gases.
- Vástago o cola, sirve para guiar el movimiento y para transmitir a la cabeza
el empuje de la leva y la fuerza del muelle.
La estanqueidad se realiza, mediante una superficie tronco-cónica, tallada
en la periferia de la cabeza, que apoya sobre un asiento.
La válvula abre hacia el interior de la cámara de combustión, favoreciendo la
estanqueidad ya que la presión de los gases se opone a su apertura.
Figura 46. Posición de las válvulas sobre la cámara de combustión.
3.7.1. Sistemas de accionamiento de las válvulas
Los sistemas de accionamiento de las válvulas varían según su posición en
el motor y los elementos que sirven de enlace con las levas.
Los más empleados son:
- Sistema SV o de válvulas laterales, con las levas y válvulas situadas al lado
del cilindro.
- Sistema OHV (Over Head Valves) o de levas en bloque y válvulas en culata,
que es el sistema más generalizado.
- Sistema OHC (Over Head Cam) o de levas y válvulas en culata, que es el
medio más directo de transmitir el movimiento a las válvulas.

55
Figura 47. Sistemas de accionamiento de las válvulas: a) sistema SV, b) sistema OHV y c)
sistema OHC.
- Sistema SV
Este sistema es muy sencillo, ya que emplea pocos elementos de
accionamiento y reduce los efectos de inercia producidos por el movimiento
alternativo de los empujadores. El sistema SV no se utiliza desde hace tiempo
ya que las válvulas no están colocadas en la culata sino en el bloque motor, lo
que provoca que la cámara de compresión tenga que ser mayor y el tamaño de
las cabezas de las válvulas se vea limitada.
Debido al excesivo volumen requerido en la cámara de combustión origina
bajas relaciones de compresión y poco rendimiento térmico, por lo que se
emplea poco en la actualidad.
- Sistema OHV
Se distingue por tener el árbol de levas en el bloque motor y las válvula
dispuestas en la culata. La ventaja de este sistema es que la transmisión de
movimiento del cigüeñal a el árbol de levas se hace directamente por medio de
dos piñones o con la interposición de un tercero, también se puede hacer por
medio de una cadena de corta longitud, por lo que necesita un mínimo
mantenimiento. La desventaja viene dada por el elevado numero de elementos
que componen este sistema lo que trae con el tiempo desgastes que provocan
fallos en la distribución (reglaje de taques).
a) b) c)

56
Figura 48. Sistema de accionamiento de las válvulas OHV.
- Sistema OHC
Se distingue por tener el árbol de levas en la culata lo mismo que las
válvulas. Es el sistema utilizado hoy en día en la mayoría de motores. Este
sistema evita los efectos de inercia y de holgura, realizando el accionamiento
de las válvulas por mando directo o por medio de semibalancines.
Figura 49. Sistemas de accionamiento de las válvulas OHC.
Tiene la desventaja de complicar la transmisión de movimiento del cigüeñal
al árbol de levas, ya que, se necesitan correas o cadenas de distribución mas
largas que con los km. tienen mas desgaste por lo que necesitan mas
mantenimiento.
Hay una variante del sistema OHC, el DOHC la D significa Double es decir
doble árbol de levas, utilizado sobre todo en motores con 3, 4 y 5 válvulas por
cilindro.

57
3.7.2. Válvulas
La cabeza de las válvulas lleva un vástago o cola cilíndrico, para que la
pieza se refrigere y se desplace alternativamente dentro las guías. Las válvulas
de escape suelen ser aleaciones de acero al cromo–níquel y al tungsteno–
silicio, muy resistentes a las tensiones mecánicas, al calor y a la corrosión.
Las válvulas de admisión suelen ser de menor calidad, de aceros al carbono,
con cromo, silicio y níquel.
Figura 50. Colocación de las válvulas en los conductos de admisión y expulsión: a) dos
válvulas de expulsión y b) una sola válvula de expulsión.
La cabeza de la válvula debe tener las máximas dimensiones posibles, pero
por problemas de sobrecalentamiento que conlleva, se utiliza el montaje de
varias válvulas por cilindro (multiválvulas), aumentando el rendimiento
volumétrico y mejorando la refrigeración.
La velocidad de entrada de gases frescos no debe superar los 80 m/s, y la
salida de los gases de escape los 100 m/s.
El ángulo de asiento suele ser de 45º o 30º (admisión).
Los tipos de válvulas más usadas son:
- Válvulas de cabeza esférica, son muy robustas.
- Válvula de cabeza plana, reducen los efectos de inercia.
- Válvulas de tulipa, facilitan la entrada y la evacuación de gases.
La apertura de las válvulas puede hacerse mediante uno o dos árboles de
levas (uno para admisión y otro para escape).
a) b)

58
Figura 51. Partes de las válvulas: cabeza (1), asiento (2), vástago (3) y ranura (4).
Para soportar los impactos que producen las válvulas, se utilizan asientos de
válvulas montados sobre la culata de acero aleado al cromo-niquel.
Para mantener asentadas las válvulas contra su asiento se utilizan muelles cuyo
paso aumenta progresivamente.
Figura 52. Muelles para el cierre de las válvulas.
3.7.3. Levas
Las válvulas se abren por el empuje de las levas una vez por cada dos
vueltas del cigüeñal.
La válvula comienza a abrirse en el punto de tangencia entre círculo base y
flanco, permanece abierta durante toda la cresta, empieza a cerrarse durante el
segundo flanco.
La apertura y cierre de válvulas, que tiene que estar sincronizada con el ciclo
de funcionamiento del motor, se realiza disponiendo las levas en el árbol de
levas, en el que además se sitúan el accionamiento de la bomba de
combustible, el del distribuidor de encendido, y el de la bomba de aceite.
4
3
2
1

59
Figura 53. Árbol de levas.
El accionamiento del árbol de levas se realiza desde el cigüeñal, empleando
diferentes sistemas de transmisión:
- Dos engranajes en toma constante, cuando la distancia entre ejes es corta.
- Un tren simple de engranajes con una rueda intermedia, para distancias entre
ejes mayores.
Figura 54. Cadena de la distribución.
- Dos piñones unidos por una cadena provista de tensor cuando el árbol de
levas está situado en la culata. También se puede utilizar una correa dentada
de caucho con armadura de poliamida.
Figura 55. Transmisión de movimiento al árbol de levas en los diferentes sistemas de
distribución: a) Sistema OHV, b) Sistema OHC y c) Sistema SV.
a) b) c)

60
La velocidad angular del árbol de levas tiene que ser la mitad de la del
cigüeñal, por lo que el diámetro del engranaje arrastrado es el doble que el del
engranaje conductor.
Los engranajes de la distribución llevan unas marcas de referencia para
asegurar la sincronización del árbol de levas y el cigüeñal para la apertura y
cierre de las válvulas.
Entre la cola de la válvula y la leva hay un huelgo para absorber las
dilataciones térmicas de los elementos que componen la distribución, que se
obtiene mediante el reglaje de taqués con galgas.
Si el huelgo es insuficiente, al producirse la dilatación la válvula podría
quedar abierta, produciendo fugas y si es excesivo la válvula tardaría más en
abrirse y cerrarse, disminuyendo el rendimiento indicado.
3.7.4. Balancines
Son palancas que transmiten el movimiento de las levas a las válvulas, cuyo
eje de giro puede estar en su centro (balancines basculantes), para árboles de
levas situados en el bloque, o en un extremo (balancines oscilantes o
semibalancines) para los situados en la culata.
Figura 56. Balancines para la apertura de las válvulas.
El conjunto de válvulas va montado sobre el eje de balancines.
Figura 57. Eje de balancines.

61
3.8. Sistema de lubricación
El fluido empleado para suavizar el movimiento de dos superficies se
denomina lubricante.
Mediante la interposición de una película de lubricante entre dos superficies
se disminuyen las pérdidas por rozamiento y el desgaste, ya que el
deslizamiento se produce entre las moléculas de fluido.
3.8.1. Equipo de engrase de los motores alternativos
Los principales elementos que componen el sistema de engrase son:
- Cárter
- Filtros
- Bomba
- Manómetro
- Válvula reguladora de presión
El aceite lubricante contenido en el cárter es aspirado por la bomba a través de
un filtro de malla y enviado a presión, a través de un segundo filtro a la tubería
principal situada en el bloque.
De la tubería principal parten conducciones internas hacia los cojinetes, donde
el lubricante sale por unos orificios situados en los contrapesos del cigüeñal y
pies de las bielas.
Figura 58. Sistema de lubricación de un motor (Marca Caterpillar).

62
Al salir es pulverizado y formando una nube que engrasa las paredes de los
cilindros y demás elementos situados en el interior del bloque.
El segmento rascador o de engrase de los pistones lo barre de las paredes del
cilindro y retornando al cárter.
De la tubería principal también parten conductos hacia los apoyos del árbol de
levas y al eje de balancines, desde donde al rebosar engrasa las guías de
válvula y retorna al cárter por los orificios de las varillas empujadoras.
En motores modernos la cabeza de biela se lubrica a presión a través del
taladro longitudinal practicado en la caña que lleva el aceite a presión desde los
cojinetes de bancada.
El engrase de los motores de dos tiempos se realiza por mezcla de aceite (3%)
con el combustible.
Durante la admisión el aceite entra en el cárter mezclado con el combustible y,
al evaporarse éste, se deposita sobre las superficies de las piezas,
introduciéndose por los orificios de engrase de los cojinetes de apoyo.
Los elementos de los circuitos de engrase a presión, tienen las siguientes
características:
* El filtro de malla de la aspiración evita que las impurezas procedentes de la
combustión y las partículas metálicas procedentes del desgaste de las piezas,
circulen por el interior del motor.
* El segundo filtro, montado en el interior de un recipiente roscado en el bloque,
debe oponer baja resistencia al paso del aceite mediante una gran superficie
de filtrado.
Figura 59. Filtro del aceite.

63
* La bomba, accionada por el motor a través del árbol de levas o desde la
distribución, suele ser de engranajes.
Figura 60. Bomba de engranajes para la lubricación.
* La válvula reguladora que controla la presión de funcionamiento se monta en
la impulsión y permite descargar al cárter el aceite sobrante cuando la bomba
envía excesivo el caudal.
Figura 61. Válvula reguladora de presión.
La presión suele oscilar entre 2 y 2.5 kg/cm2
con el motor en caliente y cerca
de los 4 kg/cm2
con el motor en frío.
* Mediante un manómetro o una lámpara testigo se controla la presión de
funcionamiento.
* Para mantener la temperatura del aceite dentro de unos límites (75 y 85ºC) el
aceite caliente se hace retornar al cárter, con una alta conductividad térmica y
capacidad de radiación de calor, donde es refrigerado.
Algunos vehículos disponen de un circuito de refrigeración del aceite mediante
un radiador de aire.

64
3.9. Sistema de refrigeración
La combustión alcanza temperaturas instantáneas que llegan a superar los
2500ºC, siendo necesaria la refrigeración para evitar que los elementos más
próximos a la cámara de combustión, (cilindro, pistón y válvulas de escape)
lleguen a fundirse.
La refrigeración no debe ser excesiva, para mantener la temperatura del
motor a un cierto valor y que la combustión se realice con normalidad.
La refrigeración es la principal causa de que el rendimiento del motor, es
decir el porcentaje de energía del combustible que se aprovecha para realizar
trabajo mecánico, sea del 30 al 35%.
La refrigeración de los motores alternativos que se utilizan en las máquinas
agrícolas, puede hacerse por aire o por agua.
La refrigeración por aire evacua el calor del motor mediante una corriente de
aire y aletas de irradiación, de superficie proporcional a la cantidad de calor a
evacuar, dispuestas en las zonas a refrigerar.
Este sistema de refrigeración se caracteriza por una gran simplicidad
mecánica, poco peso y necesidad de mantenimiento, aunque es ruidoso y
depende de la temperatura ambiente.
La refrigeración por agua consiste en hacer circular una masa de líquido por
los huecos del bloque y la culata del motor que por transmisión evacua el calor
de las zonas a refrigerar.
Figura 62. Elementos básicos del sistema de refrigeración: 1. Radiador, 2. Panel del
radiador, 3. Depósito de agua, 4. Manguito flexible, 5. Ventilador, 6. Bomba de agua, 7.
Termostato, 8. Sensor de temperatura, 9. Camisa de agua, 10. Intercambiador de calor,
11. Válvula regulación calefacción.

65
El agua (con fluido anticongelante) contenida en el depósito del radiador se
hace circular mediante una bomba de tipo centrífugo.
El líquido sale por la parte inferior del radiador y entra en el motor pasando
alrededor de las paredes del cilindro y de la cámara de combustión, evacuando
la parte del calor producido en la combustión que absorben los elementos del
motor.
Una vez caliente por la energía absorbida, el líquido pasa desde la parte
superior de la culata hasta la parte superior del radiador, donde es enfriada a
su paso por un panel intercambiador de calor con el aire atmosférico.
• Válvula reguladora de temperatura
En el circuito se coloca una válvula termostática que regula el paso del
líquido, desviándolo de nuevo hacia la bomba, cuando aún está frío o
haciéndolo pasar por el radiador, cuando se ha calentado.
La válvula reguladora de temperatura, situada en la salida de agua caliente
de la culata, mantiene la temperatura ideal de funcionamiento del motor
(próxima a 85ºC).
Su principio de funcionamiento consiste en aprovechar la dilatación que origina el
aumento de temperatura en algunos materiales.
Figura 63. Válvula reguladora de temperatura.
• Ventilador
El ventilador accionado por el propio motor mediante una correa de
transmisión produce la corriente de aire a través del radiador y además
refrigera el generador de corriente o los conductos de escape.
Una bomba de agua de tipo centrífugo, formada por una carcasa unida al
bloque y una turbina que gira en su interior accionada desde el cigüeñal
mediante una correa y dos poleas.

66
Figura 64. Accionamiento del ventilador.
El caudal que envían este tipo de bombas es proporcional al cubo de su
velocidad de giro. En los vehículos actuales, el ventilador es accionado por un
motor eléctrico cuando el motor supera la temperatura deseada, aumentando el
rendimiento, disminuyendo el consumo específico y reduciendo la emisión de
ruidos.
• Radiador
El radiador consta de dos depósitos unidos entre sí por conductos de una
elevada conductividad térmica y con una gran superficie de irradiación.
En el depósito superior va situada una boca de llenado cerrada por un tapón
con dos válvulas antirretorno, que abren cuando la temperatura del motor sube
exesivamente, saliendo vapor de agua que se licúa en un depósito auxiliar
denominado vaso de expansión.
Figura 65. Elementos de un radiador de un tractor: depósito superior (1), depósito
inferior (2), conducto de entrada (3), conducto de salida (4) y tapón de llenado (5).
Cuando el agua se enfría se abre la segunda válvula debido al vacío interno
retornando el líquido desde el vaso de expansión al radiador. Un termómetro indicador
de la temperatura del agua de refrigeración permite controlar el calentamiento del
motor. Al agua de refrigeración se le añaden aditivos químicos a base de alcohol
etílico mezclado con glicerina que reducen su capacidad de corrosión, su punto de
congelación y la formación de espumas.
5
3
4
1
2

67
Tema 4. Ciclos teóricos de los motores endotérmicos
4.1. Introducción
Se entiende por ciclo termodinámico, a las transformaciones que ocurren de
forma periódica en el interior del motor. Se pueden estudiar varios ciclos
termodinámicos en función del fluido considerado:
- Ciclo ideal. Ciclo teórico con el aire (gas perfecto) como fluido activo, con
calores específicos constantes:
cp= 0,24 kcal/kg·K cv= 0,17 kcal/kg·K
También se considera que la compresión y expansión son adiabáticas.
- Ciclo de aire. El fluido activo es el aire con calores específicos variables con la
temperatura, siendo la compresión y la expansión adiabáticas.
- Ciclo de aire-combustible. Durante la aspiración el fluido activo es una mezcla
de aire, combustible y gases residuales de la combustión del ciclo anterior, y
durante la fase de escape una mezcla de H2O, CO2, CO y N2.
(p, Tmax)Teórico> (p, Tmax)Aire > (p, Tmax)Aire-Comb. ⇒ηTeórico > ηAire > ηAire-Comb.
El ciclo real o indicado que define el proceso que realmente se produce en un
motor, se puede obtener con un banco de ensayos.
4.2. Ciclo teórico Atkinson
También se pueden estudiar distintos ciclos teóricos según las
transformaciones termodinámicas consideradas. En el ciclo de Atkinson se
realizan las siguientes suposiciones:
- Evoluciona un gas perfecto.
- Los valores del calor específico son constantes (del aire).
- El peso molecular del fluido es el del aire.
- Los intercambios de calor y trabajo con el exterior permiten un ciclo
termodinámico con procesos reversibles.
- La compresión y expansión son adiabáticas.
Es básicamente igual al ciclo Otto con cuatro tiempos: admisión,
compresión, explosión y escape. La gran diferencia se centra en la admisión,
mucho más corta que en el ciclo Otto y evitando el cruce de válvulas.
Los motores de ciclo Atkinson incorporan una relación de compresión muy
elevada para que la admisión tenga un ciclo muy corto, la compresión resulte
muy elevada para mejorar la explosión y ésta termine resultando más limpia. El

68
escape se produce cuando la fuerza de explosión ha disminuido mucho, con lo
que dicho ciclo tiene una mayor eficiencia térmica.
Figura 66. Ciclo teórico Atkinson.
•Procesos termodinámicos
Los diferentes procesos termodinámicos que describen el ciclo Atkinson son
los siguientes:
Proceso 1-2. Compresión reversible y adiabática (proceso isentrópico). Se
entrega al sistema el trabajo W12.
p⋅vγ
= Cte (11) T⋅vγ-1
= Cte (12)
Proceso 2-3. Se añade calor a volumen constante. El calor suministrado al
sistema es Q23.
p/T = Cte (13)
Proceso 3-4. Se suministra calor a presión constante. El calor suministrado al
sistema es Q34 y este realiza el trabajo W34.
v/T = Cte (14)
Proceso 4-5. Expansión reversible y adiabática (proceso isentrópico). El sistema
realiza el trabajo W45.
p·vγ
= Cte (15) T·vγ-1
= Cte (16)
Proceso 5-6. Se enfría el sistema a volumen constante. El calor cedido por el
sistema es Q56.
p/T = Cte (17)
V
Q23
Q34
P
1 6
5
4
3
2
W45
Q56
Q61
W34
W12
W61

69
Proceso 6-1. Se enfría el sistema a presión constante. El calor cedido por el
sistema es Q61 y le entregamos el trabajo W61.
v/T = Cte (18)
•Rendimiento termodinámico:
El rendimiento termodinámico de un proceso es la relación entre la energía
obtenida y la energía suministrada.
WObtenido = W34 + W45 - W61 - W12 (19) QSuministrada = Qs = Q23 + Q34 (20)
QCedida = Qc = Q56 + Q61 (21)
Q
W-W-W+W
=
dosuministraCalor
obtenidoTrabajo
=
s
61124534
η (22)
Por el primer principio de la termodinámica o de la conservación de la energía se
cumple que:
W12 + W61 + Qs = W34 + W45 + Qc ⇒ WObtenido = W34 + W45 - W16 - W12 = Qs - Qc (23)
q
q
-1=
Q
Q
-1=
Q
Q-Q
=
S
c
s
c
S
cs
η (24)
Sustituyendo los calores específicos (por unidad de masa) en la expresión del
rendimiento y considerando que γ = cp/cv, se obtiene:
)T-T(+T-T
)T-T(+T-T-1=
3423
1665
⋅
⋅
γ
γ
η (25)
qc = q56 + q61 = cv⋅(T5 - T6) + cp⋅(T6 - T1) (26)
qs = q23 + q34 = cv⋅(T3 - T2) + cp⋅(T4 - T3) (27)
T1-
T
T+1-
T
T
T
T1-
T
T+1-
T
T
T
-1=
3
3
4
2
3
2
1
1
6
6
5
6
⋅⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
⋅⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
⋅
⋅⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
⋅⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
⋅
γ
γ
η (28)
sacando factor común y multiplicando y dividiendo por T1:
T
T1-
T
T+1-
T
T
T
T1-
T
T+1-
T
T
T
T
T
T
-1=
2
3
3
4
2
3
6
1
1
6
6
5
2
1
1
6
⋅⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
⋅⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
⋅⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
⋅⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
⋅⋅
γ
γ
η (29)
o bien:

70
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
⋅⋅⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
⋅⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
⋅
⋅
1-
T
T
T
T
+1-
T
T
T
T
-1+1-
T
T
T
T
T
T
-1=
3
4
2
3
2
3
6
1
6
5
1
6
2
1
γ
γ
η (30)
•Parámetros termodinámicos:
En el ciclo se definen los siguientes parámetros:
- Relación de compresión efectiva,
r'=V1/V2 = V1/V3 (31)
- Relación de expansión total o relación de compresión geométrica
r =V5/V3 = V6/V2 (32)
- Relación de presiones o relación de combustión a volumen constante
rp = p3/p2 = p4/p2 (33)
- Relación de corte o relación de combustión a presión constate
rc =V4/V3 = V4/V2 (34)
El rendimiento termodinámico del ciclo se puede expresar en función de los
parámetros anteriores.
- Proceso a presión constante 3-4: v/T = Cte
r=
v
v=
T
T
T
v=
T
v
c
3
4
3
4
4
4
3
3
⇒ (35)
Proceso a presión constante 6-1: v/T = Cte
r
1
r=
v
v
v
v=
v
v=
v
v=
T
T
T
v=
T
v
1
2
2
5
1
5
1
6
1
6
1
1
6
6
′
⋅⋅⇒ y
r
r
=
T
T
6
1 ′
(36)
Proceso a volumen constante 2-3: p/T = Cte
r=
p
p
=
T
T
T
p
=
T
p
p
2
3
2
3
3
3
2
2
⇒ (37)
Proceso a volumen constante 5-6: p/T = Cte
p
p
=
T
T
T
p
=
T
p
6
5
6
5
6
6
5
5
⇒ (38)

71
Proceso isentrópico 1-2
vp=vp 2211
γγ
⋅⋅ (39)
o bien ⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
′⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
⇒⋅⋅
r
1
=
v
v=
T
T
vT=vT
1-
1
2
1-
2
11-
22
1-
11
γγ
γγ
(40)
Proceso isentrópico 4-5
v.p=v.p 5544
γγ
(41)
p1 = p6 ⇒ v.p=v.p 2216
γγ
(42)
dividiendo estas dos últimas expresiones entre sí se obtiene:
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
⎪
⎭
⎪
⎬
⎫
v
v.
v
v.
p
p
=
p
p
v.p=v.p
v.p=v.p
5
1
2
4
2
4
6
5
2216
4455 γγ
γγ
γγ
_ ⇒ ⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ ′
r
r
.r.r=
p
p
cp
6
5
γ
γ
(43)
( )
( ) r1-r+1-r
r
r
-1+1-
r
r
rr
r
r
r
1
-1=
pcp
cp
⋅
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ ′
⋅⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ ′
⋅⋅⋅
′
⋅−
γ
γ
η
γ
γ
γ 1
'
(44)
4.3. Ciclo teórico Otto
El ciclo Otto es el ciclo termodinámico ideal que se aplica en los motores de
combustión interna. Se caracteriza porque todo el calor se aporta a volumen
constante. Hay dos tipos de motores que se pueden por este ciclo: los motores
de gasolina de dos y cuatro tiempos.
Figura 67. Ciclo teórico Otto.
V
Q1
P
1
4
3
2
W34
Q2
W12

72
•Procesos termodinámicos:
Los procesos termodiámicos que describen el ciclo son:
Proceso 1-2. Compresión adiabática.
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
V
V.T=TV.T=V.T
2
1
1-
12
1-
11
1-
22
γ
γγ
_ (45)
Proceso 2-3. Introducción de calor Q1 a volumen constante.
Proceso 3-4. Expansión adiabática.
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
⋅⇒⋅⋅
V
V
T=TVT=VT
3
4
1-
43
1-
44
1-
33
γ
γγ
(46)
Proceso 4-1. Cesión de calor Q2 a volumen constante.
En el ciclo Otto se definen los siguientes parámetros:
- Relación de expansión total o relación de compresión geométrica:
V
V+)V-V(
=
v
v+q
=
V
V=
V
V=
mÍnimoVolumen
máximoVolumen
=r
2
221
2
1
3
4
(47)
q cilindrada
v volumen de la cámara de combustión
- Relación de compresión efectiva r'. Es igual a la relación de compresión
geométrica.
r=r'
- Relación de presiones: rp=p3/p2
- Relación de corte: rc= 1
El rendimiento termodinámico es:
q
q
-1=
Q
Q
-1=
Q
Q-Q
=
S
c
s
c
S
cs
η (48)
Los calores específicos (por unidad de masa), valen:
qc = cv⋅(T4 - T1) (49) qs = cv⋅(T3 - T2) (50)

73
Sustituyendo estos valores en la ecuación anterior se obtiene:
T-T
T-T-1=
23
14
η (51)
El rendimiento termodinámico se puede obtener sustituyendo los valores de
la relación de compresión en la ecuación anterior:
r
1
-1=
rT-rT
T-T-1= 1-1-
1
1-
4
14
γγγ
η
⋅⋅
(52)
Queda como valor del rendimiento:
r
1
-1= 1)-(
′ γ
η (53)
En esta expresión el rendimiento se observa que solo depende de la relación
de compresión (r') y que cuanto mayor sea esta, mayor será el rendimiento del
ciclo teórico Otto.
4.4. Ciclo teórico Diesel
El ciclo Diesel se diferencia del ciclo teórico Otto en que la introducción de
calor se realiza a presión constante. El área encerrada por el ciclo en el
diagrama P-V, representa el trabajo útil, mientras que en el diagrama T-S, es el
calor neto.
Figura 68. Ciclo teórico Diesel.
Q1
P
V
1
4
3
2
W34
Q2
W23
W12

74
Los diferentes procesos termodinámicos que describen el ciclo Diesel son
los siguientes:
Proceso 1-2. Compresión adiabática reversible.
Proceso 2-3. Absorción de calor Q1, a presión constante.
Proceso 3-4. Expansión adiabática reversible.
Proceso 4-1. Cesión de calor Q2, a volumen constante.
En el ciclo Diesel se definen los siguientes parámetros:
- Relación de compresión efectiva (Relación de compresión) igual a la
Relación de expansión total:
V
V=
V
V=
mÍnimoVolumen
máximoVolumen
=r
2
1
3
4
(54)
- Relación de presiones: rp=1
- Relación de corte o relación de combustión a presión constante:
rc =V3/V2 (55)
q
q
-1=
Q
Q
-1=
Q
Q-Q
=
S
c
s
c
S
cs
η (56)
Los calores específicos (por unidad de masa), valen:
qc = cv⋅(T4 - T1) (57) qs = cp⋅(T3 - T2) (58)
Sustituyendo estos valores en la ecuación del rendimiento se obtiene:
T-T
T-T1
-1=
)T-T(c
)T-T(c-1=
23
14
23p
14v
⋅
⋅
⋅
γ
η (59)

75
sacando factor común T1 y T2, queda:
1-
T
T
1-
T
T
T
T1
-1=
2
3
1
4
2
1
⋅⋅
γ
η (60)
Queda como valor del rendimiento:
( )1-r
1-r
r
1
-1=
c
c
1)-(
⋅
⋅
′ γ
η
γ
γ
(61)
El rendimiento depende de r' y rc.
rc >1 ⇒
( )
1>
1-r
1-r
c
c
⋅γ
γ
(62)
Por tanto para un valor dado de la relación de compresión el rendimiento del
motor diesel es menor que el de un motor Otto.
ηOTTO > ηDIESEL para una misma r.
4.5. Ciclo Sabathe
El ciclo de Sabathe o ciclo mixto, es intermedio entre el Otto y el Diesel, y se
aproxima bastante al ciclo real de un motor.
La introducción de calor al sistema se realiza en dos fases:
- A volumen constante: explosión de todo el gasoil que hay en el interior del
cilindro.
- A presión constante: combustión del resto del gasoil conforme se va
produciendo la inyección.
Los diferentes procesos termodinámicos que describen el ciclo mixto de
Sabathe son los siguientes:
Proceso 1-2. Compresión adiabática reversible.
Proceso 2-3. Absorción de calor Q23, a volumen constante.
Proceso 3-4. Absorción de calor Q34, a presión constante.

76
Proceso 4-5. Expansión adiabática reversible.
Proceso 5-1. Cesión de calor Q51, a volumen constante.
Figura 69. Ciclo mixto de Sabathé.
En el ciclo mixto de Sabathe se definen los siguientes parámetros:
- Relación de compresión efectiva igual a la Relación de compresión
geométrica, e igual a la Relación de expansión total:
r = r' (63)
- Relación de presiones o relación de combustión a volumen constante:
rp=p3/p2 (64)
- Relación de corte o relación de combustión a presión constante:
rc =V4/V3 (65)
( ) r1-r+1-r
1-rr
r
1
-1=
pcp
cp
-1)(
⋅
⋅
⋅
′ γ
η
γ
γ
(66)
Q23
Q34
P
1
5
4
3
2
W45
Q51
W34
W12

77
El rendimiento en este caso depende de los tres parámetros y aumenta como
en los casos anteriores al aumentar la relación de compresión.
4.6. Comparación entre los tres ciclos
Representado en un mismo gráfico los rendimientos de los tres ciclos en
función de la relación de compresión (r'), se puede observar que para igual
relación de compresión:
ηOTTO > ηSABATHE > ηDIESEL
En el ciclo Otto el rendimiento aumenta con la relación de compresión, pero
existe un valor límite máximo admisible, r'≈11 para evitar la detonación.
Figura 70. Rendimiento térmico en función de la relación de compresión.
En el ciclo Diesel puro el rendimiento depende de la relación de compresión y
de la relación de corte, resultando que para una misma relación de compresión el
rendimiento del ciclo Diesel puro es inferior al del Otto.
En la practica siempre se adopta una mayor relación de compresión en los
motores Diesel por lo que su rendimiento es mayor que el del motor Otto.
En el motor Diesel la relación de compresión suele ser inferior a 24, pues el
pequeño aumento en el rendimiento termodinámico no compensa la disminución
del rendimiento mecánico (Mayores fuerzas, rozamientos, motor más pesado,
etc.)
Rendimientotérmicoηt
70
65
60
55
50
45
40
35
4 6 8 10 12 14 16 18 20 22
Relación de compresión r’
Ciclo Otto
Ciclo Sabathé
Ciclo Diesel
Motores de encendido
por compresión
Motores de
encendido
provocado

78
4.6.1. Comparación entre ciclos para igual cantidad de calor absorbido e
igual relación de compresión
El ciclo que tiene menor rendimiento es aquel que pierde más calor (Qc), ya
que el calor absorbido siempre es el mismo. Donde más calor se pierde es en la
transformación 4''-1, después en la 4'-1 y por último en la 4-1; luego:
ηOTTO > ηSABATHE > ηDIESEL
El rendimiento aumenta al aumentar la relación de presiones y disminuir la
relación de corte.
Figura 71. Representación de los tres ciclos con r'=Cte y Qs=Cte
4.6.2. Comparación entre los ciclos Otto y Diesel para igual cantidad de
calor absorbido e igual presión máxima
En el diagrama P-V se observa que donde más calor se pierde en la
transformación 4'-1, que corresponde al ciclo Otto:
ηDIESEL > η OTTO
Figura 72. Representación de los tres ciclos para Qs=Cte y pmax=Cte
P
V
1
4
3’
2’
2
3
4’’
3’’
4’
Ciclo Otto
Ciclo Diesel
Ciclo Sabathé
V
P
1
4
3’2
2’
3
4’
Ciclo Otto
Ciclo Diesel

79
4.6.3. El motor Diesel a carga parcial
Cuando se hace funcionar el motor Diesel a carga parcial (acelerador poco
pisado), aumenta su rendimiento.
A carga parcial se mantiene la relación de presiones constate (primera fase
de combustible inyectado) y va disminuyendo la relación de corte, obteniendo
un mayor rendimiento.
Figura 73. El motor Diesel a carga parcial
4.7. Presión media de un ciclo
Se denomina presión media de un ciclo, pm, a la correspondiente a un
diagrama rectangular, de altura pm y base la cilindrada Q=(V1–V2), y cuya área es
igual a la del ciclo.
Figura 74. Presión media de un ciclo termodinámica.
V
P
1
2 3
4
V
P
V
P
Wi
Wi

80
El trabajo obtenido por ciclo se puede expresar como:
W = ∫pm⋅dV = pm⋅(V1 - V2) = pm⋅Q ⇒ pm = W/Q (67)
W trabajo útil del ciclo Q cilindrada total
Una vez construido el motor, en un banco de ensayos se puede determinar el
trabajo indicado (Wi) y por tanto, dividiendo éste por la cilindrada (Q) se obtiene la
presión media indicada, pmi:
V-V
W=
Q
W=p
21
ii
mi
(68)
Restando al trabajo indicado el absorbido por las pérdidas mecánicas, queda
el trabajo efectivo (We) en el eje del motor.
El trabajo efectivo en el eje del motor puede obtenerse a partir de la potencia
efectiva, Ne, medida en un banco de pruebas:
V-V
W=
Q
W=p
21
ee
me
(69)

81
Tema 5. Ciclos reales de los motores endotérmicos
5.1. Ciclo indicado
El ciclo real de un motor no se corresponde totalmente con los ciclos teóricos
previamente analizados debido a que las hipótesis de partida no se cumplen
totalmente. Por tanto, el funcionamiento real del motor es menos eficiente del
supuesto por los ciclos teóricos.
El ciclo indicado es el que representa la relación entre la presión dentro del
cilindro (Figura 75) y su volumen medidos experimentalmente. Inicialmente se
utilizaban sensores de presión denominados indicadores de donde derivó el
nombre del ciclo obtenido mediante ellos.
Figura 75. Obtención experimental del ciclo indicado.
Las diferencias entre el ciclo indicado y el teórico (Figura 76) se deben a los
siguientes motivos:
- El fluido que evoluciona no es un gas perfecto y reacciona químicamente con el
combustible.
- Los valores del calor específico no son constantes.
sensor de presión
cuenta-
revoluciónes
osciloscopio
P
αPMS PMI
Carrera
P
α
PMS PMI
Carreraα
x

82
- Los fluidos presentan fenómenos de inercia como consecuencia de su masa y
de las velocidades a los que se someten.
- Las aperturas y cierres de las válvulas no coinciden con los puntos muertos del
pistón.
- En la carrera de admisión la presión es inferior a la atmosférica para que se
produzca la entrada del aire, mientras que la expulsión se produce a una
presión superior a la atmosférica.
- En la compresión, se comprime una mezcla de aire (con combustible en los
motores Otto) y de gases residuales que quedan de la combustión precedente.
Este proceso se aproxima a un comportamiento adiabático debido a la pequeña
diferencia de temperatura entre el fluido comprimido y la pared del cilindro.
- En la expansión se producen importante pérdidas de calor a través de las
paredes del cilindro hacia el sistema de refrigeración, por lo que hay una
importante diferencia con respeto a una evolución adiabática.
- En los motores de ciclo Otto la combustión dura un determinado tiempo durante
el que el volumen va variando al moverse el pistón.
- En los motores de ciclo Diesel, el adelanto de la inyección al punto muerto
superior hace que se acumule un poco de combustible hasta alcanzar la presión
necesaria para la combustión. En ese momento se produce parte de la
combustión de forma instantánea con variación de presión.
Figura 76. Comparación entre los ciclos teórico e indicado Otto (a) y Diesel (b).
El trabajo indicado viene representado por el área del ciclo indicado y es el
trabajo proporcionado por los gases durante su expansión sobre la cabeza del
pistón. El rendimiento de diagrama (ηd) o de calidad del ciclo se define como la
relación entre el trabajo indicado y el trabajo teórico:
3
P
2 E n c e n d id o
0 1
4
P a t
V VV
P M IP M S
B O M B E O
2 1
P
P a t
V VV
P M IP M S
B O M B E O
2 1
a) b)

83
τ
τ
η
t
i
d = (70)
El trabajo real obtenido de los gases en el motor es:
τi = τt.ηd (71)
El rendimiento de diagrama no varía sustancialmente al modificar el régimen
de giro del motor.
5.1.1. Trabajo efectivo
El trabajo disponible en el eje del motor es menor que el trabajo indicado
debido a las perdidas por rozamiento en los elementos mecánicos del motor, al
trabajo necesario para el movimiento de los elementos auxiliares y a las pérdidas
por bombeo en las fases de admisión y escape.
El rendimiento mecánico se define como la relación entre el trabajo efectivo y
el trabajo indicado:
τ
τ
η
i
e
m
= (72)
El rendimiento mecánico disminuye al aumentar el régimen de giro del motor.
El trabajo efectivo, conocido el rendimiento mecánico, será:
τe = τi⋅ηm (73)
El trabajo efectivo obtenido en el eje del motor, que proporciona un cilindro
durante un ciclo se puede obtener mediante la expresión:
ηηηηρτ mdtvaUecc ...F.H...V= (74)
donde,
VU cilindrada unitaria
ρa densidad del aire
ηv rendimiento volumétrico
F riqueza de la mezcla
H poder calorífico del combustible
ηt rendimiento termodinámico
ηd rendimiento de diagrama

84
ηm rendimiento mecánico
Para un motor con Z cilindros y una cilindrada total VT, el trabajo efectivo
producido en cada ciclo será:
ηηηηρττ mdtvaTeccec H.FV=Z= ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ (75)
Se define el rendimiento efectivo o económico como la relación entre el trabajo
efectivo obtenido y el calor necesario aportado por el combustible para su
obtención:
Q
=
sc
ec
e
τ
η (76)
El trabajo efectivo por ciclo obtenido es:
ητ eccec Hm= ⋅⋅ (77)
5.1.2. Potencia del motor
La potencia (teórica, indicada o efectiva) es el trabajo realizado por el motor en
un tiempo determinado, y se puede obtener fácilmente a partir del trabajo
realizado en cada ciclo y en cada cilindro.
ciclounrealizarentardaqueTiempo
cilindros)de(Númerocilindro)yciclopor(Trabajo
=Potencia
⋅
(78)
El tiempo que se tarda en realizar un ciclo es el empleado en dar una vuelta
por el cigüeñal en los motores de dos tiempos y dos vueltas en los motores de
cuatro tiempos:
60
2
1
Zn
=N cc
⋅
⎭
⎬
⎫
⎩
⎨
⎧
⋅⋅τ
(79)
donde,
N Potencia (efectiva, indicada o teórica).
τcc Trabajo realizado por ciclo y cilindro.
n Número de revoluciones del motor por minuto (r.p.m.)
Z Número de cilindros del motor.

85
7560
Z(r.p.m.)nm)(Kp
=(CV)N cc
⋅⋅
⎩
⎨
⎧
⎭
⎬
⎫
⋅⋅⋅
2
1
τ (80)
5.1.3. Potencia indicada
La potencia indicada, es la medida del trabajo real desarrollado por los gases
en el interior del cilindro durante un segundo.
La potencia indicada se puede obtener a partir del ciclo indicado determinando
su área, que es equivalente al trabajo indicado y utilizando la ecuación anterior
que proporciona la potencia.
5.1.4. Potencia efectiva
Mediante un freno se puede medir la potencia en el eje del motor, cuyo valor
es inferior a la indicada debido a las pérdidas de trabajo por rozamiento y el
accionamiento de elementos auxiliares.
La relación entre la potencia indicada y la efectiva es el rendimiento mecánico:
N
N=
i
e
mη (81)
El trabajo efectivo realizado por un motor en cada revolución es el realizado
por las dos fuerzas tangenciales generadas mediante un freno:
τe = 2⋅π⋅R⋅2⋅FR = 2⋅π⋅F⋅L (82)
donde,
F fuerza de frenado
L longitud del brazo del freno
La potencia efectiva será:
30
nLF
=
n
60
=
t
=N
e
vueltaUNA
e
e
⋅⋅⋅πττ (83)

86
Las pérdidas mecánicas, llamadas también potencia de fricción se puede
medir utilizando distintos sistemas:
1. Como diferencia entre la potencia indicada y la potencia efectiva.
2. Utilizando una fuente de potencia externa para hacer girar el motor sin
encendido.
3. Suprimiendo la combustión en un cilindro para determinar la potencia indicada
de un cilindro.
Nf = Ne - Ni = Ne - Z⋅(Ne - Ne') (84)
5.1.5. Par motor
El par motor se puede calcular a partir de la potencia y la velocidad de giro:
60
2nT
=T=N
π
ω
⋅⋅⋅
⋅ (85)
716
nT
=
7560
2(r.p.m.)nm)(kpT
=(CV)N
⋅
⋅
⋅⋅⋅⋅ π
(86)
⎭
⎬
⎫
⎩
⎨
⎧
⋅
⋅⋅
2
1
Z
=2T ccτπ (87)
5.2. Variación de la presión en el cilindro
El trabajo obtenido por ciclo se puede expresar en función de la presión media
como:
( )∫ ⋅=−⋅=⋅= Tmmm VpVVpdVp 21τ (88)
V
=p
T
m
τ
(89)
donde,
VT cilindrada total
τ trabajo útil del ciclo

87
La presión media de un motor es proporcional al par motor.
5.2.1. Presión media indicada
Mediante un banco de ensayos se puede determinar el trabajo indicado (τi) de
un motor y dividiéndolo por la cilindrada (VT) se obtiene la presión media indicada,
pmi:
V-V
=
V
=p
21
i
T
i
mi
ττ
(90)
Para un motor de 2 o 4 tiempos el trabajo indicado es función de la presión
media indicada:
τi = pmi⋅VT (91)
60
nVp
=
n
60
Vp
=
t
Trabajo
=Potencia TmiTmi
cicloUN
cicloUN
⋅
⎩
⎨
⎧
⎭
⎬
⎫
⋅⋅
⎩
⎨
⎧
⋅
⎭
⎬
⎫
⋅
2
1
2
1
(92)
5.2.2. Presión media efectiva
La presión media efectiva (pme), se define como:
V-V
=
V
=p
21
e
T
e
me
ττ (93)
Se puede definir la presión media efectiva como el producto de la presión
media indicada por el rendimiento mecánico:
pme = pmi⋅ηm (94)
Motor de 4 tiempos:
nV
N120
=p
T
e
me
⋅
⋅
(95)
Motor de 2 tiempos:
nV
N60
=p
T
e
me
⋅
⋅ (96)

88
5.3. Cálculo de los rendimientos
Los distintos rendimientos que se consideran en un motor relacionan el trabajo
teórico obtenido en el ciclo termodinámico, el trabajo indicado, el efectivo, la
energía del combustible y la energía liberada realmente en la combustión.
Los rendimientos se pueden expresar como una relación entre los trabajos, las
potencias o las presiones medias.
nPresió
esión
=
Potencia
Potencia
=
Trabajo
Trabajo
=x
′
Pr
''
η (97)
- Rendimiento de la combustión. Es la relación entre el calor realmente
obtenido en la combustión (Qsc) o suministrado al sistema y la energía que posee
el combustible (Q1):
Q
Q
=
1
sc
cη (98)
- Rendimiento termodinámico. Es la relación entre el trabajo teórico obtenido en
el ciclo termodinámico y el calor realmente obtenido en la combustión (Qsc) o
suministrado al sistema:
Q
=
sc
t
t
τ
η (99)
- Rendimiento del diagrama, de calidad o cualitativo. Se define como el
cociente entre la potencia (trabajo o presión media) indicada y la potencia (trabajo
o presión media) obtenida en el ciclo teórico:
τ
τη
t
i
t
i
d
=
N
N= (100)
- Rendimiento mecánico. Es el cociente entre la potencia (trabajo o presión
media) efectiva en el eje y la potencia (trabajo o presión media) indicada:
p
p
==
N
N=
mi
me
i
e
i
e
m
τ
τ
η (101)

89
- Rendimiento efectivo o total. Es el producto de los distintos rendimientos del
motor, y viene dado por el cociente entre la potencia (trabajo) efectiva en el eje y
el calor necesario para obtenerlo:
ηηηηη mdtce
= ⋅⋅⋅ (102)
Si no se considera el rendimiento de la combustión, resulta:
Q
..=
Q
.=
Q
=
sc
t
dm
sc
i
m
sc
e
e
τ
ηη
τ
η
τ
η (103)
ηηηη mdte ..= (104)
- Rendimiento indicado. Es el cociente entre el trabajo indicado y el calor
entregado al sistema para obtenerlo:
ηη
τ
τ
ττ
η td
sc
t
t
i
sc
i
i
=
Q
=
Q
= ⋅⋅ (105)
5.4. Rendimiento volumétrico
Cuanto mayor volumen de aire se introduce en el cilindro, mayor resulta la
cantidad de combustible que puede quemarse y la energía que produce el
motor.
El rendimiento volumétrico indica el mayor o menor grado de llenado del
cilindro.
El rendimiento volumétrico se define como la relación entre el peso efectivo
del aire introducido en el cilindro durante la unidad de tiempo y el peso del
volumen de aire que teóricamente debería introducirse en el mismo tiempo,
calculado a base de la cilindrada unitaria y de las condiciones de temperatura y
presión en el cilindro.
El rendimiento volumétrico varía entre 0.75 y 0.85 y depende de:
- La densidad de la carga y la dilución originada en la misma por los gases
residuales, que disminuye al aumentar su temperatura por el calor cedido
por las paredes del cilindro, reduciéndose el rendimiento volumétrico.
Los mayores valores del rendimiento volumétrico se alcanzan en los
motores para una velocidad del aire de 40-60 m/s, en régimen normal de
funcionamiento y de 65-75 m/s en régimen de máxima potencia.

90
- Los tiempos de apertura y cierre de las válvulas.
La cantidad de energía que se produce en el interior del cilindro se puede
aumentar mediante sobrealimentación, llenando los cilindros al comprimir el
fluido operante.
La sobrealimentación se hace con un turbocompresor compuesto por una
turbina acoplada a la salida de los gases de escape, que mueve un compresor
que hace entrar el aire a presión en el interior del cilindro desde la admisión.
Figura 77. Esquema de un motor con turbocompresor e intercooler.
En los motores Diesel la sobrealimentación consigue una mayor energía en
cada ciclo, mayor potencia para una misma cilindrada, menor consumo
específico de combustible, debido a una combustión más perfecta, mayor
duración y vida útil.
Para reducir la temperatura del aire comprimido y conseguir la entrada de
una mayor cantidad de aire en el cilindro se usa un intercambiador de calor
(intercooler).
5.5. Rendimiento mecánico
El rendimiento mecánico normalmente está comprendido entre 0.80 y 0.90.
Depende del rozamiento entre los órganos móviles, del acabado de las
superficies, de la lubricación, etc, y tiene en cuenta el trabajo absorbido por los
rozamientos de los órganos del motor con movimiento relativo y de los órganos
auxiliares (distribución, alternador, bombas de aceite y de la refrigeración, etc).
Turbocompresor
Intercooler

91
5.6. Diagrama circular
El diagrama circular o diagrama de la distribución es una representación gráfica de
los instantes de apertura y cierre de las válvulas referidos al ángulo de desplazamiento
de la manivela. El adelanto de las válvulas se realiza para que en el punto muerto
(PM) correspondiente estén completamente abiertas o cerradas.
Se trata de conseguir la máxima admisión de mezcla aprovechando la inercia de los
gases a su entrada en el cilindro. En el solape de las válvulas (α+β) es difícil que se
produzca la salida de los gases entrantes por tener estos sentido completamente
opuesto al de los gases que salen y por las grandes velocidades que llevan.
Figura 78. Diagramas circulares de motores de cuatro (a) y dos tiempos (b): RCA Retraso
del cierre de la admisión, AAA adelanto de la apertura de admisión, AAE Adelanto de la
apertura de escape, RCE Retraso del cierre de escape y AE adelanto de la explosión.
El diagrama P-α representa gráficamente la relación entre la presión medida
dentro del cilindro y el ángulo girado por el cigüeñal (Fig. 79). Este tipo de
representaciones son útiles para determinar los esfuerzos sobre los cojinetes y
para determinar el ciclo real. En este ciclo, los límites de las diferentes fases no
coinciden con los puntos muertos superior e inferior de las carreras del pistón.
Las diferentes fases del motor no tienen el mismo recorrido angular (Fig. 78).
Las fases de admisión y escape tienen siempre el mismo recorrido angular
mientras que la variación del momento del encendido con la velocidad, las
fases de compresión y de combustión-expansión tienen un recorrido que puede
variar con la velocidad del motor.
β
α
RCEAAA
AAERCA
A E
D B
C
E’
F
G
AE
AAE
AAA
E
▬ admisión
▬ compresión
▬ expansión
▬ escape
AB
C
D

92
Figura 79. Diagrama de presiones en función del giro del cigüeñal: ||| trabajo pasivo
absorbido por el ciclo y /// trabajo útil del ciclo.
Pat.
PMI PMS
1 2
3
4
5
6'
6
7
8
9
10
11 1
0º
admisión
180º
compresión
360º
expansión
540º
escape
720º
PMS PMI PMS
Cierre de la
válvula de
escape
Cierre de la
válvula de
admisión
Inicio del
encendido
Apertura de la
válvula de
escape Apertura de la
válvula de
admisión

93
Tema 6. Comportamiento del motor en alimentación
máxima y alimentación parcial
6.1. Actuación del regulador
Mediante el ensayo al freno es posible conocer las prestaciones de un motor en
alimentación máxima, cuando cada cilindro recibe la máxima cantidad de combustible
que se puede quemar por ciclo.
El regulador de la bomba inyectora juega un papel fundamental ya que la cantidad
de combustible que recibe un cilindro determina el trabajo que se obtiene de él en un
ciclo.
El regulador (Figura 1) esta formado por un plato (1) de acoplamiento al árbol de
levas de la bomba por medio del manguito roscado (2). En este plato y sobre los
pernos (3), van situados los contrapesos o masas centrifugas (4), en cuyos rebajes de
forma circular se acopla la brida de mando (5), formada por los salientes (6) de
acoplamiento en los contrapesos y las garras de arrastre (7), a través de las cuales la
bomba recibe el movimiento del motor.
Figura 80. Regulador de avance a la inyección en una bomba de tipo lineal.
La posición y regulación de los salientes (6), con respecto a las masas centrifugas,
se realiza por medio de unos muelles (8) y unas arandelas de reglaje (9), que unen los
salientes (6) con los pernos (3) del plato de acoplamiento, alojandose en los huecos
del saliente (16). El conjunto va cerrado por medio de la cápsula soporte (10) y la tapa
(11).

94
Cuando el motor aumenta su velocidad, los contrapesos (4), por efecto de la fuerza
centrifuga, tienden ha desplazarse hacia el exterior, empujando a los salientes (6) de
la brida de mando, que se desplazan comprimiendo a los muelles (8) y disminuyendo,
por tanto, el ángulo de acoplamiento en la brida de arrastre. Como esta brida no puede
adelantarse ni retrasarse por estar unida a la transmisión del motor, son los perno (3)
los que se desplazan en el sentido de avance de la bomba. Con ello arrastran el plato
de acoplamiento con el árbol de levas y, por tanto, logran un adelanto de las levas del
mismo.
La bomba de inyección envía en cada momento la cantidad de combustible
necesaria, según el estado de carga del motor. Para tener uniformidad de régimen
incluso bajo condiciones variables de carga la bomba de inyección incorpora el
regulador. El regulador tiene la misión de mantener constante la velocidad de giro del
motor en el valor prefijado por el acelerador.
Figura 81. Componentes de una bomba de tipo rotativo: 1. Válvula reguladora de presión
en el interior de la bomba, 2. Grupo regulador del caudal de combustible a inyectar, 3.
Estrangulador de rebose (retorno a deposito), 4. Cabezal hidráulico y bomba de alta
presión, 5. Bomba de alimentación de aletas, 6. Variador de avance a la inyección, 7.
Disco de levas y 8. Válvula electromagnética de parada.
El regulador envía mayor cantidad de combustible por cilindro y ciclo cuando el
régimen tiende a bajar y envía menos cuando la velocidad tiende a subir. La cantidad
de combustible que es posible quemar en un cilindro por cada ciclo, tiene un límite que
depende de la cantidad de oxígeno presente en su interior.
Cuando se alcanza ese límite, el motor funciona en alimentación máxima y no es
posible compensar los incrementos de carga con incrementos de combustible
quemado, disminuyendo entonces la velocidad de giro.
En el estudio teórico del comportamiento del motor en alimentación máxima, se
consideran dos hipótesis simplificadoras:
1. La cantidad de combustible inyectado por ciclo en cada cilindro no varía con la
velocidad de giro cuando trabaja en alimentación máxima.

95
2. El trabajo que se obtiene en la combustión no depende de la velocidad de giro.
6.2. Consumo horario y consumo específico
El consumo horario es la cantidad de combustible quemado por el motor en la
unidad de tiempo:
Qh [g/s]=mcc [g/ciclo]·w [rad/s]·1/(4·π) [ciclos/rad] (106)
El producto del consumo horario por el poder calorífico del combustible, representa
la cantidad de calor liberado en la unidad de tiempo, es decir, la potencia ideal:
Nid=Qh·H (107)
Se denomina consumo específico, ce, al consumo de combustible del motor por
unidad de tiempo y por unidad de potencia efectiva obtenida:
[ ]kWN
h
g
Q
kWh
g
c
f
h
e
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
=⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
(108)
Considerando el trabajo efectivo por ciclo:
ητ eccec Hm= ⋅⋅ (109)
ητ
eh
ec
e HQ=
t
=N ⋅⋅ (110)
y
H
1
=c
e
e
⋅η
(111)
El consumo específico se suele expresar en (g/CV⋅h) a partir del poder calorífico del
combustible, H, en (kcal/kg) y sabiendo que un caballo de vapor (CV) es igual a 75
(kg·m/s):
h/gr)(CVH
1000360075
427
=
=
kg
hCV
H
360075
427
=m/kg)(kgH427=(kcal/kg)H
e
Eee
⋅⋅⋅
⋅⋅
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛ ⋅
⋅⋅
⋅
⋅⋅⋅⋅
η
ηηη
(112)
h)(g/CV
H
300632
=C
e
e ⋅
⋅η
.
(113)

96
)/(
1
10 3
hlNCC
c
feh
δ
⋅⋅⋅= −
El consumo horario se puede determinar a partir del consumo específico, de la
potencia al freno, Nf, y de la densidad del combustible, δc,:
(114)
6.3. Relación entre par motor y trabajo efectivo por ciclo
El par motor Mt es el momento torsor desarrollado por el eje del motor para vencer
la resistencia que le ofrece la máquina que debe accionar.
El par motor se relaciona con el trabajo efectivo por ciclo según la expresión:
ecc
ec
t m
2
1
H
2
1
=M η
ππ
τ ··
·2·2 ⋅
⎭
⎬
⎫
⎩
⎨
⎧
=
⋅
⎭
⎬
⎫
⎩
⎨
⎧ (115)
El par motor es proporcional a la masa de combustible inyectada por ciclo y al
rendimiento económico.
La presión media efectiva es directamente proporcional al par desarrollado:
T
t
me
V
M
p
··2·
2
1
π
⎭
⎬
⎫
⎩
⎨
⎧
= (116)
6.4. Curvas características
Las curvas características de un motor representan gráficamente las prestaciones
del mismo cuando funciona en alimentación máxima. El ensayo al freno para la
determinación de las curvas características consiste en colocar la palanca aceleradora
al máximo (máxima velocidad de giro) y aplica cargas que vayan reduciendo la
velocidad de giro hasta un valor mínimo.
Para cada valor de velocidad de giro se registra el par resistente medio y el
consumo de combustible. La medida de la potencia al freno se realiza mediante el
cálculo a partir de la medida del par efectivo y el régimen de giro:
N=M·w [W] (117)
donde,
M par motor [N·m]
w velocidad de giro del motor [rad·s–1
]
El freno opone un par resistente al motor y a su vez debe permitir variar dicho par,
medirlo y disponer de un sistema de disipación de la energía producida.

97
El motor alcanza el equilibrio cuando el par motor se iguale al resistente,
observándose una velocidad de giro constante.
El par efectivo medido por una balanza es:
M=F·L [N·m] (118)
donde,
L longitud del brazo del freno [m]
F fuerza ejercida sobre la balanza [m]
El consumo específico se calcula dividiendo el consumo horario entre la potencia.
La curva de consumo específico presenta un mínimo relativo para un determinado
valor de velocidad de giro n2. A este régimen el motor tiene su máximo rendimiento
económico en alimentación máxima. En la curva de par se aprecia un máximo relativo
para una velocidad de giro n3, diferente a la del máximo rendimiento económico n2 .
Figura 82. Curvas características obtenidas mediante un ensayo al freno.
El máximo par relativo indica el valor de velocidad de giro que maximiza el producto
del rendimiento económico por la masa del combustible inyectado por ciclo. La curva
de potencia en alimentación máxima suele ser creciente con la velocidad de giro.
550
450
350
250
80
70
60
50
40
30
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600
300
250
200
25
20
15
10
Par
[N·m]
Potencia
[kW]
Consumo
específico
[g·kW–1
·h–1
]
Consumo
horario
[l·h–1
]
Velocidad del motor
[r.p.m.]
Potencia, N
Consumo
específico, Ce
Par, M
Consumo
horario, C
n3 n2 n1 n0
β

98
En algunos motores puede presentarse un máximo relativo para un régimen n1,
cercano al máximo n0, en el que se iguala la caída de par con el aumento de velocidad
de giro. Las curvas de par y de potencia en alimentación máxima muestran los
mayores valores que un motor puede alcanzar.
- Obtención de la curva de potencia máxima
En primer lugar se pone el acelerador en su posición de plena carga y sin frenar
nada la toma de fuerza del tractor, se obtiene el punto de máxima velocidad de giro del
motor en vacío, n0.
A continuación se va aumentando el valor del par de frenado de manera que
empieza a actuar el regulador introduciendo cada vez más combustible para generar
más potencia del motor sin variar prácticamente nada la velocidad de giro.
Si se sigue aumentando el par requerido en la toma de fuerza, debido a que el
regulador ya se encuentra en la posición de alimentación máxima el motor no puede
dar más potencia y, por tanto, para soportar el par de frenado, necesita disminuir el
número de revoluciones.
La corrección de factores atmosféricos se realiza mediante la siguiente expresión:
[ ] [ ]
5.288
º273
·
10·01325.1
·
5
0
Ct
P
Pa
NN
+
= (119)
Despreciando las pérdidas en la transmisión (lo que está especificado en las
normas de ensayo), la potencia suministrada por el motor será la misma que en la
toma de fuerza:
Nm=Ntdf=Mm·nm=Mtdf·ntdf (120)
siendo:
i
M
M tdf
m = (121)
tdf
m
n
n
i = (122)
donde,
i relación de transmisión de la toma de fuerza
Como consecuencia de los resultados del ensayo, se deben representar las siguientes
curvas:
- Potencia en función de la velocidad de rotación del motor.
- Par equivalente en el cigüeñal en función de la velocidad.
- Consumo horario y específico de combustible en función de la velocidad.
- Consumo específico en función de la potencia en la zona de actuación del
regulador.

99
La zona 0-n3 corresponde a la de bajas revoluciones del motor y por lo tanto tiene
su importancia en el momento de comenzar una labor, puesto que es conveniente
disponer de pares suficientemente grandes para que no se dañe el embrague.
La zona n1-n0, de actuación del regulador, debe ser lo más estrecha posible para
que el número de revoluciones del motor y, por tanto, la velocidad de avance no
descienda excesivamente al ir requiriéndose pares cada vez más altos.
El punto más interesante de trabajo del motor es el que corresponde a n2
revoluciones del motor, puesto que disponiendo de par motor y potencia altas, el
consumo específico (consumo por unidad de energía suministrada) es mínimo.
La tangente a la curva de potencia desde el origen, 0, determina un punto de
tangencia que corresponde al número de revoluciones, n3, del par máximo por
corresponder al valor máximo de N/n=tgβ.
Del mismo modo que se obtienen las curvas características con el acelerador
completamente abierto, es posible obtener las curvas de isoconsumo realizando la
misma prueba fijando distintas posiciones del regulador.
Los valores que debe proporcionar este ensayo son la velocidad del motor y de la
toma de fuerza, y los consumos horario y específico para cada uno de los siguientes
valores de potencia:
- Potencia máxima, Nmax. Ensayo durante 2 horas.
- Potencia a la velocidad normalizada de la toma de fuerza (540-100 [r.p.m.]),
ntdf
- Potencia a par máximo, Mmax
- Potencia a la velocidad nominal, nn
Figura 83. Valores característicos del ensayo a cargas parciales.
Potencia
[kW]
Par
[N·m]
Velocidad del motor [r.p.m.]
Nmax
Mmax
85% MN
75% (85%)
50% (85%)
25% (85%)
M
nn nmax

100
El ensayo a cargas parciales debe proporcionar:
- Potencia al 85% del par nominal, Mn.
- Potencia al 75% del par correspondiente al 85% del par nominal, Mn.
- Potencia al 50% del par 85% del nominal.
- Potencia al 25% del par 85% del nominal.
- Potencia sin carga y velocidad máxima, nmax.
La potencia fiscal de un motor se calcula a partir del número de cilindros, el
diámetro y la carrera:
NF = 0.008·(0.785·D2
·R)0.6
·Nc (123)
donde,
NF potencia fiscal [cv]
D diámetro del cilindro [cm]
R carrera del cilindro [cm]
Nc número de cilindros
6.5. Curvas de corte y reserva de potencia
Un motor no debe hacerse trabajar en condiciones extremas, máximo régimen, más
que en períodos de tiempo muy cortos. En alimentación parcial los cilindros queman
una cantidad de combustible inferior a la máxima que podrían quemar, manteniendo el
regulador su capacidad de actuación. Cuando un motor trabaja sin carga, su velocidad
de giro depende de la posición del acelerador.
La cantidad de combustible que reciben los cilindros en cada ciclo es la mínima
para esa velocidad de giro. La energía que se obtiene, trabajando sin carga, se
emplea en vencer los rozamientos y mover los órganos auxiliares internos del propio
motor.
Figura 84. Actuación del regulador sobre los valores del par.
M
[N·m]
n [r.p.m.]Zona
inestable
Zona de
actuación del
regulador
δ
Mma
RM
MN

101
Cuando se aplica una carga creciente, el regulador de la bomba de inyección
incrementa el consumo de combustible de forma que la velocidad de giro descenderá.
La línea vertical representa una curva de corte ideal con los puntos de funcionamiento
del motor en alimentación parcial para una determinada situación del acelerador.
Realmente los reguladores centrífugos hacen que la velocidad de giro descienda un
poco a media que la carga aumenta.
La declinación de una curva de corte es:
100·0
c
c
n
nn −
=δ (124)
Se utiliza para valorar la eficacia del regulador de la bomba de inyección a la hora
de mantener constante la velocidad de giro del motor. No debe ser superior a un 10%.
Las curvas de corte también pueden representarse en función de la potencia.
Cuando un motor trabaja en alimentación parcial, se dice que tiene una reserva de
potencia:
100·
c
Tc
N
NN
R
−
= (125)
La reserva de potencia se utiliza para cuantificar el margen de actuación que le
queda al regulador para compensar aumentos de carga, manteniendo la velocidad de
giro sin salirse de la curva de corte.
6.6. Plano acotado de iso-consumo horario y específico.
La relación entre el consumo de combustible, la velocidad de giro y el par o
potencia desarrollados se puede mostrar gráficamente mediante un sistema de planos
acotados.
Figura 85. Curvas de isoconsumo.
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1000 1200 1400 1600 1800 2000
n [r.p.m.]
N
[kW]
Ce [g·kW
–1
·h
–1
]
C [l·h
–1
]
16
18
20
22
14
12

102
Cada una de las iso-líneas está formada por puntos de funcionamiento del motor
con idéntico consumo de combustible aunque varía el régimen de giro y la potencia
desarrollada.
En una línea de iso-consumo horario, la velocidad de giro del motor que
proporciona la máxima potencia al freno es la que maximiza el rendimiento económico
y minimiza el consumo específico.
Para una misma velocidad de giro el consumo específico disminuye a medida que
aumenta la potencia desarrollada. Para un valor de potencia constante, el consumo
específico aumenta a medida que se incrementa la velocidad de giro.
Entre los ensayos facultativos está el del motor separado de los demás elementos
del tractor. En este ensayo interesa fundamentalmente obtener las curvas de
isoconsumo, con objeto de determinar la zona en la que el consumo específico es
mínimo.
El diagrama se representa llevando la velocidad en abscisas y el par en ordenadas
expresadas en tantos por ciento de sus valores nominales del motor.
Figura 86. Curvas de isoconsumo del motor.
6.7. Optimización del punto de funcionamiento
La utilización de un motor en una determinada tarea implica el desarrollo de la
potencia necesaria que podrá ser desarrollada a distintas velocidades de giro, por
encima de un valor dado.
MN
100%
75
50
25
0
25 50 75 100%
nN
Nm
25 50 75 100%
210 g·kW
–1
·h
–1
22
23
24
25
26
27
28

103
A medida que la velocidad de giro es mayor, el consumo específico aumenta, pero
aumenta la reserva de potencia. Una elevada reserva de potencia implica un bajo
rendimiento, lo que implica mayor consumo de combustible.
La elección del punto óptimo de funcionamiento implicará un equilibrio adecuado al
tipo de trabajo a realizar. En un tractor, una labor se puede realizar desde varias
marchas de su caja de cambios y por tanto, a varias velocidades de giro de su motor.
Si la tarea a realizar es muy uniforme en cuanto a su demanda de potencia,
prevalecerá el criterio de mínimo consumo específico y se podrá elegir una marcha
más larga, en la que el motor llevará un régimen de giro bajo.
Si son previsibles oscilaciones de carga, se utiliza una marcha más corta, en la que
la velocidad de giro del motor, la potencia máxima y la reserva de potencia son
mayores, con una elevación en el consumo de combustible.

104

105
Tema 7. Embragues. Elementos y cálculo
7.1. Misión del embrague
La misión del embrague es conectar o desconectar el movimiento de giro del
cigüeñal a la caja de cambios. Mecánicamente el embrague se puede considerar, como
un transmisor de par motor a un régimen de giro. El trabajo del embrague debe ser
progresivo y elástico, para que el movimiento se transmita suavemente, y se absorban
las variaciones de par del motor. El embrague es el mecanismo encargado de
transmitir el par motor que proporciona el grupo propulsor, a la caja de cambios y ésta,
a su vez, a las ruedas.
Figura 87. Posición del embrague en el tractor.
El mecanismo de embrague es absolutamente necesario en los vehículos
automóviles dotados de motor térmico, ya que para iniciar la marcha del vehículo hay
que transmitir el par motor a bajo régimen de una forma progresiva por resbalamiento
mecánico o viscoso, hasta conseguir un acoplamiento rígido entre el motor y las
ruedas del vehículo a través del cambio de velocidades.
Además, en los vehículos con cambio de velocidades mecánico es necesario
disponer del mecanismo de embrague para desconectar el movimiento del motor del
movimiento de las ruedas para cambiar de velocidad o parar el vehículo sin detener el
motor.
7.2. Embrague de fricción de disco simple
7.2.1. Descripción de un embrague de fricción
El embrague de fricción disco simple o monodisco consta de las siguientes partes:
- Una tapa metálica denominada campana.

106
Figura 88. Embragues de fricción monodisco.
- Un disco de embrague, con dos coronas circulares denominadas forros de
embrague, constituidos por amianto, aglutinado con resinas sintéticas y dotado
de una estructura a base de hilos de cobre o latón.
a) b)
Figura 89. Componentes de un embrague de fricción monodisco: a) campana y b) disco
del embrague.
- Un plato opresor metálico de acero de gran espesor.
- Unos muelles o un diafragma de acero.
En el segundo caso actúa un diafragma elástico de acero al carbono que se
comporta como un muelle encajado en la periferia del plato opresor.
El diafragma tiene forma cónica y lleva unos cortes radiales que parten del centro,
cuyos extremos sirven para su sujeción a la carcasa. El embrague de diafragma es
más equilibrado, tiene un tamaño más reducido, necesita un menor esfuerzo para su
manejo.

107
Figura 90. Plato de presión accionado por diafragma.
- Unas palancas denominadas patillas apoyadas sobre el anillo de patillas.
- Un collarín de empuje, formado por un rodamiento axial, que apoya por una cara
en el anillo de patillas y por la otra recibe el empuje de una horquilla.
- Un sistema de transmisión de movimiento desde el pedal de embrague hasta la
horquilla.
Existen varios sistemas de mando empleados para el accionamiento del embrague:
• El accionamiento mecánico se emplea cuando no es necesario aplicar grandes
esfuerzos.
• El accionamiento hidráulico, se usa con el fin de aminorar el esfuerzo a transmitir
en el pedal y para que el accionamiento sea más cómodo.
• El accionamiento neumático consiste en la instalación de un distribuidor que a
través de una tubería envía aire a presión a un pistón, cuyo vástago actúa sobre la
horquilla.
a) b)
Figura 91. Accionamiento del embrague mediante sistema mecánico (a) e hidraulico (b).

108
7.2.2. Cálculo de un embrague de fricción
a) Hipótesis de desgaste uniforme:
El desgaste es proporcional al trabajo de rozamiento, que resulta de multiplicar la
presión por el radio del punto de aplicación, p·r.
Al considerar el desgaste uniforme la máxima presión, pa se produce a una distancia
r=d/2
Figura 92. Distribución de presión en un embrague con desgaste uniforme.
La distribución de presiones que produce desgaste uniforme es:
p·ρ=pa·d/2 → p=pa·d/(2·ρ) (126)
La fuerza normal que actúa sobre un elemento de área circular de radio ρ y anchura
dρ, es:
dN=p·ds (127)
La superficie de una corona circular diferencial es:
22222
-)d2+d+(·=·-)d+·(=ds πρρρρρπρπρρπ (128)
Como dρ2
→ 0 se tiene que: ds=π·2ρ·dρ
⇒ ρρπ
ρ
d···2·
2·
d
·p=dN a ⇒ dN=π·pa·d·dρ (129)
La fuerza que deben realizar los muelles se calcula integrando para la corona
circular del disco:
d
D
ρ
dρ
p
a

109
( )dD
dp
dN a
−⋅
⋅⋅
=⋅⋅⋅= ∫ ∫ 2
dp=dN
R
r
R
r
π
ρπ (130)
La fuerza tangencial de rozamiento es:
dFt=µ·dN=µ·π·pa·d·dρ (131)
y el par que se transmite por cada superficie de fricción es:
∫∫ ⋅⋅⋅⋅⋅== ρρπµρ ddpdFM at· ⇒ ( )22
8
dD
dp
M a
−
⋅⋅⋅
=
πµ
(132)
o bien,
( )dD
N
M +
⋅
=
4
µ
(133)
b) Hipótesis de presión uniforme:
La distribución de presiones es constante, p=pa
Figura 93. Distribución de presión en un embrague con desgaste uniforme.
La fuerza normal que actúa sobre un elemento de área circular de radio ρ y anchura
dρ, es:
dN=p·ds ⇒ ρρπ d···2·p=dN a (134)
( )22
R
r
R
r
a
4
d2·p=dN dD
p
N a
−⋅
⋅
=⋅⋅⋅= ∫ ∫
π
ρρπ (135)
La fuerza de rozamiento originada por dρ es:
µρρπ ⋅⋅⋅⋅⋅ pd2=dR (136)
d
D
ρ
dρ
p
a

110
El par transmitido por una cara del forro es:
∫ ⋅⋅⋅⋅⋅
R
r
33
2
1
3
r-R
p2=dp2=M µπρρµπ (137)
3
r-R
p2=M
33
1 µπ ⋅⋅ (138)
Como el disco de embrague actúa sobre el volante por una cara y sobre la
campana a través del plato opresor:
)r-(Rp
3
4
=M2=M 33
1 µπ ⋅⋅⋅⋅ (139)
La presión tendrá un valor de:
)r-(R4
M3
=p 33
µπ ⋅⋅
⋅
(140)
Para un embrague de amianto pa debe ser de 5 a 7 kg/cm2
.
La fuerza que tienen que ejercer los muelles sobre el plato opresor para transmitir
un par motor M es:
)r-(R4
)r-(RM3
=F 33
22
µπ
π
⋅⋅
⋅⋅
⋅ 33
22
r-R
r-RM
4
3
=F
µ
(141)
Para un embrague nuevo se puede considerar la presión uniforme, siendo
inicialmente su desgaste irregular. Posteriormente se puede considerar que el
desgaste es uniforme.
Generalmente se utiliza la primera hipótesis por ser más simple y más
conservadora.
7.3. Embragues de fricción de disco doble
En muchos tractores se incorpora un embrague de doble disco para independizar el
movimiento de la caja de cambios del movimiento de la toma de fuerza. Un segundo
disco de embrague, que da movimiento a la toma de fuerza, va situado entre los dos
platos opresores.
Al actuar sobre el pedal del embrague hasta aproximadamente la mitad de su
recorrido, el eje primario queda libre y no transmite movimiento a la caja de cambios.
Accionando el pedal del embrague hasta el fondo queda libre el disco de embrague de
la toma de fuerza y ésta se detiene.

111
Figura 94. Embrague de fricción de disco doble.
7.4. Embrague de discos múltiples
Cuando el tamaño del volante de inercia está limitado, se emplea un embrague
de discos múltiples, cuya superficie total de rozamiento es la equivalente a la que
ofrecería un sólo disco de gran tamaño.
El par que es capaz de transmitir es igual al de un monodisco multiplicado por el
número de discos. El eje primario lleva varios discos metálicos hembras con forros
en su periferia y un dentato interno, entre los cuales van intercalados discos
machos, con estrías o dentado externo que coinciden con las del mandrinado de la
campana.
Figura 95. Embragues de fricción de discos múltiples.
Este tipo de embrague puede construirse con los discos sumergidos en
aceite fluido o una mezcla de aceite y petróleo, o en seco. Se instalan cuando
es necesario transmitir pares elevados como en los embragues de dirección en
los tractores de cadenas, o en la toma de fuerza cuando es del tipo
independiente.

112
7.5. Embrague cónico
Consta de una pieza troncocónica fija al árbol motor que se acopla a otro tronco de
cono susceptible de deslizar en el eje conducido, manteniéndose unidos por la acción
de un muelle. Tiene una pequeña capacidad de transmisión de par, por lo que se
emplean en máquinas o trasmisiones de poca potencia.
Los parámetros de diseño son el ángulo del cono, el diámetro y el ancho de
guarnición.
a) Hipótesis de desgaste uniforme:
α
µ
sen·4
dD
··FM
+
= (142)
b) Hipótesis de presión uniforme:
)d-D(·sen·3
)d(D··F
M 22
33
α
µ +
= (143)
Figura 96. Embragues de tipo cónico.
7.6. Embrague centrífugo
En los embragues automáticos la acción de embragado y desembragado se
realiza mediante unos contrapesos sometidos a la acción de la fuerza
centrífuga que les provoca el giro del motor.
Cuando el motor gira a ralentí, los contrapesos no ejercen acción sobre el
plato opresor, quedando por tanto desembragado. Al acelerar los contrapesos,
empujan al plato opresor, con la fuerza suficiente como para que el conjunto quede
embragado, siendo el acoplamiento totalmente progresivo, ya que el se hace en
función del régimen de giro del motor.
Se emplea en pequeños tractores y motocultores. Existe una gran variedad de
estos tipos de embrague, en que el elemento centrífugo puede ser también unos
rodillos que se deslizan por un cono, como ocurre en motosierras y motos de pequeña
cilindrada.
D
d
α
F
ds
R
ρ
P

113
El par transmitido depende del coeficiente de rozamiento, de las masas, de la
velocidad de giro y de la constante elástica del resorte. Los embragues
centrífugos tienen el inconveniente de que solo transmiten el movimiento en un
solo sentido, de un eje al otro, pero no en el sentido contrario.
)x·k-·r·w(m·r·M 2
µ= (144)
Figura 97. Embragues de tipo centrífugo.
7.7. Embragues hidráulicos
El embrague hidráulico actúa automáticamente permitiendo transmitir una energía
que supera el par resistente cuando alcanza un determinado régimen de giro. Su
funcionamiento se basa en la transmisión de energía desde una bomba centrífuga a una
turbina, usando para ello aceite mineral.
Consisten en dos coronas giratorias, que tienen forma de semitoroide, provistas de
álabes, una de ellas, va unida al cigüeñal, actúa como bomba, y la otra, unida al
primario de la caja de cambios, actúa como turbina. Bomba y turbina, están alojadas
en una carcasa estanca y están separadas por un pequeño espacio para que no se
produzca rozamiento entre ellas.
Figura 98. Embrague hidráulico.
Cuando el motor gira, el aceite contenido en la carcasa es impulsado por la bomba
y choca contra los alabes de la turbina, haciéndola girar, con un par motor función de
la energía cinética con la que es lanzado el aceite, la cual es directamente
proporcional al cubo de la velocidad de giro y a la quinta potencia de su diámetro.

114
Figura 99. Componentes de un embrague hidráulico: 1. Cámara turbina-bomba; 2.
Cámara anular; 3. Cámara DCC; 4. Boquilla regulable; 5. Retorno del aceite a la cámara
DCC; 6. Acoplamiento elástico conectado al motor; 7. Parte conducida conectada a la
transmisión.
Cuando el motor gira a ralentí, la energía cinética del aceite es pequeña y el par en
la turbina es insuficiente para vencer el par resistente. Una ventaja importante de este
tipo de embrague es que al subir una pendiente, la velocidad del vehículo disminuye
por aumentar el par resistente, pero el motor puede continuar desarrollando su par
máximo mediante una mayor transferencia de aceite entre bomba y turbina.
Este tipo de embrague aumenta el consumo de combustible, tiene ausencia de
desgaste, gran duración, es muy elástico, es muy progresivo y tiene un bajo coste de
mantenimiento.
7.8. Embrague de garras
Se usa en mecanización agraria como mecanismos de seguridad en
transmisiones de movimiento a órganos de máquinas. Consta de dos elementos
enfrentados, presionados por muelles, cuyas superficies tienen forma de diente de
sierra o garras:
)-tg(
rF
=M
ρα
⋅
(145)
El par transmitido por el embrague depende del ángulo de inclinación de los
dientes, del ángulo de rozamiento, ρ (µ=tgρ), de la fuerza de compresión de los
muelles, F, y del radio de la corona del embrague, r.
Figura 100. Embrague de garras.

115
Tema 8. Caja de cambios, diferencial y reducción final
8.1. Necesidad de la caja de cambios
La caja de cambios transmite la potencia del motor (sin modificarla salvo las
pérdidas por rozamiento), modifica el par y la velocidad transmitidos, de forma
que aumenta uno de ellos y disminuye el otro.
Tiene la misión de ofrecer distintas relaciones de transmisión entre el motor y
el eje de las ruedas.
A las relaciones de transmisión se les denomina relaciones de
desmultiplicación ya que indican la reducción de la velocidad de giro del eje de las
ruedas con respecto a las del motor.
La potencia expresa el trabajo realizado en la unidad de tiempo:
t
T
N = (146)
donde,
T trabajo
t tiempo
Como se sabe que trabajo se puede expresar por el producto escalar de la
fuerza por el espacio:
eFT
rr
·= (147)
t
eF
t
T
N
rr
·
== (148)
Si la dirección de la fuerza aplicada coincide con la del espacio recorrido:
t
eF
N
⋅
= (149)
Como se sabe que el espacio recorrido en la unidad de tiempo es la
velocidad de avance:
VF
t
e
F
t
eF
t
T
N ⋅=⋅=
⋅
== (150)
La potencia se puede expresar como el producto de la fuerza por la
velocidad:
VFN ·= (151)

Tema 9. Sistemas de enganche y de transmisión de energía
116
La caja de cambios permite modificar las parejas de valores F, V, adaptando
el tractor a las necesidades de trabajo.
8.2. Tipos de cambios
En función de cómo se varia la relación de transmisión y de cómo se conectan
unos engranajes con otros se pueden distinguir diferentes tipos de cambios:
• Convencionales
• Toma constante - sincronizadores/acopladores
• Trenes epicicloidales. Engranajes planetarios
• Relación de transmisión continua
Figura 101. Caja de cambios de engranajes.
Los cambios continuos permiten un número infinito de relaciones de
transmisión, dentro de un cierto intervalo, mediante rodillos cónicos de fricción,
poleas desplazables y correa trapezoidal (transmisiones de baja potencia) y
mediante transmisiones hidrostáticas (transmisiones de gran potencia).
Los cambios discontinuos permiten obtener un número determinado de
relaciones de transmisión en función de las diferentes conexiones entre ejes
mediante engranajes con distinto número de dientes.
8.3. Cambios de engranajes simples
Los cambios de engranajes simples constan de los siguientes elementos:

117
- Un eje primario que a través del embrague transmite el giro del motor
mediante un piñón, engranado constantemente con otro que mueve un eje
denominado intermediario.
- Un eje intermediario en el que hay varios engranajes fijos de distinto
tamaño que transmiten el movimiento a otros situados en el eje secundario,
mediante una única combinación.
- Un eje secundario, paralelo al eje primario, estriado en toda su longitud
sobre el que pueden deslizarse engranajes, que forman parejas de transmisión
con los del eje intermediario.
Los tractores realizan una gran diversidad de trabajos, siendo necesario
disponer de una caja de cambios con una amplia gama de velocidades.
Figura 102. Caja de cambios de engranajes simples.
• Funcionamiento de la caja de cambios de piñones desplazables
Existe una primera transmisión entre primario e intermediario con varias
parejas de engranajes que ofrecen igual número de gamas de velocidades. El
grupo reductor normalmente tiene dos, tres y hasta cuatro combinaciones de
velocidades, largas, medias, cortas y punto muerto, pudiendo incluso incluir las
marchas atrás.
El eje intermediario lleva varios engranajes de diferentes tamaños que
engranan con los correspondientes del eje secundario para conseguir las
diferentes velocidades que ofrece la caja de cambios dentro de la gama
seleccionada previamente.
Sobre el eje secundario van colocados engranajes unidos dos a dos a unos
desplazables, que pueden moverse por medio de la palanca de cambio

118
mediante varillas. En la posición de punto muerto no se encuentra engranado
ningún piñón del eje secundario con ninguno del eje intermediario, por lo que
no hay transmisión de movimiento.
8.4. Caja de cambios con engranajes en toma constante
Los engranajes de la caja de cambios convencional son del tipo cilíndrico de
dientes rectos, ocasionando ruidos de funcionamiento y dificultad al cambiar de
marcha.
En las cajas de cambios con engranajes en toma constante los engranajes del
eje secundario (que pueden girar libremente sobre dicho eje) y del eje
intermediario permanecen conectados constantemente.
Figura 103. Caja de cambios con engranajes en toma constante
Estos engranajes llevan adosado a uno de los lados un piñón lateral y entre
cada dos engranajes del eje secundario se coloca un desplazable cuya parte
central está mandrinada con un estriado que puede deslizar por el
correspondiente que en esta zona lleva tallado el eje secundario.
Figura 104. Sistema de accionamiento de las marchas.

119
Cada desplazable lleva tallada en ambos lados una corona dentada acoplable a
los correspondientes piñones laterales de los engranajes. En la posición de punto
muerto el desplazable se encuentra situado entre los engranajes, sin conectar
piñón con corona.
Figura 105. Funcionamiento del desplazable.
Para conectar una velocidad se desliza el desplazable a uno de los lados,
con lo que la corona conecta con el piñón correspondiente del engranaje, y el
eje secundario se pone a girar.
Para evitar la dificultad para cambiar de marcha y hacer coincidir los dientes
con los huecos, al no girar a la misma velocidad los engranajes que las
coronas, y los desgastes y roturas que provoca se utilizan cajas de cambios
sincronizadas.
Figura 106. Funcionamiento del sincronizador de la caja de cambios.

120
El cambio sincronizado de marchas tiene unos engranajes en toma
constante que llevan solidario un tronco de cono denominado cono de
sincronización, y el desplazable lleva un contracono que actúa como un
embrague.
Al tomar contacto el contracono del desplazable con el cono del piñón,
ambos alcancen una misma velocidad de giro, lo que se denomina fase de
sincronización, permitiendo engranar con toda facilidad el piñón lateral con la
corona.
8.5. Escalonamiento de marchas
Las relaciones de marcha de una caja de cambios se establecen de modo
que se encuentren en progresión geométrica.
Las relaciones se pueden representar gráficamente en diagramas que
relacionan la velocidad del motor con la de las ruedas, mediante rectas que
pasan por el origen y con una pendiente igual a la relación de transmisión.
Actualmente los tractores no llevan una única palanca de mando para el
cambio de velocidades, sino dos o más, para manejar el bloque reductor y la
caja de cambios.
Los tractores modernos llevan acoplado en la caja de cambios el
denominado inversor y el superreductor.
El inversor hace posible invertir el sentido de desplazamiento sin más que
actuar sobre una palanca que invierte el sentido de rotación de todos los
engranajes. El mecanismo inversor usa un tren de engranajes planetarios (se
estudian más adelante) y es particularmente útil en los trabajos con cargador
frontal, horquillas, niveladoras y para maniobrar en espacios restringidos.
Figura 107. Gama de velocidades en un tractor dotado de palanca inversora (F-R).

121
El superreductor permite obtener velocidades sumamente bajas, necesarias
en trabajos como excavación, despedregado y plantación.
Este mecanismo está situado delante de la caja de cambios y utiliza pares
de engranajes cilíndricos con grandes reducciones de demultiplicación.
Para que el escalonamiento de las relaciones de demultiplicación de las
cajas de cambios sea lógico se puede demostrar que dichas relaciones deben
estar en progresión geométrica.
En efecto, si la curva de par del motor del tractor es la que se presenta en la
figura siguiente, se sabe que el régimen del motor al realizar una determinada
labor debe variar desde mínn a máxn para trabajar en la denominada zona
flexible.
Figura 108. Diagrama de velocidades y relaciones de transmisión.
Si en unos ejes cartesianos se presentan en abscisas el máximo régimen de
giro del secundario necesario para que el tractor circule a la velocidad punta
deseada y en ordenadas mínn y máxn correspondientes a la zona flexible del
motor del tractor. Una caja de cambios de cuatro marchas adelante tendrá en
dichos ejes una representación como se indica a continuación.
En dicha caja de cambios, las relaciones de demultiplicación
primario/secundario vendrán dadas por:

122
4
5
5 αtg
n
n
r máx
== 4
4
'
5 αtg
n
n
r mín
== (152)
3
4
4 αtg
n
n
r máx
== 3
3
'
4 αtg
n
n
r mín
== (153)
2
3
3 αtg
n
n
r máx
== 2
1
'
3 αtg
n
n
r mín
== (154)
1
2
2 αtg
n
n
r máx
== 1
1
'
2 αtg
n
n
r mín
== (155)
Las relaciones de transmisión expuestas cumplen evidentemente que:
'
22
'
33
'
44 r;r; rrrr === (156)
Además cumplen que:
2
324· rrr = (157)
Efectivamente:
23
máx
24
·
n
=·
n
n
nn
n
n
n mínmáxmáx
(158)
Pero como:
23
min
24
máx
34
máx'
44 ··
nn
n
n
n
n
n
n
nn
n
n
rr máxmáxmín
=⇒=⇒= (159)
2323
··
n
n
n
n
n
n
n
n mínmáxmáxmín
= (160)
Por lo que:
2
324 · rrr = (161)
Luego el escalonamiento lógico de las velocidades de una caja de cambios
cumple la condición de que las relaciones de demultiplicación están en
progresión geométrica.
Como la potencia producida en el motor se transmite a las ruedas motrices
del tractor en forma de un par motor a una velocidad angular, se cumple la
expresión:
nMN ·= (162)
Siendo:
N Potencia.
M Par motor.
n Régimen de giro.

123
Y como el par motor en cada rueda se puede obtener como el producto de la
fuerza periférica en ella por su radio real.
Esta fuerza periférica se transmite al suelo en la zona de contacto rueda
suelo, y si es mayor que lo que puede soportar el terreno, se producirá un
resbalamiento total con los consiguientes problemas que ello ocasiona.
Las marchas muy lentas pueden generar valores que superan ampliamente
los valores permisibles en los suelos. En cambio estas marchas son necesarias
porque se utilizan para labores muy específicas que requieren velocidades de
desplazamiento muy reducidas.
8.6. Solape de marchas
En realidad en las cajas de cambio siempre existe un solape entre las
marchas.
Esto tiene dos implicaciones:
- a una misma velocidad de desplazamiento del vehículo se puede ir a
diferentes regímenes del motor.
- el intervalo de regímenes del motor se amplía: aumenta la velocidad
máxima, nmax y disminuye la velocidad mínima, nmin.
Se define el solape de marchas como:
nn
nn
nn
nn
s
minmax
1
minmax
−
−
=
+
(%) (163)
11
1
1
1
min
max
1
min
max
min
1
min
−
−
=
−
−
⋅=
−
−
⋅=
++
k
k
k
k
n
n
n
n
n
n
s
n
n
n
n
n
n
ϕϕ
ϕ (164)
8.7. Caja de engranajes planetarios
Los engranajes planetarios se utilizan en las cajas de cambios automáticas y
en los trenes de reducción finales de las ruedas. En las cajas de cambio están
basadas en la transmisión y reducción de movimiento a través de trenes de
engranajes que pueden moverse libremente sin transmitir movimiento alguno,
pero si se bloquea uno de los componentes, los restantes giran transmitiéndose
el movimiento.

124
.
Figura 109. Cambio automático mediante un tren de engranajes planetarios.
Si se bloquean dos componentes, el conjunto queda bloqueado, moviéndose
todo el sistema a la misma velocidad de rotación
Si se combinan varios trenes de engranajes con distintas reducciones entre
ellos, se puede obtener una gama de velocidades que se acoplan
automáticamente mediante embragues de fricción y cintas de frenado.
Un tren planetario consta como mínimo de los siguientes elementos:
- Piñón central o planeta
- Corona con dentado interno
- Satélites
- Brazo portasatélites
Figura 110. Sistema de engranajes planetarios.

125
Los trenes de engranajes planetarios o en epihipocicloide, tienen las
siguientes relaciones de transmisión:
• Parte epicicloidal:
Considerando la velocidad del punto de contacto:
pspsppss rrr ··· ωωω =+ (165)
Como:
spps rrr += ⇒ (166)
( )spspsppss rrrr +=+ ··· ωωω (167)
Figura 111. Funcionamiento de la parte epicicloidal de un sistema de engranajes
planetarios.
Operando se tiene:
spsppsppss rrrr ···· ωωωω +=+ (168)
( ) ( ) ( ) ( ) ppspspspppsspss rrrr ···· s ωωωωωωωω −−=−⇒−=− (169)
p
s
pss
psp
z
z
−=
−
−
ωω
ωω
(170)
• Parte hipocicloidal:
ccsspsps rrr ··· ωωω =+ (171)
Como ⇒−= scps rrr (172)
rprs
ωpωs
rps
ωps

126
( ) ⇒=+− ccssscps rrrr ··· ωωω (173)
ccssspscps rrrr ···· ωωωω =+− (174)
( ) ( ) ⇒−=− ·· cpscspss rr ωωωω (175)
Figura 112. Funcionamiento de la parte hipocicloidal de un sistema de engranajes
planetarios.
s
c
psc
pss
z
z
=
−
−
ωω
ωω
(176)
Multiplicando (170) y (176) se obtiene:
⇒−=
−
−
⋅
−
−
p
c
psc
pss
pss
psp
r
r
ωω
ωω
ωω
ωω
(177)
Fórmula de Willys:
p
c
psc
psp
z
z
−=
−
−
ωω
ωω
(178)
Las ecuaciones (170), (176) y (178) relacionan las velocidades de giro de
corona, satélite, portasatélites y planetario en función de sus radios.
8.8. Cambio hidrostático de velocidades
El aceite hidráulico contenido en el depósito llega hasta la bomba de caudal
variable de regulación manual accionada por el motor alternativo del tractor que
lo envía hasta el distribuidor.
rc
ωc
ωs
rps
ωps
rs

127
Figura 113. Caja de cambios de funcionamiento combinado con sistema hidrostático y
engranajes planetarios de un tractor comercial (Marca Fend).
Mediante el distribuidor se regula el sentido en el que se envía a un motor
hidrostático reversible. El aceite sin presión sale del motor, retorna al
distribuidor y a través del filtro magnético llega al depósito.
Figura 14. Funcionamiento de una caja de cambios con sistema hidrostático y de
engranajes planetarios de un tractor comercial (Marca Fend).

128
Cuando se tira de la palanca del distribuidor el aceite sale de él pero llega al
motor por la entrada por la que, en la posición anterior del distribuidor, salía. El
motor gira en sentido contrario y el tractor avanza cambiando de dirección de
marcha.
Para cambiar la velocidad de marcha el usuario actúa sobre una palanca
que modifica el caudal de la bomba, con ello se tiene un variador continuo de
velocidad lo que hace que el tractor tenga infinito número de marchas hacia
delante y hacia atrás.
8.9. Diferencial
En los tractores agrícolas el eje que sale de la caja de cambios llega al tren trasero,
en donde se encuentran el diferencial, los semiejes traseros y la reducción final.
En este tema se van a estudiar además de los referidos elementos, el tren
delantero, la tracción a las cuatro ruedas, las ruedas, la toma de fuerza, el elevador
hidráulico, la dirección y los tractores de cadenas.
Figura 115. Diferencial simple.
8.9.1. Diferenciales simples
El mecanismo diferencial es un tren planetario de piñones cónicos cuya misión es
permitir velocidades de giro distintas en las ruedas motrices del tractor cuando éste
toma una curva.
El funcionamiento es como sigue:
El movimiento es transmitido desde el piñón de ataque a la corona, y mientras el
vehículo marcha en línea recta, los dos palieres de las ruedas motrices giran a la
misma velocidad.

129
En esta situación, los satélites no giran, sirviendo solamente de enlace para
transmitir el movimiento a los palieres a través de los planetarios. Al tomar una curva,
los satélites empiezan a girar, con lo cual la rueda del interior de la curva gira más
despacio y la del exterior más deprisa, variando ambas en la misma magnitud.
a) b)
Figura 116. Funcionamiento del diferencial en recta (a) y en curva (b).
En el diferencial la relación de velocidades angulares de las ruedas motrices se
obtiene tomando como referencia la corona unida a la caja portasatélites ya que:
⇒⋅=⋅ 3322 rr ωω
3
2
23 ·
r
r
ωω = (179)
El giro de la caja portasatélites genera que:
445543 ··· rrr ωωω =− (180)
( ) 55443 ·· rr ωωω =− (181)
Por otro lado:
665563 ··· rrr ωωω =+ (182)
Figura 117. Diferencial simple: corona (c), piñón de ataque (pa), satélites (s), planetarios
(p) y caja portasatélites (CP).
( ) 55663 ·· rr ωωω −=− (183)
pa
p
c
p’
s
s
CP

130
Dividiendo la Ec. (181) por la Ec. (183), se obtiene:
1
63
43
−=
−
−
ωω
ωω
(184)
Operando en la Ec. (184) se tiene:
6343 ωωωω +−=− ⇒ 3
64
2
ω
ωω
=
+
(185)
Y a partir de la velocidad de giro de los satélites:
ssp
pp
rr ·
2
ω
ωω
=⋅
− ′
(186)
El radio de giro del vehículo, Rg, se puede calcular en función de las velocidades de
los planetas y de la separación entre ruedas, s:
ωp·R=ω·(Rg+s) (187)
Figura 118. Giro del tractor en una curva.
ωp’·R=ω·(Rg –s) (188)
Dividiendo:
sR
sR
g
g
p
p
−
+
=
'ω
ω
(189)
sR
pp
pp
g ⋅
−
+
=
'
'
ωω
ωω
(190)
Para eliminar el efecto diferencial cuando una de las ruedas patina se recurre al
bloqueo del mismo uniendo uno de los palieres a la caja portasatélites.
ω
ωp
ωp’
Rg
2·d

131
Figura 119. Sistema hidráulico para el bloqueo del diferencial.
8.9.2. Diferenciales autoblocantes mecánicos
Estos diferenciales se suelen montar en vehículos de tracción trasera, de
gran potencia, ya que son susceptibles de perder adherencia durante
aceleraciones fuertes en una de las ruedas, siendo necesario el enclavamiento
de este a determinado valor, para evitar un deslizamiento excesivo que
generaría un sobreviraje.
Mediante la adopción de este, se mejora la transmisión de esfuerzo, a la vez
que evita un patinaje continuo de la rueda con menos adherencia y sus
consecuencias para la estabilidad.
Figura 120. Diferencial autoblocante por discos de fricción.
De entre los diversos tipos de diferenciales autoblocantes que existen (por
conos de fricción, por discos de fricción, por acople lateral estriado), sin duda el
más utilizado y posiblemente el más eficaz es el de discos de fricción.
Los diferenciales autoblocantes tienen un valor de diseño a partir del cual
este alcanza su blocaje (un diferencial convencional tendría un valor de

132
bloqueo nulo 0% y los autoblocantes a partir de 25% hasta aprox. el 70%).
Para establecer el valor a partir del cual se bloquea este mecanismo, se basan
no en el exceso de par a cada semieje, sino en la diferencia de revoluciones
que este genera. Es decir, los diferenciales autoblocantes, son diferenciales
que permiten el reparto de revoluciones a cada semieje, pero se bloquean
cuando aumentan las revoluciones de un eje frente al otro en un determinado
valor.
8.9.3. Diferencial doble
La velocidad de la corona es igual a la media aritmética de los planetas de
cada lado:
3
64
2
ω
ωω
=
+
(191)
3
64
2
ω
ωω
=
+
(192)
11
1'1
·
2
ssp
pp
rr ω
ωω
=⋅
−
(193)
22
2'2
·
2
ssp
pp
rr ω
ωω
=⋅
−
(194)
Figura 121. Diferencial doble: corona (c), piñón de ataque (pa), satélites (s1 y s2),
planetarios (p1 y p2) y caja portasatélites (CP).
Al frenar el manguito un cierto porcentaje, n [%] las velocidades en los
planetas son:
cp
n
ωω )·
100
1(1 −= (195) cp
n
ωω )·
100
1(1' −= (196)
pa
p1
c
p2
p’1
p’2
s1
s2
Manguito
CP

133
11 ··
100
sspc rr
n
ωω =⋅ (197)
1
1
·
100 s
p
cs
r
rn
⋅= ωω (198)
2
2
22' 2
p
s
spp
r
r
⋅⋅=− ωωω (198) cpp ωωω ⋅=+ 222' (200)
sumando y restando, y sustituyendo el valor de ωs:
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+=⋅+=
1
1
2
2
2
2
2' ··
100
1·
s
p
p
s
c
p
s
scp
r
r
r
rn
r
r
ωωωω (201)
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−=⋅−=
1
1
2
2
2
2
2 ··
100
1·
s
p
p
s
c
p
s
scp
r
r
r
rn
r
r
ωωωω (202)
Radio de giro:
ωp’2·R=ω·(Rg + d) (203)
ωp2·R=ω·(Rg – d) (204)
Dividiendo la Ec. (203) por la Ec. (204) se obtiene:
dR
dR
g
g
p
p
−
+
=
2
2'
ω
ω
(205)
Figura 122. Giro del tractor en una curva con un diferencial doble.
Sustituyendo ωp’2 y ωp2 por sus valores, resulta:
ω
ωp’2
ωp2
Rg
2·d

134
1
1
2
2
1
1
2
2
2
2'
··
100
1
··
100
1
s
p
p
s
s
p
p
s
g
g
p
p
r
r
r
rn
r
r
r
rn
dR
dR
−
+
=
−
+
=
ω
ω (206)
1
1
2
2
··
100 s
p
p
s
g
r
r
r
rn
d
R = (207)
8.10. Reducción final
En los tractores agrícolas y forestales, la velocidad de giro del eje a la salida del
diferencial es aún demasiado elevada siendo necesario reducirla.
Figura 123. Reducción final de engranajes planetarios en el eje trasero.
La reducción final se intercala entre el diferencial y las ruedas motrices y puede
ser de dos tipos:
- De engranajes constantes
- De engranajes planetarios
Las reducciones de engranajes constantes consisten en un piñón pequeño
acoplado al semipalier que viene del diferencial y engrana con un piñón de mayor
diámetro acoplado al palier de la rueda.
Las reducciones epicicloidales constan de un piñón planetario solidario al eje
de salida del diferencial y una caja de tres satélites que engranan con la corona
que permanece fija.
Las ventajas de los reductores planetarios son:
- Mayor número de dientes en contacto con posibilidad de transmitir
mayores fuerzas.

135
- Los ejes de entrada y salida están alineados lo que asegura un
equilibrado.
- Ocupa menos espacio, es más compacto y duradero.
La relación de desmultiplicación de las reducciones finales suele encontrarse
entre 1/3 y 1/5.
8.11. Semieje trasero
Cada semieje consta de dos semipalieres, con un extremo conectado al diferencial
y el otro con el plato, intercalándose entre ambos el tren de engranajes de reducción
final.
Figura 124. Disposición de montaje del puente trasero con suspensión independiente de
las ruedas.
Los semipalieres se apoyan en los correspondientes cojinetes o rodamientos. En
algunos tractores se coloca el mecanismo de freno en el semipalier procedente del
diferencial.
Figura 125. Elementos de un puente trasero de tipo convencional: cojinetes (1), piñón de
ataque del diferencial (3), corona (4), caja portasatélites del diferencial (5), trompetas (6),
cojinetes (7), rodamiento (8), palieres o semiejes (9).

136
8.12. Tren delantero
El conjunto del tren delantero está formado por un eje y dos semiejes. El eje
se sujeta al soporte delantero del bastidor del tractor mediante un bulón de
apoyo que permite al eje oscilar sobre él y adaptarse a las irregularidades del
terreno.
Figura 126. Eje delantero.
Cada uno de los semiejes, colocados los lados del eje, lleva un tubo vertical por su
parte exterior, dentro del cual gira la parte vertical de la mangueta accionada por la
palanca de dirección. En la parte horizontal de la mangueta se monta el cubo con plato
de la rueda delantera sobre el que se fija la llanta.
8.13. Tracción a las cuatro ruedas
Los tractores de ruedas con tracción trasera, en condiciones normales, aprovechan
para la tracción aproximadamente el 60% de la potencia del motor, debido
fundamentalmente a que sólo una parte del peso gravita sobre las ruedas motrices y a
la poca superficie de contacto de las ruedas motrices con el suelo.
Figura 127. Transferencia del movimiento al eje delantero mediante árboles de
transmisión.

137
Con la tracción a las cuatro ruedas la totalidad del peso del tractor se convierte en
peso activo y se mejora considerablemente la superficie de contacto de las ruedas de
tracción con el suelo.
La transmisión de movimiento al eje delantero se puede realizar de dos formas:
- Por medio de un árbol de transmisión único, que vaya desde el diferencial
trasero hasta un diferencial delantero.
Figura 128. Junta homocinética cardán utilizada en la transmisión a las ruedas
delanteras.
- Por medio de dos árboles independientes desde cada uno de los palieres
traseros hasta cada uno de los delanteros.
Figura 129. Sistema hidráulico de accionamiento de la transmisión delantera.

138

139
Tema 9. Sistemas de enganche y de transmisión de
energía
9.1 Tipos de enganche
Los aperos pueden ir arrastrados por el tractor o estar semisupendidos o
suspendidos en el mismo.
En el primer caso se realiza el enganche en un punto y en los dos últimos
casos mediante el enganche de tres puntos que es controlado por el sistema
hidráulico del tractor.
9.1.1. Barra de tiro
Para acoplar al tractor los aperos agrícolas arrastrados se emplea la barra
de tiro. El enganche en un punto o en la barra de tiro tiene forma de trompeta y
puede estar fijo o ser regulable en altura.
Figura 130. Barra de tiro en la parte inferior de un tractor.
9.1.2. Enganche de tres puntos
La ventaja del enganche de tres puntos en relación al enganche simple es
que se forma una unidad tractor-apero que puede ser considerada como una
verdadera máquina automotriz.
El enganche de tres puntos está normalizado (norma ISO 730), lo cual es
necesario para que el acoplamiento de los diversos aperos en tractores de
tamaño similar se realice sin dificultad.
En general hay que distinguir un punto de enganche (unión articulada entre
una barra y el apero) de un punto de apoyo (unión articulada entre una barra y
el tractor).

140
Figura 131. Enganche tripuntal de un tractor.
Mediante un cilindro hidráulico de simple efecto se establece un potente par
en el eje que une las dos palancas de elevación, que a su vez actúan sobre los
brazos inferiores a través de los correspondientes tirantes de elevación.
Si el peso en vacío del eje delantero es A0 y la batalla del tractor L, la
máxima fuerza de elevación no debe superar el valor:
i
LA
F
+∆
=
·0
max (208)
El valor normal de ∆ para los tractores de Categorías 2 y 3 es de 100-200
mm.
El elevador hidráulico debe ser suficientemente potente para poderse elevar
totalmente en un tiempo breve (por ejemplo en 1.5-2.5 segundos).
Un índice de esta capacidad de trabajo hidráulico del tractor es el producto
de la presión de trabajo por el volumen del cilindro.
La presión de trabajo es del orden de 175-180 bar y el volumen del cilindro
es de alrededor de 0.8 l para los tractores pequeños, de 1 a 1.3 l para tractores
medianos y de 1.6 a 2.2 l para los tractores grandes.
9.1.3. Enganches rápidos
Los enganches rápidos son unos dispositivos que permiten realizar el
enganche de tres puntos sin necesidad de que el tractorista descienda del
tractor.
Existen fundamentalmente dos tipos de enganches rápidos:

141
a) Tipo europeo: un triángulo de tubo cuadrado montado en el enganche de
tres puntos del tractor que se introduce en un bastidor en forma de "V" invertida
montado en el apero.
b) Tipo americano (según norma ASAE): un bastidor con tres ganchos que
sujetan la máquina a acoplar.
Figura 132. Enganche rápido tipo americano.
9.2. Elevador hidráulico
Para acoplar al tractor los aperos agrícolas suspendidos y semisuspendidos se
emplea el elevador hidráulico.
El elevador hidráulico baja el apero a la posición de trabajo y lo levanta a la posición
de transporte, facilitando la maniobrabilidad, aumentando la carga sobre las ruedas
motrices, y facilitando el transporte de aperos.
Tiene dos partes, el enganche a los tres puntos y el equipo hidráulico.
El enganche a los tres puntos se compone de:
- dos brazos de tiro rígidos unidos al tractor mediante rótulas y con el enganche
del apero en el otro extremo.
- una barra extensible denominada tercer punto, con un tubo central con dos
tuercas con pasos opuestos.
- dos brazos de levantamiento muy robustos, sobre los que actúa el pistón del
elevador.
- dos tensores de levantamiento que pueden alargarse o acortarse mediante los
cuales se unen los brazos de levantamiento con los de tiro.
- dos tensores laterales situados desde los brazos de tiro al bastidor del tractor
que tienen por misión evitar desplazamientos laterales de los aperos
enganchados.

142
Los enganches a los tres puntos se clasifican en tres tipos según el esfuerzo que
realiza el tractor.
Se clasifican en:
Tipo I: Permiten un esfuerzo de elevación menor o igual a 11270 N.
Tipo II: Permiten un esfuerzo de elevación entre 11270 N y 24990 N.
Tipo III: Permiten un esfuerzo de elevación mayor de 24990 N.
Al alcance del tractorista se sitúan dos palancas, la palanca principal de mando,
para hacer subir o bajar los aperos, y la palanca de control de carga y profundidad,
que actúa sobre una varilla que une el sensor del control de carga con el distribuidor.
9.3. Controles hidráulicos del enganche de tres puntos
El sistema hidráulico tiene posibilidad de responder a varios controles del
enganche de tres puntos que pueden darse conjuntamente en un mismo
elevador hidráulico.
9.3.1. Control de carga
Mediante este control se hace que la resistencia que el apero ofrece al
avance del tractor sea siempre constante. El arado, profundizará poco en
terrenos duros y mucho en terrenos blandos, realizando una labor desigual en
un terreno heterogéneo en cuanto a su constitución.
Figura 133. Control de carga en el elevador hidráulico.
Este control presenta la ventaja de que la potencia del tractor se aprovecha
al máximo, y que éste trabajará sin sufrir oscilaciones ni cambios bruscos.
Actúa normalmente a través del tercer punto de enganche, mediante presión
sobre un palpador de la caja de válvulas, aunque existen múltiples variantes
constructivas.

143
9.3.2. Control de posición y profundidad
Se regula la posición del apero con relación al tractor, por ejemplo mediante
una leva en el eje de elevación. Mediante este control se consigue únicamente
una buena uniformidad en la profundidad de la labor en terrenos poco
ondulados.
Figura 134. Control de profundidad del enganche tripuntal.
Se consigue una labor de profundidad constante mediante una rueda
palpadora en conexión con el sistema hidráulico.
9.3.3. Control mixto
Viene a ser un control intermedio entre el control de carga y el control de posición,
dejando una cierta tolerancia para los valores de la resistencia que ofrece al apero (R
± ϕ) y de la profundidad de la labor (p ± ρ).
Figura 135. Control mixto de carga y profundidad del enganche tripuntal.

144
Este control tiende a ser universalmente empleado en los tractores modernos en
cuanto presenta casi totalmente las ventajas de los procedimientos anteriores sin sus
inconvenientes.
9.4. Sistema hidráulico
La aplicación de la oleohidráulica a los tractores permite tanto la elevación
de aperos montados en el enganche en tres puntos, como el accionamiento de
máquinas arrastradas y suspendidas a través de las tomas remotas del sistema
hidráulico.
Figura 136. Tomas remotas del sistema hidráulico de un tractor.
La ventaja de los sistemas hidráulicos es que se pueden instalar en la forma
que se desee e incluso en partes móviles gracias a sus tubos flexibles. Su
mayor inconveniente es que son caros y que su rendimiento es bajo en relación
a las transmisiones mecánicas o eléctricas.
Figura 137. Accionamiento de maquinaria acoplada al tractor mediante las tomas
remotas del hidráulico.

145
9.4.1. Elementos del sistema hidráulico
El equipo hidráulico del elevador consta de:
- Un depósito de aceite que debe contener un volumen de 2 a 2.5 veces el
caudal de la bomba expresado en l/min.
- Una bomba hidrostática, que aspira el aceite del depósito a través de un
filtro y lo impulsa a las tuberías.
- Una válvula limitadora de presión que regula la presión máxima del aceite
en el circuito.
- Un distribuidor manual del tipo 3/4 (tres posiciones y cuatro vías).
- Un regulador de caudal para controlar la velocidad de descenso.
- Un pistón de simple o doble efecto de gran diámetro.
- Una biela solidaria a los brazos del elevador que recibe la acción del
vástago del pistón en el denominado bulón de empuje.
Figura 138. Componentes del sistema hidráulico del tractor.
9.4.2. Tipos de bombas y motores hidráulicos
Una bomba hidráulica es un dispositivo capaz de convertir la energía
mecánica en energía hidráulica.
Una bomba hidráulica, necesita provocar un desplazamiento positivo del
líquido en contra de la presión, produciendo el movimiento de un caudal de

146
líquido. La presión surge por la resistencia ofrecida a la circulación del caudal
de líquido.
Un motor hidráulico, por el contrario, transforma la energía hidráulica en
energía mecánica.
El rendimiento de una bomba ηb viene dado por el cociente entre la potencia
hidráulica producida y la potencia mecánica absorbida:
ω
η
·
·
M
qP
b = (209)
donde,
P presión del fluido hidráulico [Pa]
q caudal suministrado por la bomba [m3
·s–1
]
M par en el eje de la bomba [N·m]
ω velocidad angular de giro de la bomba [rad·s–1
]
El rendimiento del motor ηm representa el cociente entre la potencia
mecánica producida y la potencia absorbida:
qP
M
m
·
·ω
η = (210)
En ambos casos estos rendimientos oscilan entre 75 y 90%.
9.5. Toma de fuerza
La toma de fuerza es un eje, estriado en un extremo, accionado por el motor y
destinado a dar movimiento a determinado tipo de máquinas acopladas al tractor.
Actualmente algunos tractores disponen de toma de fuerza y tripuntal delanteros
para accionamiento de maquinas acopladas por delante del tractor.
Figura 139. Tomas de fuerza delantera y trasera.

147
El accionamiento puede ser:
- Del intermediario de la caja de cambios y por tanto se desconecta al
desembragar.
- Del secundario de la caja de cambios y por tanto sincronizada con la
velocidad del tractor.
- Del motor o independiente con un embrague propio o con un embrague de
doble disco.
Figura 140. Toma de fuerza accionada independientemente desde el motor con un
embrague propio.
Sus dimensiones están normalizadas, son:
Tabla 7. Velocidades de giro estandarizadas para la toma de fuerza.
Tipo Velocidad de giro Nº acanaladuras Ntdf a la velocidad nominal del motor (kW)
1 540 6 Menos de 48
2 1 000 21 48 ÷ 92
3 1 000 20 Menos de 185
Para el acoplamiento de maquinaria a la toma de fuerza (t.d.f.) es necesario utilizar
un árbol de transmisión cardámico que permite que el eje de la máquina no esté
alineado con la t.d.f. (fig. 141).

148
Figura 141. Acoplamiento de maquinaria a la toma de fuerza del tractor a través de un
árbol de transmisión cardámico (a) y detalle del árbol (b).
a) b)

149
L2 L1
hG
G
L
E
hE
d
L3
R
r
Z
P
AB
Tema 10. Estática y dinámica del tractor. Balance de
potencias
10.1. Estudio estático del tractor
Existen tres posibilidades en las que puede estar un tractor en reposo:
- en plano horizontal
- en pendiente longitudinal
- en pendiente transversal o lateral
Figura 142. Principales parámetros geométricos y fuerzas en el tractor.
Los principales puntos, parámetros geométricos y fuerzas en el tractor son los
siguientes:
G Centro de gravedad
E Enganche de la barra, punto de tiro
L Batalla o distancia entre ejes
L1 Distancia entre el eje delantero y el centro de gravedad
L2 Distancia entre el eje trasero y el centro de gravedad
L3 Distancia entre el eje trasero y el punto de enganche
P Peso del tractor
Z Fuerza en el enganche o de arrastre
A Reacción vertical del suelo en las ruedas delanteras
B Reacción vertical del suelo en las ruedas traseras
10.1.1. El tractor reposa horizontalmente
En el problema estático, la suma de todas las fuerzas externas (vectores) ha
de ser cero y el momento de todas estas con respecto a cualquier punto ha de
ser también nulo.

Tema 10. Estática y dinámica del tractor. Balance de potencias
150
ΣF=0 ΣM=0
Supuesto el tractor en reposo y sin arrastre de aperos (Z=0):
a). Tomando momentos respecto del punto de apoyo de la rueda delantera,
resulta:
P⋅L1 - B⋅L = 0 (211)
Y por tanto:
B = P⋅(L1/L) (212)
b). Tomando momentos respecto del punto de apoyo de la rueda trasera, resulta:
A⋅L - P⋅L2 = 0 (213)
Y por tanto:
A = P⋅(L2/L) (214)
Considerando k1=L1/L y k2=L2/L, las reacciones verticales del suelo son:
A = P⋅k2 (215) B = P⋅k1 (216)
Como comprobación se puede verificar que:
P = A + B (217)
Normalmente el centro de gravedad está más próximo al eje trasero (L2 < L1)
siendo Bo mayor que Ao para facilitar la tracción.
El reparto de pesos sobre los ejes, constantes k1 y k2, dependen de la
geometría y la distribución del peso del tractor.
Tabla 8. Distribución de pesos sobre los ejes delantero y trasero.
Tipo Potencia [kw] k1 k2
> 30 0.6 ÷ 0.65 0.35 ÷ 0.40
Normal
≤ 30 0.55 ÷ 0.65 0.35 ÷ 0.45
> 25 0.70 ÷ 0.80 0.20 ÷ 0.30
Porta-Aperos
≤ 25 0.78 ÷ 0.80 0.20 ÷ 0.22
> 25 0.45 0.55
Tracción Total
≤ 25 0.40 ÷ 0.45 0.55 ÷ 0.60
10.1.2. El tractor reposa en pendiente longitudinal
En la reacción del suelo se consideran sus dos componentes, la reacción
normal a este y una fuerza de rozamiento tangencial (suponemos las ruedas
frenadas) que impide el deslizamiento.

151
Al ascender por una pendiente de ángulo α, se produce una sobrecarga sobre
el eje trasero que puede producir el vuelco.
Figura 143. Principales fuerzas en el tractor reposando en pendiente longitudinal.
El vuelco se produce cuando la reacción en las ruedas delanteras se anula, o
cuando la vertical del centro de gravedad pase por el punto de apoyo de las
ruedas traseras.
La pendiente máxima que es posible superar resulta ser:
tg α = L2/hG (218)
Interesa por tanto que el centro de gravedad este bajo (hG pequeño) y
desplazado hacia adelante (l2 grande), lo que disminuiría la capacidad de
tracción.
Al disminuir el peso sobre las ruedas delanteras (ruedas directrices), se reduce
la capacidad de maniobra.
Se considera que para poder conducir correctamente el vehículo es necesario
que la reacción en el eje delantero sea al menos un 20% de la que tiene el
vehículo en horizontal (A>A0)
10.1.3. El tractor reposa en pendiente lateral
Cuando la vertical que contiene al centro de gravedad pasa por el punto de
apoyo de la rueda, es decir sea s/2, existe peligro de vuelco:
tg β ≥ s/(2⋅hG) (219)
BN
R
r
hG
G
AN
PN
α
PT
AT
BT
L
L1
L2
M+
F

152
En la práctica hay que considerar un margen de seguridad adecuado (el 50%
del ángulo máximo), pues las irregularidades del terreno (piedras, baches, hoyos,
etc.) producen cargas dinámicas que son las que en la mayoría de los casos
producen el vuelco.
Figura 144. Principales fuerzas en el tractor reposando en pendiente transversal.
10.2. Fuerzas laterales en el tractor
Cuando el tractor toma una curva o la fuerza en el punto de enganche del
tractor (fuerza de arrastre) no es longitudinal o bien está desplazada respecto del
plano longitudinal que contiene al centro de gravedad, se presenta una fuerza
lateral que puede producir o contribuir al vuelco o al derrape.
10.2.1. Fuerza lateral producida por la fuerza de arrastre
Existen diversos casos en los que una fuerza de arrastre puede originar una
fuerza lateral:
- Fuerza centrada y longitudinal
- Fuerza centrada y formando un cierto ángulo
- Fuerza desplazada y longitudinal
- Fuerza desplazada y formando un cierto ángulo
Figura 145. Fuerza lateral producida en las curvas.
a a
Z Z Z Z
BN
hGG
AN
PN
β
PT
AT
BT
s
s/2
s/2
F

153
10.2.2. Fuerza lateral producida en las curvas
Al tomar una curva se producirá el vuelco o el derrape en función de cual de
estas velocidades sea superada:
- Condición de vuelco:
2.h
g.R.b
=v
2
(220)
- Condición de derrape:
.g.R=v
2
µ′ (221)
Figura 146. Fuerza lateral producida por el arrastre.
10.3. Coeficiente de resbalamiento
El coeficiente de resbalamiento se define como:
V
V-V=
t
rt
σ (222)
donde,
Vt velocidad de avance de la rueda cuando no hay resbalamiento (velocidad
teórica) y se corresponde a las vueltas que realmente da la rueda.
Vr velocidad de avance de la rueda cuando hay resbalamiento (velocidad real).
Este resbalamiento se produce especialmente por la rotura del suelo y el
desplazamiento del mismo, lo cual no sucede en caminos asfaltados.
Se llama velocidad de deslizamiento a la diferencia entre la velocidad teórica y
la real.
vL

154
Vd = Vt - Vr (223)
El resbalamiento supone una pérdida de potencia y es un parámetro que
necesita conocer el tractorista.
El resbalamiento o deslizamiento depende de:
- Tipo de suelo.
- Tipos de neumáticos.
- Distribución de pesos en el tractor.
- Fuerza de arrastre Z realizada.
Tabla 9. Valores del resbalamiento.
Resbalamiento Variables
Sin
Resbala.
Con
Resbala.
V
V-V ′ Velocidad de avance del tractor
v v' v>v'
l
l-l ′ Longitud l y l' recorrida por el tractor para
un mismo número de vueltas de las ruedas l l' l>l'
n
n-n
′
′ Número de vueltas n y n' que deben dar
las ruedas para recorrer una misma
longitud
n n' n'>n
r
r-r ′ Radios de dos ruedas r y r' para que sin
resbalamiento y para un mismo número de
vueltas recorran una longitud l>l'
r r' r>r'
10.4. Propiedades mecánicas del suelo referidas a la rodadura
Existen diversas propiedades del suelo que influyen en el esfuerzo que tiene
que realizar el tractor para desplazarse.
10.4.1. Aplastamiento del suelo y formación de huellas
La circulación del tractor en el terreno agrícola produce en este una
compactación, normalmente perjudicial, y que impide un buen desarrollo de las
plantas.
La presión que ejercen las ruedas sobre el suelo debería ser, supuesta una
cubierta flexible, igual a la existente en el interior del neumático y aumentando o
disminuyendo la superficie de apoyo en función de la carga.
La rigidez de la cubierta modifica el reparto de presiones sobre el suelo, siendo
mayor en el centro que en los bordes de la superficie de apoyo y también es
mayor bajo las nerviaduras.

155
- Presión media sobre el terreno. Para una determinada superficie de huella S, la
carga total Q será:
.Sp=p.ds=Q m
s
∫ (224)
Para la presión media sobre el terreno pm, se puede tomar el valor algo
superior a la presión interior pi:
pm = pi + k (225)
El parámetro k es un valor que depende de la presión interior (Tabla 10) y del
tipo de neumático.
Tema 10. Valores de la sobrepresión sobre el suelo k.
pi [bar] k [bar]
0.8 0.5 ÷ 0.9
1.5 0.3 ÷ 0.6
2 0.2 ÷ 0.3
La presión producida por el neumático sobre la superficie del terreno se
propaga en el interior de este formando esferas isobáricas de igual presión y
disminuyendo al aumentar la profundidad.
10.4.2. Aplastamiento del neumático y radio bajo carga
En el neumático se produce, debido a la resistencia del suelo, un
aplastamiento e que hace disminuir su radio de giro.
Figura 147. Superficie de apoyo de un neumático agrícola.
e
D/2
l
r0

156
El aplastamiento depende del tipo de neumático, (ancho, radio, estructura,
etc.), la carga aplicada en el eje y la presión interior:
ro = D/2 – e =R – e (226)
La longitud de la sección de apoyo, vale:
e-eR22=l 2
⋅⋅⋅ (227)
Si no hay resbalamiento se pude determinar el radio efectivo de giro (radio
dinámico) o radio bajo carga midiendo la longitud recorrida en un determinado de
número vueltas de las ruedas, o bien por la relación:
V = ω⋅ro (228)
10.5. Resistencia a la rodadura
La resistencia a la rodadura es la fuerza horizontal necesaria para poder desplazar
al tractor. El coeficiente de rodadura de un tractor depende del tipo de suelo y del
tractor (reparto de pesos y tipo de neumáticos.
Si el apoyo entre el neumático y el suelo se realizara en un único punto, no
existiría resistencia a la rodadura, por muy pequeña que sea la fuerza F la
rueda gira.
En realidad, el contacto con el suelo se realiza sobre una superficie y cuando
F es pequeña, la rueda no gira.
F y FR generan un par o momento que hace girar a la rueda.
Con el rozamiento el suelo agarra a la rueda y ésta gira, por lo que si no
hubiese rozamiento la rueda no giraría.
Pero si F aumenta por encima del valor máximo posible de la fuerza de
rozamiento (µ·N), la rueda deslizaría.
Tabla 11. Valores medios del coeficiente de rozamiento para un tractor.
Tipo de tractor
Tipo de suelo
De ruedas De cadenas
Compacto 0.8 1
Rastrojo 0.6 0.8
Labrado 0.4 0.6
La fuerza mínima que hay que aplicar, en el centro de la rueda y horizontal,
para que la rueda gire se denomina resistencia a la rodadura R y es el producto
del coeficiente de rodadura ρ por la reacción normal N:

157
R = ρ·N (229)
Normalmente la resistencia a la rodadura es mucho menor que la fuerza de
rozamiento.
Tabla 12. Coeficiente de rodadura de un tractor.
Tipo de tractor
Tipo de suelo
De ruedas De cadenas
Compacto 0.05 0.06
Rastrojo 0.10 0.08
Labrado 0.15 0.10
Las fuerzas que intervienen en una rueda empujada son:
1. Peso sobre el eje delantero (Incluyendo el peso propio de la rueda), P.
2. Fuerza de empuje, S (=R1).
3. Reacción normal al terreno, A, desplazada una cierta distancia d1 con
respecto a la vertical que pasa por el eje de la rueda.
4. Resistencia a la rodadura, R1.
5. Radio dinámico de la rueda, r1.
El coeficiente de rodadura sería en este caso el cociente entre d1 y r1.
Figura 148. Fuerzas que intervienen en una rueda empujada.
Sobre una rueda motriz, actúan diferentes fuerzas y momentos:
• Peso sobre el eje (incluido el peso propio de la rueda), P.
• Resistencia horizontal que hay que vencer, Z, localizada en el eje.

158
• Reacción normal al terreno, B, desplazada una distancia d2 con
respecto a la vertical que pasa por el eje de la rueda.
• Par de tracción, Mt, que suministra el motor al eje de la rueda.
• Tracción neta, T = U – R.
• Radio dinámico de la rueda r2.
• Además, existiría un par de frenado (no representado), debido a
rozamientos.
Figura 149. Fuerzas y momentos que actúan sobre una rueda motriz.
10.6. Coeficientes de tracción y de adherencia
Se define el coeficiente de tracción χ de una rueda motriz en un suelo
determinado como la relación entre la fuerza de tracción T y la reacción normal
B del suelo:
χ = T/B = tg ε (230)
Para que la rueda no resbale ε deberá ser inferior al ángulo de rozamiento β:
χ=T/B=tg ε < tg β = µ1 (231)
Se define el coeficiente de adherencia µ (es algo superior al de tracción)
como la relación entre la fuerza periférica y la reacción normal del suelo con la
rueda motriz:
µ = U/B = (T + R)/B = χ + ρ (232)
El coeficiente de adherencia es la suma de los coeficientes de tracción y
rodadura.

159
10.7. Rendimiento a la tracción
Este parámetro representa la eficacia de un neumático en el terreno y se
define como el cociente entre la potencia útil y la potencia suministrada:
wM
vT
t
·
· 1
=µ (233)
Dado que:
M=U·r0=(T+R)·r0 (234)
w=v0/r0 (235)
v1/v0=1-σ (236)
Tenemos que:
( )
( )σ
ρχ
χ
−⋅
+
=
⋅+
⋅
= 1
RT
vT
µ
0
1
t
v
(237)
Las fuerzas que actúan sobre un tractor en movimiento se agrupan de la
siguiente forma:
U=R±Z±Fp±Fa=T+R (238)
donde,
U Fuerza periférica en las ruedas obtenida del par motor
R Resistencia a la rodadura del tractor
Z Fuerza en el enganche. Es la suma de la resistencia a la rodadura o a la
rotura del terreno en la máquina arrastrada y de la componente tangencial
de la fuerza del peso de la máquina debida a la pendiente
Fp Fuerza debida a la pendiente, únicamente del tractor
Fa Fuerza debida a la aceleración, debida al tractor y al remolque o aperos
El problema que se plantea normalmente consiste en determinar el valor de la
fuerza U (y por tanto, para una determinada velocidad de trabajo, conocer la
potencia necesaria) en función de unas condiciones de trabajo predeterminadas.
10.8. Dinámica del tractor
El tractor en pendiente y casos particulares.
10.8.1. Cálculo de las reacciones normales A y B
Las componentes normales y paralelas al suelo o tangenciales del peso del
tractor y de la fuerza de arrastre Z son iguales a:
Pn = P⋅cosα (239) Pt = P⋅senα (240)
Zn = Z⋅senϕ (241) Zt = Z⋅cosϕ (242)

160
Tomando momentos respecto del punto de aplicación de la resultante K1 o
reacción del suelo sobre la rueda delantera, resulta:
Pn⋅(L1+d1)+Pt⋅hG – B⋅(L+d1 – d2)+(L+L3+d1)⋅Zn+ hz⋅Zt=0 (243)
Sustituyendo los valores anteriores y ordenando resulta:
P⋅[(L1+d1)⋅cosα+hG⋅senα] – B⋅(L+d1– d2)+Z⋅[(L+L3+ d1)⋅senϕ+hz⋅cosϕ]=0 (244)
Y por tanto resulta:
d-d+L
]sen)d+L+(L+h[Z+]senh+)d+L[(P
=B
21
13zG11 ϕϕαα ⋅⋅⋅⋅⋅⋅ coscos (245)
Figura 150. Fuerzas exteriores que actuan sobre el tractor.
De la misma forma tomando momento respecto del punto de aplicación de la
resultante K2 o reacción del suelo sobre la rueda trasera resulta:
A⋅(L+d1 – d2) – Pn⋅(L2 – d2)+Pt⋅hG+ (L3+d2)⋅Zn+hz⋅Zt =0 (246)
De donde sustituyendo los valores anteriores y ordenando resulta:
A⋅(L+d1 – d2)+P⋅[hG⋅senα – (L2 – d2)⋅cosα]+ Z⋅[(L3 + d2)⋅senϕ + hz⋅cosϕ]=0 (247)
Y por tanto resulta:
ϕ

161
d-d+L
]sen)d+L(+h[Z-]senh-)d-L[(P
=A
21
23zG22 ϕϕαα ⋅⋅⋅⋅⋅⋅ coscos
(248)
Dado que las distancias d1 y d2 son muy pequeñas comparadas con L, L1, L2 y
L3 se pueden despreciar en las expresiones del valor de A y B, pues las
diferencias en el cálculo final de las reacciones son muy pequeña.
Queda por tanto, como valores de las reacciones normales en cada par de
ruedas:
L
sen)L(+hZ-
L
senh-LP=A 3zG2 ϕϕαα ⋅⋅
⋅
⋅⋅
⋅
coscos
(249)
L
sen)L+(L+hZ+
L
senh+LP=B 3zG1 ϕϕαα ⋅⋅
⋅
⋅⋅
⋅
coscos
(250)
10.8.2. Transferencia de carga
La transferencia de carga supone un aumento o disminución sobre la carga
que recae en cada uno de los ejes como consecuencia de la existencia de la
fuerza de arrastre, Z y se corresponde con la expresión:
L
.senL+.hZ 3z ϕαcos
⋅ (251)
Cuando no existe fuerza de arrastre (Z=0) los valores de las reacciones son:
L
.senh-.LP=A G2 ααcos
⋅ (252)
L
.senh+.LP=B G1 ααcos
⋅ (253)
10.8.3. Casos particulares
Existen varios casos particulares de importancia en el estudio del
comportamiento de los tractores:
-El ángulo α = 0 (El tractor en terreno horizontal)
-El ángulo α = 0 (La fuerza de arrastre es paralela al terreno).
-Posibilidad de vuelco hacia atrás: A = 0
10.8.4. Vuelco por aceleración
El vuelco sobreviene cuando la reacción del terreno en el eje delantero se
hace cero, es decir cuando la aceleración es mayor que el producto de la

162
aceleración de la gravedad por la relación entre la distancia del centro de
gravedad al eje trasero y la altura del centro de gravedad.
10.9. Potencia del motor de un tractor
La potencia producida en el eje del motor, Nm, se puede medir con un banco
de ensayos o calcularla en base a los datos disponibles con relación al motor y
sus condiciones de funcionamiento (cilindrada, régimen de giro, consumo,
rendimientos, etc).
También se puede obtener a partir de la potencia consumida en cada una de
las fases, etapas o tareas realizadas con el tractor y además tener presentes
todas las posibles perdidas.
De esta forma se determina la potencia que debe de tener el tractor en función
de los trabajos que se quieren realizar (aperos, velocidades de trabajo, terreno,
etc).
Figura 151. Potencias de un tractor.
10.9.1. Potencia perdida en la transmisión, Nt
En el sistema de transmisión (embrague, caja de cambios, diferencial,
transmisiones, reductores, etc) hay una perdida de potencia que depende del
Nm
Nb
Nσ
Nα
NR
Nh
Ntdf
Nt
Nreal
Ne
ηt
ηb
ET

163
estado del sistema, engrase, condiciones de funcionamiento (velocidad, par), etc.
y que se puede evaluar normalmente como un % de la potencia efectiva del
motor.
La potencia perdida en la transmisión es:
Nt = Nm – NREAL (254)
El rendimiento de la transmisión o rendimiento mecánico de esta, viene dado
por:
ηt = NREAL / Nm (255)
Esta potencia real se invierte en vencer una serie de fuerzas generadas por el
trabajo del tractor:
U = R + Z ± Fp ± Fa (256)
Nu = Nσ + Nρ +Nb ± Np ± Na (257)
El resbalamiento es:
σ = (Vt – Vr)/Vt (258)
donde,
Vt Velocidad teórica
Vr Velocidad real
P Peso del tractor
R Resistencia a la rodadura del tractor
Z Fuerza de arrastre
U = ± Z + R ± Fp ± Fa (259)
10.9.2. Potencia consumida por la toma de fuerza, Ntdf
La potencia suministrada a los equipos auxiliares conectados a la toma de
fuerza se puede obtener mediante el producto del par existente en la toma de
fuerza y la velocidad de giro:
Ntdf = Ttdf⋅ωtdf (260)
10.9.3. Potencia consumida por el sistema hidráulico, Nh
La potencia suministrada a los sistemas hidráulicos de los equipos auxiliares
viene dada por:
Nh = p⋅q/ηm⋅ηv (261)
donde p es la presión del fluido, q el caudal y ηm⋅ηv los rendimientos mecánico
y volumétrico del sistema.
Restando a la potencia real (NREAL) la consumida por el sistema hidráulico y la
toma de fuerza queda la potencia útil en el eje de las ruedas tractoras del

164
vehículo parte de la cual se ha de utilizar en acelerar el tractor y superar las
pendientes.
10.9.4. Potencia consumida en la aceleración, Na
Dado que la masa del sistema es elevada el valor de la potencia consumida
en la aceleración es grande:
Na = Fa⋅Vr = m⋅a⋅Vr = (P/g)⋅a⋅Vr (261)
10.9.5. Potencia consumida en la subida de pendientes, Nα
Para subir una pendiente de ángulo α se requiere una potencia:
Nα = P⋅Vr⋅senα (262)
Para pequeñas pendientes (senα ≈ tanα) se puede aproximar:
Nα = P⋅Vr⋅tgα (263)
10.9.6. Potencia perdida en el resbalamiento, Nσ
El resbalamiento o deslizamiento de las ruedas del tractor originan una perdida
de potencia que podemos calcular mediante la expresión:
Nσ = U⋅(Vt – Vr) = U⋅σ⋅Vt = σ⋅Ne = U⋅Vr⋅σ /(1 –σ) (264)
10.9.7. Potencia perdida en la rodadura, Nρ
La resistencia a la rodadura produce una perdida de potencia cuyo valor es:
Nρ = R⋅Vr (265)
10.9.8. Potencia a la barra o de tracción, Nb
Es la potencia empleada en el arrastre del remolque o apero:
Nb = Z⋅Vr (266)
En general la suma de todas las potencias es:
Ne= NU = ± Np ± Na + Nb + Nρ + Nσ (267)
En el supuesto de marcha uniforme y en horizontal, queda:
Ne= Nb + Nρ + Nσ (268)

165
Se puede definir el rendimiento a la barra:
N
N=
m
b
bη (269)
Se puede definir la eficiencia de tracción como:
N
N=ET
e
b
(270)
Este rendimiento depende del tipo de suelo, siendo mayor cuanto más
compacto es el suelo.

166

167
Tema 11. El laboreo del terreno
11.1. Introducción
Laboreo es toda operación realizada mecánicamente sobre el suelo por
deseo humano y destinada a producir un cambio en la estructura del suelo,
encaminada a conseguir un mejor desarrollo de las semillas y plantas
cultivadas.
Los objetivos que tradicionalmente ha perseguido el laboreo son:
- Transformación de terrenos no cultivados en terrenos agrícolas.
- Eliminación de malas hierbas. El laboreo interno controla eficientemente las
malas hierbas.
- Control de insectos parásitos.
- Enterrar vegetación y aporte de materia orgánica y en enmiendas.
- Esponjamiento del suelo para un mejor secamiento.
- Eliminación de la compactación superficial.
- Disminución de las pérdidas de agua por evaporación.
- Preparar el terreno para la siembra creando un estado estructural favorable
para la germinación y el desarrollo de la planta.
- Facilitar el drenaje del suelo.
- Configurar el terreno para la plantación, el riego, la recolección mecanizada,
etc..
- Conservación del suelo contra la erosión disminuyendo la escorrentía.
De entre estos objetivos el laboreo tradicional sólo se ha mostrado eficaz
para tres de ellos:
- Confeccionar un perfil de cultivo favorable.
- Disponer de un lecho de siembra en el horizonte superficial.
- Eliminar las malas hierbas.
El laboreo tradicional presenta tres grandes inconvenientes:
- Tiene un bajo rendimiento energético: η≅ 0.15-0.20.
- El transito reiterado produce compactaciones al requerirse mucho peso para
realizar suficiente tracción.
- Produce una importante pérdida de materia orgánica.
La situación actual presenta una caída de los precios por un exceso de la
producción y una excesiva degradación y pérdida de suelo que disminuye la
fertilidad del mismo. Actualmente el gran objetivo es producir lo mismo con el
mínimo coste posible, manteniendo las propiedades del suelo. Se trata de
racionalizar el laboreo reduciendo labores y agrupando operaciones. Las

Bibliografía
168
dificultades que se presentan son la necesidad de realizar la siembra y la falta
de maquinaria adecuada a precios accesibles.
Figura 152. Esquema del manejo del suelo y de los sistemas de laboreo.
11.2. Propiedades físicas y mecánicas del suelo.
11.2.1. Estructura
Está determinada por el tamaño y la forma de los agregados del suelo.
Normalmente, salvo casos particulares, los constituyentes minerales y la
materia orgánica no están separados ni fundidos en una masa amorfa, sino que
forman conjuntos discontinuos o agregados que resultan de la acción de los
sistemas de fuerzas antagónicas:
- Fuerzas de ligadura que confieren cierta cohesión:
• atracción de Van der Walls
Maximizar MaximizarMinimizar
Minimizar Maximizar
Sistema de laboreo y manejo del suelo
Manipulación del suelo Propiedades del suelo Costes de producción Producción
Contenidodehumedad
Porosidad
Densidadaparente
Índicedecono
Humedad
disponible
Aireación
del suelo
Resistencia
del suelo
Maquinaria
Labores
Herbicidas
Costedeentrantes
Beneficio
Coste total
Beneficio
neto
Manejo optimo

169
• atracción electrónica entre coloides (Fe coloidal y arcilla)
• formación de puentes de H+
o Ca++
• unión por películas de agua
- Fuerzas de ruptura:
• seres vivos, forma del suelo y sistema radicular de las plantas
• el hombre con el trabajo mecánico
• el agua por los fenómenos de humectación y desecación y de hielo-
deshielo.
Las características de cada fracción son:
- Las arenas disminuyen la cohesión, aumentan la porosidad y hacen a
los suelos más ligeros y fáciles de trabajar.
- Los limos favorecen la compactación y disminuyen la permeabilidad.
- La arcilla aumenta la cohesión y hace a las tierras más plásticas y
difíciles de
11.2.2. Propiedades físicas
a). Textura
Está determinada por los porcentajes de las fracciones de arcilla (<2 µm),
limo (2-5 µm) y arena (0.05–2 mm) del suelo.
Las arenas se dividen en finas (0.005–0.2 mm) y gruesas (0.2–2 mm).
La fracción gruesa (>2 mm) se elimina por tamizado a la hora de determinar
la granulometría del suelo.
La estructura puede clasificarse, según sus agregados, en:
- granular
- laminar
- angular
- sin estructura
b). Porosidad
Es la relación entre el volumen de poros y el total:
V
V
n
p
= (271)
1+
=
e
e
n (272)
- Índice de poros:

Bibliografía
170
s
p
V
V
e = (273)
- Grado de saturación:
p
L
V
V
S = (274)
donde,
Vp volumen de poros
V volumen total
Vs volumen de sólidos
VL volumen de líquidos.
c). Densidad
-Densidad aparente seca:
V
m
D s
as = (275)
-Densidad aparente húmeda:
V
mm
D Ls
ah
+
= (276)
-Densidad real:
s
s
R
V
m
D = (277)
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+⋅=
100
1
h
DD asah (278)
h es el contenido de humedad,
R
as
D
D
n −= 1 (279)
11.2.3. Propiedades mecánicas
El suelo es un medio poroso que tiene un comportamiento muy variable
según las proporciones de las tres fases en presencia: sólida, líquida y
gaseosa, es decir, partículas de suelo, agua y aire.

171
a). Consistencia
Es la resistencia a la deformación y a la rotura. Entran en juego las fuerzas
de adherencia entre las partículas. Tiene un papel fundamental el contenido de
humedad.
Los límites de consistencia o de Atterberg, son los contenidos de humedad
que limitan los cuatro estados de consistencia del suelo:
- Límite de retracción, LR.
Establece el contenido de humedad por debajo del cual el suelo deja de
contraerse, representa el límite inferior de humedad de consistencia semisólida.
La fuerza que produce la contracción proviene de las tensiones que se generan
en la interfase aire-agua sobre la superficie del sistema suelo-agua.
Al evaporarse el agua se produce un acercamiento de las partículas del
suelo originando una contracción que es proporcional al volumen de agua
eliminado.
Figura 153. Límites de Atterberg del suelo.
- Límite plástico, LP. Límite inferior de Atterberg.
Se trata del paso desde el estado frágil al plástico. La determinación
experimental se lleva a cabo mezclando una pequeña cantidad de suelo
desmenuzado con agua. Con esta mezcla hay que tratar de conseguir de forma
manual, sobre una placa de vidrio, unos rodillos de 3 a 4 mm de diámetro, que
por sí solos han de fragmentarse a intervalos de unos 10 mm de largo. Una vez
logrado se determina la humedad cuyo valor corresponde a dicho límite.
- Límite líquido, LL. Límite superior de Atterberg.
El límite líquido corresponde al punto de humedad donde el suelo pasa del
estado plástico al fluido. Esta se determina mediante la llamada cuchara de
MEZCLA FLUIDA DE
AGUA Y SUELO ESTADO LÍQUIDO
Límite líquido WL
ESTADO PLÁSTICO
Límite plástico WP
Humedad creciente ESTADO SEMISÓLIDO
Límite de retracción WR
ESTADO SÓLIDO
SUELO SECO

Bibliografía
172
Casagrande. Cuando al cabo de 25 golpes los bordos de una V se unen a lo
largo de 1cm, el suelo tiene la humedad que corresponde al límite líquido.
- Índice o intervalo de plasticidad, IP
Es la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico:
IP = LL – LP (280) IP = WL – WP (281)
- Índice de liquidez, IL
Indica la proximidad del suelo natural al límite líquido:
PL
P
WW
WW
IL
−
−
= (282)
Estos límites varían con la textura y el contenido en materia orgánica o
humus. El índice de plasticidad aumenta con el contenido de arcilla. Los límites
de Atterberg caracterizan la cohesión de los materiales porosos en función de
la humedad.
Las condiciones de trabajo del suelo pueden establecerse a partir de las
variaciones de cohesión y adherencia con la humedad. La cohesión disminuye
cuando aumenta la humedad.
b). Resistencia a la compresión del terreno
- Relación tensión-deformación vertical
Al superar un cierto valor de tensión se produce el hundimiento.
n
zk ⋅=σ (283) 2
r
Q
A
Q
⋅
==
π
σ (284)
Figura 154. Curvas isotensión en el suelo.
Curvas
isotensión
Q
r
z

173
k módulo de deformación inelástica.
n=0.5, ...1
k = 30 N/cm3
Suelos arenosos
n=1 k=200 N/cm3
Suelos arcillosos
k>10 N/cm3
Suelo labrado
Una modificación de la relación tensión-deformación es:
nc
zk
b
k
⋅⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+= φσ (285)
donde,
kc módulo de deformación de cohesión
kφ módulo de fricción.
Figura 155. Tipos de suelos según la relación tensión-deformación vertical.
En función de la relación entre tensión y la profundidad del suelo se pueden
distinguir dos tipos de suelos:
- Suelos rigidizantes: tienden a volverse más resistentes.
- Suelos débiles: pierden resistencia al ser cargados.
- Relación tensión-deformación horizontal.
En construcción se realiza un ensayo a esfuerzo cortante mediante dos
placas:
q
xcT ⋅= (286)
S
T
=τ (287)
SUELOS
RIGIDIZANTES
SUELOS
DÉBILES
n>1
n<1
n=1
z
σ

Bibliografía
174
En maquinaria agrícola se emplea una placa de carga que se clava en el
suelo y se tira de ella.
Figura 156. Esquema de los esfuerzos en una placa de carga.
También se utiliza el torno de deformación de Vane Shear, que se clava en
el suelo y se hace girar con un brazo donde se aplica un momento torsor.
Figura 157. Esquema del torno de deformación de Vane Shear.
dSrdM ⋅⋅= τ (288) ⇒ ∫ ⋅⋅⋅⋅⋅=
e
i
r
r
drrrM πτ 2 (289)
3
2
33
ie rr
M
−
⋅⋅⋅= πτ (290) ⇒
( )33
2
3
ie rr
M
−⋅⋅
⋅
=
π
τ (291)
El esfuerzo vertical y horizontal se relacionan entre sí mediante la ley de
Coulomb:
αστ tgc ⋅+= (292)
donde,
c coeficiente de cohesión del suelo.
α ángulo de rozamiento interno.
Q
Q
T
T
x
Q
M
ri
re
M

175
Figura 158. Relación entre los esfuerzos vertical y horizontal.
c). Deformación del suelo por la rodadura de los neumáticos
Al pasar un neumático sobre el suelo se producen deformaciones tanto en el
neumático como en el suelo que soporta las siguientes esfuerzos:
n
T
S
F
=τ (293)
nS
W
=σ (294)
lbSn ⋅⋅= 78.0 (295)
Figura 159. Superficie de la huella de una rueda de un tractor.
Para hallar la resistencia a la rodadura de forma experimental se tira del
tractor con otro y se determina la fuerza de tiro necesaria.
Para su cálculo teórico se considera la rueda rígida sobre un suelo
deformable.
Según la Teoría de Bekker la rodadura es una resistencia a la compactación.
W
FT
L
b
σ2
σ3
σ1
x
τ
σ
τ
α
σ2σ3 σ1

Bibliografía
176
1
0
1
+
⋅⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+⋅
+
= nc
zk
b
k
n
b
R φ (296)
W
R
=ϕ (297)
( )
12
2
0
3
3
+
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
−⋅⋅⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+⋅
⋅
=
n
c
nDk
b
k
b
W
z
φ
(298)
W
lbCI
cn
⋅⋅
= (299)
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+⋅= 104
2.1
nc
WMR (300)
Figura 160. Resistencia a la rodadura en la rueda de un tractor.
También se puede realizar una modelización a partir del índice de cono
obtenido en campo, CI. La resistencia a la rodadura es debida a tres causas:
1. Compactación vertical del suelo.
2. Desplazamiento lateral de la rueda al terreno. Resistencia al corte horizontal.
3. Deformación del neumático.
11.3. Tipos de labores y aperos de labranza
a). Clasificación española
1. Equipos para labores profundas
- Arados de desfonde: de vertedera o de discos
- Subsoladores: fijos o vibrantes
- Arados rotativos accionados
- Arados de discos
- Cavadoras
- Cultivadores pesados: arado cincel o chisel
- Rotocultores
z0
R
W

177
- Arados rastrojeros
- Rodillos mezcladores
2. Equipos para preparación de la cama de siembra
- Arados rastrojeros
- Rotocultores
- Gradas de discos
- Cultivadores
- Gradas ligeras: de púas, dientes o rodantes
- Flotante de masas niveladoras
- Acaballonadoras
- Rodillos
- Máquinas combinadas de trabajo del suelo
3. Equipos para labores entre líneas
- Desmalezadoras: rastrillos, ruedas estrelladas, quemadores
- Binadoras: de reja o rotativas
- Arados viñeros: de reja o de disco
- Acaballonadoras
b). Clasificación americana, ASAE
1. Labores primarias
Los utensilios para labores primarias desplazan y rompen el suelo para
reducir la fuerza del suelo y enterrar o incorporar los materiales de plantación,
pesticidas y fertilizantes en el lecho de siembra. Son más agresivos, más
profundos y admiten una mayor aspereza de la superficie del suelo que los de
labores secundarias.
- Arados:
• Vertedera
• Chisel
• Combinación chisel-cuchillas
• Reja escandadora ancha
• Discos
• Aparcador
- Vertedera superficial
- Discos aparcadores
- Subsoladores
- Gradas de disco
• Excéntrica
• Pesada en tandem

Bibliografía
178
- Motoazada potente
2. Labores secundarias
Los utensilios trabajan a menor profundidad, proveen de pulverización
adicional, incorporan pesticidas y fertilizantes al suelo, nivelan y fijan el suelo,
eliminan depósitos de aire y erradican malas hierbas. La preparación del lecho
de siembra es la última operación secundaria.
- Gradas
• Discos
• Dientes flexibles, rígidos, de punta o enrollados
• Cuchilla
• Diente oscilatorio potente
• Rodillo compactador
• Acaballonadora
• Niveladora
• Rotativa accionada terreno
- Cultivadores
- Cultivador de varillas
- Rodillos
- Cultivador giratorio potente
- Acaballonadores
- Azadas giratorias
3. Labores de cultivo
Los utensilios hacen una labor post-plantación somera para ayudar a la
cosecha, aflojando el suelo y/o con erradicación mecánica de malas hierbas.
- Cultivadores de hileras
• Giratorio accionado por el terreno
• De dientes flexibles
• De dientes de asta
- Rotocultivadores
- Motoazadas
4. Combinación de labores primarias
- Cuchillas de reja de arado, brazos subsoladores y brazos de arado.
- Brazos de arado y cuchillas de disco.
5. Combinación de labores secundarias
- Brazos en S, dientes de púas y cuchillas de disco.
- Rodillo compactador y dientes flexibles.

179
Bibliografía
JUNTA DE ANDALUCIA, 2002.- Almería. Datos Básicos 2002. Instituto de
Estadística de Andalucía. Consejería de Economía y Hacienda, Delegación
Provincial de Almería, Sevilla, 71 pp.
JUNTA DE ANDALUCIA, 2007.- Almería. Datos Básicos 2007. Instituto de
Estadística de Andalucía. Consejería de Economía y Hacienda, Delegación
Provincial de Almería, Sevilla, 69 pp.
MINISTERIO DE AGRICULTURA, PESCA Y ALIMENTACIÓN (MAPA), 2002.-
Hechos y cifras de la agricultura, la pesca y la alimentación en España.
Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación, Madrid, 100 pp.
Hechos y cifras de la agricultura, la pesca y la alimentación en España.
Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación, Madrid, 160 pp.
Inscripción de maquinaria agrícola: año 2006. Ministerio de Agricultura,
Pesca y Alimentación, Madrid, 137 pp.

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