EQUIPOS DE AIRE ACONDICIONADO: EN ABSOLUTO SON TODOS IGUALES

Radiadores "en serie" en New Holland T8

DEL BOTIJO AL CLIMATIZADOR

Una vez más “el detalle importa”, no todos los equipos de enfriamiento que venden los fabricantes de tractores o cosechadoras son iguales. Ni tan siquiera reciben el mismo nombre.

Lo habitual es referirse al aire acondicionado (AA) como un sistema que proporciona enfriamiento. Pero un buen equipo es mucho más que eso. Un buen equipo es un sistema integrado que proporciona, además del enfriamiento, filtrado de aire, control de humedad, eliminación de neblina, descongelación de parabrisas y presurización en cabina…

FUNCIONAMIENTO

El aire acondicionado es una máquina frigorífica de compresión mecánica. Su cometido consiste en desplazar energía térmica entre dos puntos. Para conseguirlo utiliza la evaporación de un fluido refrigerante dentro de un intercambiador de calor. Durante el proceso de evaporación el fluido líquido cambia su estado a vapor.

Un compresor mecánico se encarga de aumentar la presión del vapor para su condensación dentro de otro intercambiador llamado condensador y hacerlo líquido de nuevo. El ciclo se repite, teóricamente, de forma indefinida.

Es en verdad el método de compresión el más utilizado, pero no significa que no existan otros como por ejemplo, los llamados “humidificadores” que se basan en el funcionamiento del botijo y que es un proceso adiabático en el cual se “enfría por evaporación”

Esquema de AA en automóvil

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

Compresor: es el “corazón del sistema” y toma potencia del motor del tractor mediante una correa (Ver esquema) convirtiendo la potencia mecánica en potencia frigorífica.

Del compresor parten dos tubos correspondientes a dos circuitos de diferentes presiones por los que circula un fluido especial. El compresor tiene en su interior un gas al cual comprime.

El condensador: El gas comprimido y con temperatura elevada llega al condensador donde se produce una transferencia de calor (el calor sale al exterior mediante un flujo de aire que proporciona un ventilador que puede ser el del sistema de refrigeración del motor o ser otro independiente). En realidad el condensador sólo es un intercambiador de calor pues es en él donde se baja la temperatura del gas, por condensación, y se convierte en líquido a alta presión.

El evaporador: El líquido a alta presión llega al evaporador donde se produce el “frío” que se saca hacia el habitáculo por otra corriente de aire (los ventiladores de habitáculo)

Para entender el proceso piense el lector en lo que ocurre cuando se saca el gas de un mechero y se proyectar sobre la piel. Se experimenta frío. Bien pues ese frío se debe al cambio de estado del líquido a gas.

La cantidad de calor absorbida por el evaporador (Q, W o Kcal) es función de: la superficie de intercambio; De la diferencia de T (temperatura entre exterior y la de evaporación); Del coeficiente de transmisión de calor (K; Kcal/m2/Cº; W/m2/Cº) función a su vez del material empleado en la fabricación.

El evaporador, físicamente, es similar al condensador pues también es un intercambiador.

Desde el evaporador, el líquido ya a baja presión, vuelve al compresor para recomenzar el ciclo.

Otros dispositivos se añaden según se va perfeccionando el sistema, así se encontrará: Un termostato para regular la temperatura; Un deshumidificador o desecador para controlar la humedad en el habitáculo. Se coloca entre el condensador y el evaporador (es decir en el bucle de alta presión), normalmente incorpora un depósito con un nivel de vidrio (para ver si hay burbujas que indicaría mal funcionamiento) y que se utiliza para recargar el sistema; La válvula de expansión, se coloca justo antes del evaporador,  proporciona un caudal y presión estable.

Cabina de cosechadora Activa de Massey

UN POCO DE HISTORIA: DEL AUTOMÓVIL AL TRACTOR

Fue un Pac-kard de 1939 el primer coche con sistema de AA. Se trataba de algo muy simple, una espiral enfriadora (evaporador muy largo) envolvía todo el habitáculo. El sistema de control era el interruptor de un ventilador.

Los primeros sistemas no disponían de embrague en el compresor, por lo que éste siempre estaba encendido mientras el motor funcionaba. Para apagar el sistema, se detenía el coche y se abría el capó para quitar la correa del compresor.

Más tarde los controles se sitúan en el asiento trasero (algo similar al entrañable Seat 600 con el mando de la calefacción)

En la incorporación del aire acondicionado el mundo agrícola ha ido por detrás al mundo del automóvil.

En los últimos tiempos se han cambiado los líquidos refrigerantes por otros menos contaminantes

También se ha ido mejorado el rendimiento; Reducido el consumo; Consiguiendo mejores diseños del compresor; Aplicando la electrónica…

OTRAS FUNCIONES DE UN BUEN EQUIPO DE AIRE ACONDICIONADO

Un buen equipo de aire acondicionado no sólo enfría el habitáculo, hace mucho más:

• Presurización: labor muy importante en un tractor agrícola pues evita que el polvo en suspensión del exterior de la cabina pueda pasar al interior, para ello se dispone de unos ventiladores que consiguen un diferencial positivo de presión en el interior. Se trata de un diferencial pequeño (no más de 25 kPa) pero suficiente para evitar la entrada de polvo o sustancias químicas provenientes de los tratamientos.

• Desempañamiento: Cuando existe diferencia de temperatura entre el aire exterior e interior los cristales se empañan. Esto es así porque la cantidad de vapor de agua que puede contener el aire (humedad de saturación) depende de la temperatura (el aire caliente puede contener más vapor de agua que el aire frío)

Compresor realizado en aluminio para refrigerante R134A

Sí en una cabina el cristal esta frío por estar en contacto con el exterior, el aire interior próximo al cristal disminuye su temperatura liberando el exceso de agua que se condensa. Para evitarlo se calienta el cristal con aire caliente y así desaparecen las gotas. La forma más rápida de conseguirlo es utilizando aire del circuito de climatización pues al pasar por el vaporizador contiene menos cantidad de agua.

• Calefacción: Generalmente se dispone de un radiador, conectado con el radiador de refrigeración del motor, en el interior de la cabina. Al accionar la calefacción en realidad lo que se acciona es una válvula reguladora de caudal. El inconveniente del sistema es que el intercambio de calor no se produce hasta que el motor alcanza su temperatura de funcionamiento (unos 5 minutos aproximadamente) Para evitar el inconveniente existen tractores de alta gama que en el circuito incorporan unas resistencias eléctricas que introducen calor en el habitáculo de forma rápida.

AIRE ACONDICIONADO & CLIMATIZADOR

Aunque el principio termodinámico es el mismo existe diferencia entre AA y climatizador. La diferencia

Vendimiadora Gregoire. Evaporador y condensador en techo

radica en los sensores de automatización aunque no existe una frontera clara entre ambos. El climatizador posee unos sensores que comparan temperatura interior con la exterior, programando, según necesidades que previamente haya marcado el usuario con ello se consigue que la conexión y desconexión se realiza de forma automática. También existe un termostato en el AA pero es un “todo o nada”. Un sistema climatizado “consume” menos potencia del motor pues utiliza compresores de caudal variable y desconecta y conecta más a menudo, consiguiendo un frío adecuado. Así que se puede generalizar que si sólo lleva un termostato de ambiente se le llama AA y si el control automático es mucho más sofisticado entonces se dice climatizador. En función de la complejidad del control automático se hablará de climatizadores que controlan el flujo de aire pero no las salidas, o bien climatizadores totalmente automáticos que controlan el flujo y las salidas en función de las diferencias de temperatura y la programación elegida; Incluso hay otros más desarrollados que incorporan sensor solar para intensificar la potencia del equipo si el tractor está mucho tiempo al sol; O los denominados “bizona” o “multizona” que diferencia dentro incluso del habitáculo

 

¿CUANTA POTENCIA CONSUME UN EQUIPO DE AA?

Cabina Valtra serie T

Todos los usuarios habrán comprobado como al conectar el embrague del compresor se produce una “bajada de potencia” del tractor. En el caso de un tractor o cosechadora son normales cifras de caída de potencia de 15 a 20 CV.

La magnitud de “potencia de enfriamiento” se mide en el Sistema Internacional en vatios (W) pero se usa mucho el Sistema Técnico cuyas unidades son la caloría/hora (también se acepta en el SI) o la frigoría/hora (misma definición que la caloría/hora pero se emplea para medir el calor extraído, no el aportado). Los norteamericanos, por aquello de “ser diferentes” utilizan mucho las "toneladas de refrigeración" o BTUs

LA LEYENDA NEGRA: LA CONTAMINACIÓN

Al AA se le ha acusado, y con razón, de ser un importante contribuyente a la emisión de gases de efecto invernadero. Por una parte contribuye por “aumento del consumo” del tractor y otra directa como emisión de gases de efecto invernadero (los famosos CFC como el Freón 12)

Facilitando el mantenimiento. New Holland T8

Hasta 1930 se estuvo usando exclusivamente amoniaco y dióxido de azufre que eran muy tóxicos. Fue General Motors quien los sustituye por los clorofluorcarbonados o CFC (Freón 12, R12, CFC-12, en realidad diclorodifluorometano CCl2F2) que no son tóxicos y tienen alta estabilidad química pero atacan directamente a la capa de ozono. Por eso el protocolo de Montreal los prohíbe y los sustituye por otros de características termodinámicas similares y que son los hidrofluorocarbonados o HFC. El más usado es el R134a (con la particularidad de poseer un punto de ebullición muy bajo). No dañan la capa de ozono pero ¡son potentes gases de invernadero! Esto significa que también urge eliminarlos. Ya se está en ello.

Para leer completo: Agricultura Noviembre 2009

EL DETALLE IMPORTA. SISTEMA HIDRÁULICO ¿CENTRO ABIERTO O CENTRO CERRADO?

Massey Ferguson 8600

NO HAY DUROS A CUATRO PESETAS

Quizá el lector “detallista” se haya fijado que desde hace “algunas entradas” hago hincapié en la idea de que “el detalle importa”, es decir, insisto en que no todo es lo mismo y que nadie da “duros a cuatro pesetas”. La entrada actual sólo pretende ser una introducción a las diferencias entre un sistema hidráulico de centro abierto o de centro cerrado: cual es mejor, cual es más conveniente según nuestras necesidades, cual es más caro….

SISTEMA HIDRÁULICO

Al referirse a sistema hidráulico en un tractor se hace al sistema de transmisión de fuerza y movimiento a través de un fluido, en la práctica aceite (casi incompresible). El principio del sistema se basa en transmitir una energía, que normalmente proviene del motor de combustión, entre una bomba hidráulica y uno o más actuadores motrices (cilindros, motores)

Circuito hidráulico de centro abierto: caudal constante, presión variable

New Holland T8

Con el sistema de centro abierto, la bomba es de cilindrada, y por lo tanto el caudal, constante. El sistema se implementa con bombas de tipo engranajes (normalmente el cuerpo se fabrica en fundición de acero o aluminio) que están accionadas de forma continua. Como la bomba envía de forma permanente un caudal constante se necesita una válvula que limite la presión ya sea bien para que el aceite retorne a depósito o bien cuando llega el final del requerimiento hidráulico. Es decir, si no se requiriese caudal entonces el flujo de aceite se desvía al depósito por la línea de retorno. En el caso de accionar un distribuidor (servicios externos, elevador...) la válvula de control orienta el caudal hacia la demanda, siendo la velocidad de respuesta directamente proporcional al caudal de la bomba. La presión subirá entonces hasta alcanzar el valor requerido para la función exigida en el actuador y tras realizar ese trabajo la bomba vuelve a funcionar bajo condiciones de baja presión.
Otra característica del sistema es que las bombas con caudal fijo una vez que se abre un distribuidor se consume la máxima potencia de que dispone el sistema hidráulico, incluso sin tener nada acoplado, porque el caudal excedente se tiene que ir por la válvula limitadora (alivio de presión)

El centro abierto es muy utilizado en tractores agrícolas ya que es de gran simplicidad en la disposición de los componentes, y porque es un sistema que se adapta perfectamente a la normal operación del sistema hidráulico en un tractor, es decir, de forma intermitente y con un número limitado de actuadores. Pero el centro abierto también se usa en aparatos tan complejos como puede ser un avión si bien es cierto que normalmente se usa en aviones ligeros como avionetas en las cuales no se necesita un suministro continuo de presión (tren de aterrizaje o flaps…) si no que necesitan suministro hidráulico durante un periodo corto de tiempo.

Normalmente la presión nominal de trabajo en centro abierto oscila entre los 80 y los 130 kg/cm². 

Esquema sistema hidráulico centro abierto

Circuito hidráulico de centro cerrado: caudal variable, presión constante

El sistema de centro cerrado suministra aceite a la demanda capaz de suplir operaciones simultáneas y con una sola bomba. La implementación de estos circuitos se hace con bombas de caudal variable (cilindrada variable) pero manteniendo la presión. Cuando el circuito no requiere caudal la bomba está en cierto reposo y el aceite no retorna continuamente al depósito mientras que mantiene la presión del aceite en un margen estrecho de variación.

La cilindrada de la bomba varía en función de la carga del sistema proporcionando el caudal a la demanda y siempre manteniendo la presión dentro de límites estrechos. En el caso de necesitarse alimentar varios actuadores en paralelo con demandas diferentes entonces se controla el caudal bien por tubos de diferente diámetro o bien por válvulas dosificadoras calibradas. En la práctica esto significa que el accionamiento de un actuador no interfiere en el trabajo de los demás cuando se accionen de forma simultánea.

EL USUARIO

Para el usuario tractorista lo que le importa es tener respuesta a su demanda hidráulica. Es común encontrarse con tractores que cuando llegan a final de besana y con diversos implementos hidráulicos (por ejemplo una barredora frontal de sarmientos y una trituradora en el elevador trasero) al ir a girar para coger otra calle se note que no existe suficiente caudal. En estos casos el fabricante prioriza algunos (la demanda de dirección es prioritaria) frente a otros.

Seccionado bomba de engranajes

Por regla general se puede afirmar que es mejor un centro cerrado pues con los caudales y presiones que se manejan actualmente una única bomba de centro abierto haría que se perdiese mucha potencia en determinadas acciones. Quizá con el siguiente ejemplo se entienda mejor lo que intento explicar:

¿Potencia demandada?: Imagínese un tractor moderno de 100 CV, lo habitual es que incorporen bombas de unos 100 L/min a 170 bar, eso es mucha potencia, son casi 40 CV Puede llegar el caso de accionar un distribuidor y notar tal caída de revoluciones que casi se cale el motor. En el caso de un centro abierto aunque no se demande todo el caudal se sigue absorbiendo la misma potencia pues como la bomba no varía su caudal la presión queda determinada por la presión de tarado de la válvula de alivio.
El apero 
Un apero conectado a un tractor de centro abierto deberá poseer electrodistribuidores de centro abierto. Si el distribuidor está en posición neutra, cuando le llega aceite por el latiguillo conectado al tractor regresa por el otro latiguillo pero siempre con presión muy baja.
El problema de colocar un apero con distribuidores de centro cerrado en un tractor de centro abierto es que cuando esté en posición neutra el líquido que intenta llegar desde el tractor tendría el paso cortado y todo el caudal de la bomba se va por la válvula de seguridad con el consiguiente aumento de temperatura del aceite y disipación de energía.
En cuanto al apero con servicios hidráulicos deben tener distribuidores, mecánicos o eléctricos, deben ser también de centro cerrado puesto que en realidad cuando se conectan con el tractor por medio de los latiguillos pasan a formar parte del circuito del tractor.
El circuito con distribuidores de centro abierto, cuando el líquido no se utiliza para ningún servicio tiene paso libre de retorno hacia el depósito. El caudal impulsado por la bomba (la bomba siempre impulsa), tiene una presión muy baja ya que le cuesta poco esfuerzo regresar al depósito. Al accionar el distribuidor para enviar el aceite a un servicio, la presión sube para vencer el esfuerzo en ese servicio

RESUMIENDO Y ACLARANDO
Por lo tanto el distribuidor de centro abierto cuando está en posición neutra, el aceite tiene paso libre en su interior pudiendo ir a otro distribuidor situado a continuación o a retorno al depósito.

Circuito de centro cerrado
Mientras un distribuidor de centro cerrado será el que, estando en posición neutra (no envía aceite por ninguna de las tuberías con las que se conecta a un servicio), el aceite tiene el paso cortado en el interior del distribuidor.

Un circuito con distribuidores de centro cerrado, y si estos están en posición neutra, como el aceite tiene el paso cortado, su presión es máxima. Para evitar que el caudal impulsado por la bomba esté regresando al depósito a través de la válvula de seguridad (hecho que disiparía una gran cantidad de energía por calentamiento del aceite y al final su pérdida de propiedades) tienen un dispositivo en la bomba que  automáticamente hace que deje de enviar caudal cuando la presión es máxima por tener el aceite el paso cortado en los distribuidores.


Un tractor con centro cerrado, cuando el aceite no se utiliza para ningún servicio, la bomba no envía caudal y las tuberías tienen presión máxima.




Un tractor con centro cerrado, cuando el aceite no se utiliza para ningún servicio, la bomba no envía caudal y las tuberías tienen presión máxima.

Algo más: Es cierto que en el sistema de centro abierto (CA) la presión y el caudal están

originados en una bomba de engranajes (caudal de aceite continuo pues siempre está funcionando a través de la transmisión desde el motor) y en principio el CA está siempre funcionando para proporcionar el máximo caudal, independientemente de las necesidades del tractor o del apero pero algunos fabricantes incorporan sistemas para regular la presión así se baja la potencia demandada al motor. Es decir si no hay demanda la presión no es muy elevada.

John Deere 6RC con CC de 80 L/min y hasta 200 bar

En el caso del centro cerrado (CA) la bomba es de pistones o émbolos. Si no se consume entonces el caudal que envía la bomba es mínimo por lo que la potencia restada al motor es menor.

El sistema se mejora con la denominada válvula con detección de carga. En este caso una válvula situada en la bomba la pone en marcha cuando se requiere caudal.

Lo habitual de los fabricantes “buenos” es dar prioridad a los servicios básicos. Para ello unas válvulas priorizan incluso a bajo régimen del motor que se mantenga la potencia hidráulica en la dirección y sistema de frenado.

Las ventajas claras del CA frente al CC es que se reduce la carga en el motor y se mejora por tanto la eficiencia del combustible, pero hay otras ventajas nada desdeñables como que se mejora la refrigeración del aceite al no estar constantemente enviándolo al circuito y también se reducen los ruidos del sistema hidráulico y alarga la vida de manguitos y retenes al no estar sometidos a constante presión.

Comparando el CA con el CC con varias hipótesis de trabajo



No hay consumo hidráulico: cuando no hay consumo hidráulico el CA está mandando el máximo de litros aunque con muy poca presión. El CC manda muy poco caudal con poca presión
Demanda hidráulica media: El CA manda todo el caudal a una presión media. El CC manda el caudal necesario
Demanda máxima: Ambos sistemas funcionan igual, con máximo caudal y máxima presión

ENTONCES ¿CENTRO ABIERTO O CENTRO CERRADO?

Ventajas centro cerrado frente a centro abierto

• Según lo anterior la gran ventaja del centro cerrado frente al abierto es que en el cerrado, al mantener la presión constante, resulta más flexible en las aplicaciones. Es decir con el centro cerrado solo se emplea el caudal que se necesita a la presión que se necesita: ahorro de potencia
• El tractor con centro cerrado ofrece una respuesta al accionamiento de los mandos mucho más firme y rápida (presión constante, independiente de la carga)



Servicios externos Valtra T162

• Por regla general y a igualdad de calidad de componentes el centro cerrado es más duradero que el centro abierto

Inconvenientes centro cerrado frente a centro abierto

• El inconveniente del centro cerrado viene dado de su misma virtud y es que la bomba, una vez hecha la solicitud de demanda, debe operar a la presión de diseño del sistema, aunque incluso el requerimiento demandado fuese de baja presión (además las presiones del centro cerrado suelen ser superiores a las de centro abierto ya que rondan los 150 a 170 kg/cm²)
• El punto anterior es su auténtico talón de Aquiles. El estrangulamiento que provocará la apertura parcial de la válvula para reducir la presión al nivel exigido provocará un aumento de la temperatura del aceite, eso significa envejecimiento del mismo, desgaste del sistema mecánico y pérdida de energía
• El sistema de centro cerrado y a igualdad de caudales es más caro
• Las averías en el sistema de centro cerrado suelen ser más costosas, amén de que cuando se sufre una avería el tractor se queda con todo los servicios hidráulicos “tocados”

Load Sensing y bombas en tándem: Pero no todo es “blanco o negro” hay infinitos tonos de “gris”, eso significa que los diseñadores de “centro cerrado” también dispondrán de armas para combatir los inconvenientes enumerados de su sistema. Desde hace años los sistemas de presión constante y caudal variable (centro cerrado) para evitar que calienten tanto el aceite idearon el concepto de load sensing o caudal a la demanda. Se trata de un sistema tal que es sensible a la carga a la que está sometido el circuito y se permite variar el caudal para adaptarlo automáticamente a las necesidades impuestas por los aperos. Con el caudal a la demanda el sistema mantiene una presión latente mucho mas baja y la incrementa solo cuando se necesite, por lo que la potencia absorbida depende de la demanda de caudal y presión. En cada instante la bomba suministra sólo la cantidad de aceite necesaria para obtener una respuesta inmediata de los mandos y una adecuada reacción de elevación (incluso con el motor en ralentí) ¿El resultado? Menor gasto de energía, un menor calentamiento del aceite en el circuito y una mayor duración de los componentes hidráulicos.

Bomba engranajes

En cuanto al sistema de centro abierto, su principal ventaja radica en su simplicidad, y su gran inconveniente que está siempre funcionando y tiene más dificultades para operar más de un sistema a la vez, pero también este inconveniente lo suple incorporando distintas bombas independientes: dirección, servicios internos, elevador…

Y LOS FABRICANTES ¿QUÉ HACEN?

No se puede afirmar que unos fabricantes se decanten por un sistema y otros por otro. Más bien los fabricantes ofrecen ambos sistemas en función de la especificación del tractor y de la especificación “hidráulica” de la unidad concreta. En realidad el centro cerrado no es ninguna novedad y hay fabricantes que lo montan desde hace 50 años.

En general se puede afirmar que cuando un tractor necesita ofrecer un circuito hidráulico “complicado” con numerosos actuadores (dirección, elevador trasero y frontal, pilotaje….) recurre al centro cerrado ya que simplifica el diseño de válvulas. Mientras que el centro abierto es muy popular en tractores de menor especificación hidráulica, siendo además muy fiables y recomendables si el fabricante ha sabido superar las limitaciones del sistema.

También es común encontrar modelos de tractores que combinan los circuitos cerrados con abiertos y es una opción muy interesante.

Bomba hidráulica de pistones axiales

En realidad debe saber el lector que la “tecnología hidráulica” es ingeniería de proveedor especializado y lo normal es encontrar a diferentes fabricantes de tractores con sistemas hidráulicos casi idénticos debido a que comparten componentes del mismo proveedor.

En el mercado cuando se elige un tractor el potencial comprador verá que prácticamente todos los fabricantes ofrecen los dos sistemas y sus variantes: centro abierto, centro cerrado, caudal a la demanda, sensor de carga, mixto con bombas hidráulicas independientes (por ejemplo para manejo de pala)…

Mi recomendación: es que el comprador analice para que compra su tractor e intente calcular el caudal hidráulico que realmente necesita y entonces se deje asesorar por un técnico serio de la marca elegida: tipo de sistema, caudales, bombas adicionales…

OTRO TEMA

Esta entrada se hizo en el blog en abril del 2013. Desde entonces ha tenido tanto éxito que se han ido sucediendo las visitas y también los comentarios. Como yo no soy ningún experto he recurrido, y me he aprovechado, de dos ingenieros que son estudiosos y técnicos de la oleohidráulica. Ellos dos, Jacinto Gil (Universidad Politécnica de Madrid) y Juan Manuel Martín (Maquinaria hidráulica) han sido los que han ido resolviendo las dudas de los lectores.

Además hace unos días Juan Manuel hacía una observación que yo había dejado fuera de la entrada y que creo que merece ser ahora enumerada para ampliar el post.

Juan Manuel se refería a los orbitroles (distribuidores del sistema de dirección)

Orbitrol

El orbitrol: El orbitrol es en realidad una válvula distribuidora de flujo hidráulico. La bomba hidráulica de la dirección (que podrá ser una bomba de engranaje o de pistones, ser independiente, es decir sólo para la dirección, o bien compartida para varios servicios) manda el caudal de aceite al orbitrol que es el que se encarga, según le llegue la orden del conductor a través de la columna de dirección, de distribuir el aceite hacia los cilindros hidráulicos, a través de las tuberías y mangueras, y que son los que se encargan de mover las bielas de la dirección.

Como todo tractorista sabe si el motor se para el orbitrol no es de gran utilidad pero al menos hay una pequeña bomba que movida por el volante permite enviar aceite al sistema de dirección para tener cierto control del vehículo mientras se inmobiliza.

Los orbitroles de dirección pueden ser del tipo ON y del tipo OR, siendo ambos para tractores de circuito abierto.

• Los del tipo ON (sin reacción de rueda) son los que permiten mantener la trayectoria del vehículo sin necesidad de tener las manos ocupadas en el volante
• Los del tipo OR (con reacción de rueda) permiten que, al soltar el volante, las ruedas se enderecen cuando estamos trazando una curva. El efecto es el mismo que el que se produce en nuestro coche.

Dependiendo de las horas de transporte que se haga con el tractor, es más interesante uno u otro de los sistemas. Hay algunas marcas de tractores que llevan instalado el OR como estándar, aunque el ON es el más habitual en la mayoría de las marcas.

Sistema completo: bomba, orbitrol, mangueras

Sistema "casero" para adaptar un sistema de dirección hidrostática sobre un tractor con dirección mecánica

 By: Catalán Mogorrón, H.

CATALIZADOR Y FILTRO DE PARTÍCULAS: SOBRECOSTE NECESARIO

Presente y pasado: T7070 & Fiat 640 (web New Holland)

Reducciones espectaculares

Sólo 20 años (de 1990 a 2010) pero una diferencial abismal en el nivel de emisiones. Hoy, un vehículo Euro4 emite un 98 % menos de partículas de hollín, un 80% menos en monóxido de carbono (CO) y otro 85% menos en óxidos de nitrógeno (NOx) y similar la proporción de bajada en hidrocarburos libres (HC)

Pero no se ha acabado. La Euro 5 implica utilizar catalizadores más eficientes y diseños de motores aun más optimizados.

Los tractores, igual que coches y camiones, están obligados a cumplir, casi (pues en el caso de tractores no se llegará a la Euro 6), las mismas normas anticontaminación aunque con plazos diferentes.

Catalizador

Pero “nada es gratis” y hablando con algunos fabricantes han estimado que un tractor cumpliendo la Euro 4 frente a un Euro 2 se ha podido encarecer “el mismo producto” unos 4000-5000 €

Sí con las normativas Euro 3 y Euro 4 algunos fabricantes optaron por sistemas EGR otros optaron por el SCR. Para la Euro 5 todos coinciden que los sistemas serán mixtos mezclando tecnologías EGR con la SCR. En la actualidad los fabricantes, en general, han optado por EGR para potencias pequeñas y medias (hasta 115 CV) y por SCR para potencias medias y grandes (a partir de 120 CV)

Comparativa contaminante Tier I vs Tier IV

EGR, SCR Y EGR+SCR
Me baso en entradas anteriores para recordar ambos sistemas:

Resumen del EGR: Los gases quemados, en gran medida, se vuelven a meter en el motor. La proporción de gases quemados se recirculan y tras pasarlos por unos filtros se enfrían con agua en un radiador o intercooler, dos es variable en función de la contaminación instantánea

Resumen del SCR: Se adiciona urea, unos 2 litros de urea a 0,7 €/litro cada 100 de gasoil,

Intentar no adicionar urea y adicionar, por ejemplo, urea rebajada con agua, es contraproducente pues la oxidación del sistema significa averías muy costosas. Otros optan por reprogramar la centralita para disminuir las inyecciones de urea pero ojo si se estropea el catalizador nos van a temblar todos los dientes. Así que consejo: seguir las recomendaciones de los fabricantes y dejar los “inventos” para otra ocasión.

GASES PRODUCIDOS

Cuando en el interior de los cilindros de un motor se quema la mezcla aire combustible se generan unos gases que en algunos casos son inocuos y otros nocivos. Son inocuos el Nitrógeno (N2) que forma parte, en un 80% de proporción, del aire atmosférico; O el vapor de agua (H₂O); O el anhídrido carbónico (CO₂) que si bien es inocuo y necesario en la atmósfera para mantener el equilibrio de gases no significa que algunos países, los alemanes son especialmente beligerantes contra este gas, le declaren la “guerra” por considerar que el CO₂ es tan contaminante como el que más por su efecto invernadero.

Los gases nocivos dependen de la composición de la mezcla (ver factor lambda); Si el motor funciona con mezcla rica (mucho combustible en relación con la cantidad de aire) aparecen hidrocarburos sin quemar (HC). Si es con mezcla pobre (poco combustible) se generan óxidos de nitrógeno (NOx)

Los nuevos motores, regulados electrónicamente, funcionan en cada momento intentando reducir los gases nocivos al mínimo, vigilando, de forma continua, la relación aire/combustible (relación estequiométrica)

Factor lambda (λ)

Designa la proporción aire / combustible (en peso) en forma de mezcla que entra al cilindro de un motor de ciclo Otto, comparada con la proporción estequiométrica de la mezcla ideal que es considerada a la proporción 14,7/1. Justo a la relación estequiométrica 14,7/1 se le da factor lambda = 1.

Ejemplo de cálculo del factor lamba: Imagine el lector que se tiene un motor que usa una mezcla aire combustible de 15/1; Su factor lambda sería 15/14,7 = 1,02 > 1 es decir se trata de un motor que funciona con mezcla pobre (entra más aire del necesario)

Un motor que funcione con mezcla pobre reduce el consumo y por consiguiente los contaminantes de HC y CO; A cambio, ¡no hay nada gratis!, perderá par y potencia.

El factor lambda se mide mediante un sensor que se denomina sonda lambda que mide la concentración de oxígeno residual. La medición se manda a la Unidad de Control de inyección que varía de forma continua la cantidad de combustible inyectado.

CATALIZADOR

Una óptima inyección con un factor lambda óptimo no es suficiente. Hay que seguir atacando a los gases contaminantes que ya se han producido en la combustión. Por eso la siguiente etapa es disponer de un catalizador.

¿Cómo funciona? El catalizador reduce la contaminación de los gases de escape mediante catálisis. Se coloca en el tubo de escape, cerca del motor, ya que ahí los gases mantienen una temperatura elevada que es una circunstancia indispensable para que el catalizador funcione correctamente (se necesita una ventana de temperatura entre los 400 y los 700 ºC)

Exteriormente el catalizador es un recipiente de acero inoxidable, frecuentemente provisto de una carcasa-pantalla metálica antitérmica, deseable también de inoxidable porque si no en 3 meses el tractor nuevo presentará una visión lamentable (¡el detalle importa!)

Interiormente el catalizador posee un soporte cerámico con una estructura en forma de panal de múltiples celdillas (la densidad de celdillas alcanza las 100 por cm²); La superficie se impregna con una resina o sustancia con polvo de elementos nobles metálicos (Platino y Paladio para oxidar y Rodio para reducir). Los metales preciosos actúan como elementos catalizadores (un catalizador acelera las reacciones químicas entre otras sustancias aunque ellos no participan en las reacciones)

Celdillas catalizador (de Wikipedia)

Aunque no siempre lo hace, el catalizador siempre debe funcionar en combinación con la sonda lambda y la Unidad de Control del motor y así regular la entrada del combustible (de nuevo el detalle importa). Si hay exceso de combustible se generan CO, pero que queda atrapado en el catalizador, la sonda detecta el exceso y empobrece la mezcla, entonces se genera NOx que reacciona con el CO anterior para producir CO₂, H₂O, N₂ y O₂.

Doble y triple vía: Se tratan de diferentes tecnologías en la construcción del catalizador. En uno de doble vía, es el más usado en motores diesel, ocurren dos reacciones simultáneas: se oxida el CO pasando a CO₂; Y se oxidan los hidrocarburos (HC) que no se han quemado produciendo dióxido de carbono y agua (CO₂ + H₂O) Los NOx son incompatibles con el metal noble así que queda la opción de la recirculación (EGR)

Catalizador y sondas

En un catalizador de triple vía, el más usado en los motores de gasolina por tener una proporción de NOx menor que en los diesel, ocurren 3 reacciones simultáneas, además de las 2 oxidaciones anteriores, ahora se produce una reducción de los NOx para formar oxígeno (O₂) y nitrógeno molecular (N₂)

Pero un catalizador es caro. Su construcción con inoxidable y cerámica, la introducción de metales nobles, presagian un alto coste. Su avería o rotura nos dará un gran dolor de cabeza, pero hoy se puede garantizar que un catalizador de un vehículo de primera línea alcance los 150.000 km (eso son unas 6000 h en tractores)

FILTRO DE PARTÍCULAS 

La fama de “sucios” de los motores diésel viene dada por los humos negros de escape que a su vez se deben a la incompleta combustión del gasóleo que deja en el aire partículas de hollín que si bien con técnicas como la inyección directa, inyectores multiorificio, common rail, se han reducido mucho, todavía son necesarios con la normativa Euro 4 y posteriores los llamados filtros de partículas diésel (FPD)

El FPD (o FAP o DPF según sus siglas francesas o inglesas) se coloca entre el catalizador y el silencioso final; Su función es quemar las partículas de hollín causantes del humo negro de los motores diésel.

EL FUTURO

Las futuras reducciones sólo podrán venir por mejoras de combustible (las recientes normativas de gasóleo sin azufre y gasolina sin plomo sólo es el inicio); Se deberá estudiar cambios de combustible (biocombustibles, gas natural, hidrógeno, etc.) o bien optar por motorizaciones híbridas y motores más pequeños. Es decir habrá que quemar aún mejor a la vez que quemar menos con motores diésel de una nueva generación con turbos más eficientes, filtros de partículas y catalizadores SCR además de EGR

Ampliando:

Manual de la técnica del automóvil BOSCH ISBN 3-934584-82-9

EGR&SCR según potencias

• www.masquemaquina.com/2012/06/la-agricultura-verde-nivel-de-emisiones.html
• www.masquemaquina.com/2012/11/objetivo-ahorro-de-combustible-parte-ii.html