MAQUINARIA AGRICOLA II TEMA # 03 .-FUERZA MOTRIZ 1.- CONCEPTO 2.- TIPOS : A.- FUERZA REQUERIDA REQUERIDA TOTAL TOTAL –
RESISTENCIA A LA RODADURA :
–
RESISTENCIA A ALA PENDIENTE
B.-DISPONIBLE C.-UTILIZABLE
1.-CONCEPTO DE FUERZA MOTRIZ • Es la fuerza para producir un TRABAJO (fuerza aplicada a un cuerpo para ser desplazado ), producto del proceso de la combustión interna en el motor DE UN TRACTOR AGRICOLA
2.- TIPOS • A.FUERZA MOTRIZ REQUERIDA TOTAL. Es la fuerza necesaria para mover una maquina en una superficie, tal como a través de un corte o por un camino de acarreo,
Factores que determinan la fuerza motriz requerida TOTAL son: - La resistencia a la rodadura - La resistencia en la pendiente.
RESISTENCIA A LA RODADURA • CONCEPTO.-Es la fuerza que opone el suelo al giro de la RUEDAS de un vehículo para que el vehículo pueda moverse • CAUSAS.-Existe una combinación de factores para producir la resistencia a la rodadura. La mas importantes son: a.-La fricción interna b.-La flexión y penetración de los neumáticos c.-El peso sobre las ruedas del tractor .
a.-La fricción interna • Es la que se produce en el tren de fuerza desde el volante del motor hasta los neumáticos . la causan los componentes mecánicos, tales como los cojinetes, que producen cierta resistencia al movimiento.
b..-La flexión y penetración de los neumáticos • La flexión de los neumáticos aumenta la resistencia al movimiento debido a que los flancos y la banda de rodadura se deforman al girar los neumáticos. La magnitud de dicha de formación depende del diseño. Inflación y presión de los neumáticos, así como de la superficie en la cual ruedan.
c.-El peso sobre las ruedas del tractor . • Es la SUMA del peso del vehículo vació y el de la carga que conduce. • Peso Bruto del Vehículo = peso de la máquina vacía + peso de carga.
Los efectos de la fricción interna y de la flexión • En los neumáticos pueden considerarse una constante. • La regla empírica aceptada en la industria es que equivale al 2 % del Peso Bruto del Vehículo ( PBV). • El 2% por tonelada de peso es 0.020 x 1000 kg t = 20kg/t. • Esto significa que se requiere 20 kg de tiro o empuje por cada tonelada de peso para mover una máquina de neumáticos en una superficie dura,
• Ejemplo. Un tractor traílla de ruedas viaja en un camino de hormigón a nivel. ¿ Qué porcentaje del peso bruto del vehículo es la resistencia a la rodadura. y a razón de cuántos kg por tonelada ?
REPUESTA • Camino a nivel no existe pendiente ,es de hormigon no existe penetración de los neumáticos, la resistencia a la rodadura es igual al 2% del Peso Bruto del Vehículo , ó 20 kg/t. • Estos son valores constantes que actúan
en toda maquina de neumáticos.
• La penetración de los neumáticos, aumenta la resistencia a la rodadura en proporción directa a la Profundidad de penetración LA EXPERENCIA A DEMOSTRADO QUE POR CADA cm. DE PENETRACION DE LOS NEUMATICOS UNA MAQUINA DEBE VENCER 6 Kg./t. DE RESISTENCIA ADICIONAL A LA RODADURA.
• ¿ qué efectos produce la resistencia a la rodadura en los vehículos de carriles? Desde un punto de vista práctico, no causa ningún efecto.
• Ejemplo: Un tractor-Traílla de ruedas autocargador utilizado en la construcción de una carretera viaja por un camino de acarreo de tierra en la que la penetración de los neumáticos es de 5cm. ¿Cuál es la resistencia a la rodadura del vehículo?
REPUESTA • Por cada cm. de penetración de los neumáticos debe vencer 6 Kg./t. De modo que por 5 cm. de penetración, la resistencia es de 30 Kg./t (5 x 6 Kg./t = 30 Kg./t). • Considerar también el factor de resistencia constante por efecto de la fricción interna y flexión de 20Kg/t. sea el 2%. • Por consiguiente para obtener la resistencia total a la rodadura de sumarse los dos valores.
• Puesto que las condiciones del terreno varían de acuerdo al numero posible de factores de la resistencia a la rodadura es casi limitado, sin embargo por finalidades practicas se han establecido factores generales como normas de la Industria. La Figura 1 muestra un cuadro típico de Factores de Resistencia a la Rodadura (FRR), Los valores abarcan de 20 a 200 Kg/t. Advierta usted que en un camino blando y fangoso, o en arena la resistencia a la rodadura puede alcanzar 200 Kg. Por cada tonelada del peso bruto del vehículo.
• TABLA GRAFICA 1 – NORMAS ACEPTADAS POR LA INDUSTRIA SOBRE FACTORES DE RESISTENCIA A LA RODADURA . Kg/t.
Lb/Tonl.
1.-Un camino estabilizado, pavimentado, duro
y liso que no ceda bajo el peso y que se riega y repara. 20 (40) 2.- Un camión firme, liso y ondulado, hecho de tierra con recubrimiento ligero que ceda un poco bajo la carga, reparado con bastante regularidad 35 (65) 3.- Nieve Compacta 25 (50) 4.-Nieve Suelta 45 (90)
5.- Un camino de tierra, con baches y surcos que cede bajo la carga, se repara muy poco o nada y no se riega, los neumáticos penetran 25 mm.. 50 (100) 6.-Camino de tierra con baches y surcos, blando sin estabilizar y que no se repara la penetración de los neumáticos es de 100 a 150 mm. (4” 6”) 75 (150) 7.-Arena o grava suelta 100 (200) 8.-Camino blando y fangoso con surcos no se repara 00 a 200 (200 a 400)
• Determinado el factor de la resistencia a la rodadura (FRR) de las tablas ,puede hallarse la • RESISTENCIA A LA RODADURA (RR) multiplicando el factor de resistencia a la rodadura por el Peso Bruto del vehículo. • Ejemplo: SUPONIENDO QUE • BV = 110 y FRR = 65 Kg/t. • ENTONCES • RR = 65 Kg/t x 110 t • O SEA RR = 7150Kg. •
RESISTENCIA EN LA PENDIENTE • CONCEPTO.-es la fuerza de gravedad que debe vencer un vehículo cuando asciende una pendiente. La magnitud de dicha fuerza depende del peso total del vehículo, YA SEA DE CARRILES DE RUEDA. • MEDICION Y TIPOS.- .-. Se miden por el porcentaje de inclinación, de la relación entre la vertical y la distancia horizontal en el cual se produce la elevación o descenso.
• Pendiente es ascendente (adversa) se requiere mayor potencia, además de la resistencia a la rodadura. En este caso
la pendiente es una fuerza desfavorable.
• Pendiente es cuenta abajo o favorable el efecto es ventajoso, y se denomina
ayuda en la pendiente. • Por cada 1% de pendiente, hay una fuerza de ayuda equivalente a 10 KG/t del Peso Bruto del vehículo. Esta relación puede expresarse mediante una formula:
FORMULA CALCULO DE LA RESISTENCIA EN LA PENDIENTE • LA RESITENCIA EN LA PENDIENTE ( O AYUDA EN LA PENDIENTE) ES IGUAL AL PESO BRUTO DEL VEHICULO MULTIPLICADO POR LA INCLINACION DE LA PENDIENTE, EXPRESADA EN PORCENTAJE POR TONELADA METRICA,
EJEMPLO • Un tractor traílla de ruedas . con PBV de 100 t. Esta escalando una pendiente del 5%.
REPUESTA • Resistencia en la Pendiente = 100t. X 5 x 10 Kg./t
= 5000 Kg.
1% =10 Kg./t • Ya sea que el terreno es cuesta arriba, cuesta abajo o a nivel, siempre debe considerarse la resistencia a la rodadura cuando se trabaja con máquinas de neumáticos, pero no con las de carriles .
CASOS QUE SE PRESENTAN • CASO #01.-Cuando un vehículo asciende una pendiente, debe vencer la resistencia a la rodadura y la resistencia en la pendiente ; RESISTENCIA TOTAL = RESISTENCIA A LA RODADURA + RESISTENCIA EN LA PENDIENTE. • , CASO # 02.-Cuando avanza en un terreno a nivel, un vehículo de neumático a solo tiene que vencer la resistencia a la rodadura RESISTENCIA TOTAL = RESISTENCIA A LA RODADURA
• CASO #03.-Cuando un vehículo realiza un
recorrido cuesta abajo debe vencer la resistencia a la rodadura, menos la ayuda en la pendiente : RESISTENCIA TOTAL = RESISTENCIA A LA RODADURA – AYUDA EN LA PENDIENTE. (pendiente -) En un recorrido cuesta abajo es más importante tomar en cuenta consideraciones tales como los frenos y los neumáticos que los requisitos de potencia.
PENDIENTE COMPENSADA • Se tiene que la resistencia a la rodadura y resistencia en la pendiente son los factores que determinan la potencia ( trabajo (fuerza x long) / tiempo) requeridas en la maquina . • Ademas se tiene que la fuerza Motriz requerida es igual a la resistencia total (resistencia a la rodadura + resistencia en la pendiente ).
• La resistencia total también se puede expresarse como porcentaje. Es la pendiente compensada asea la RESISTENCIA A LA RODADURA (%) + LA RESISTENCIA EN LA PENDIENTE (%).
PENDIENTE COMPENSADA EN PORCENTAJE • Se tiene en cuenta el factor de resistencia a la rodadura en un porcentaje, y tabla grafica #01 , la la relación de 10 Kg/t. = 1% y sumándolo al porcentaje de la pendiente existente. • CONCLUIMOS :
Que la fuerza motriz requerida (Kg.) . la pendiente compensada (%) y la resistencia total (Kg.)es que las tres significan lo mismo.y se diferencia en sus unidades
POR QUE ES IMPORTANTE LA PENDIENTE COMPENSADA • En el uso de las graficas para determinar la fuerza de tracción en las ruedas propulsoras, el rendimiento de los frenos de la maquinaria, graficas del tiempo de viaje en los referente al producción-rendimiento de las maquinaria ,determinado por los fabricantes de la maquinaria .
EJEMPLO-PROCEDIMIENTO • Un tractor - traílla de ruedas autocargador se halla en un camino de acarreo firme y liso, con un factor de resistencia a la rodadura de 30 Kg/t y una pendiente cuesta arriba del 3% ¿Cuál es la pendiente compensada?. • REPUESTA 1.-Convertir (FRR) factor de resist. Rodad. de Kg/t a %. como 10 Kg/t. = 1%, entonces 30 Kg/t será igual a 3%. 2.-Se tiene pendiente cuesta arriba de 3 % resistencia a la pendiente es de 3% 3.-PENDIENTE COMPENSADA o RESISTENCIA TOTAL =SUMA 3%+3% = 6%
B. FUERZA MOTRIZ DISPONIBLE Es la fuerza necesaria para ejecutar el trabajo, que requiere una maquina en una superficie, a través de un corte o por un camino de acarreo, Factores que determinan la fuerza motriz disponible son: a- La potencia b - La velocidad.
a- LA POTENCIA • Potencia es la tasa de ejecución de trabajo en relación con el tiempo y constituye un valor constante en una maquina determinada.
• La relación entre velocidad, potencia y tracción en Kg. En la formula .: POTENCIA = TRABAJO EN Kg. x VELOCIDAD Se tiene . Trabajo es la
fuerza x el deslizar -Puesto que la potencia será constante, la tracción disponible en Kg. cambiara al variar la velocidad.
CASOS • 1.-En velocidad alta hay menos tracción ( un tractor - traílla de ruedas vació que va a toda velocidad en un camino de acarreo duro, liso y a nivel), • 2.-Si emplea fuerza de tiro que es tracción es menor su velocidad (Un tractor de carriles en una operación de desgarramiento). • 3.-Es muy posible que ambas maquinas tengan la misma potencia. El fuerza de tiro en Kg. aumenta a medida que disminuye la velocidad y viceversa.
TENER PRESENTE PARA MAQUINA DE RUEDA Y ORRUGA • 1.-Las transmisiones de las maquinas de movimientos de tierra suministran combinaciones de velocidad y tracción de acuerdo con los requisitos de diversos trabajos. • 2.-Estas combinaciones incluyen trabajar desde baja velocidad y gran tracción hasta alta velocidad y baja tracción. • 3.-Se muestran en las hojas de especificaciones de los fabricantes y en el libro de rendimientos de los productos Cartepillar o otras marcas.
PARA MAQUINA DE CARRILES O ORRUGA • 1.-A un tractor de carriles con servotransmisión ( que los factores de carriles con servo-transmisión son maquinas con convertidor de par) que su mecanismos son automatizados • 2.-La elección de una marcha de operación suministra cierta combinación de velocidad y de tracción. • a.-En la primera marcha se obtienes baja velocidad y alta tracción, mientras. • b.- En la tercera marcha proporciona mayor velocidad y menos tracción.
PARA MAQUINAS DE RUEDAS • 1.-En una maquina de rueda, el tiro se mide en la fuerza de tracción de las ruedas propulsora. Aquella que existe entre los neumáticos y el suelo a fin de mover el vehículo hacia delante. • 2.- Las maquinas provistas de convertidor de par motor tienen una escala mas amplia de tiro ( o sea de tracción en las ruedas propulsoras) en relación con diversas velocidades. • 3.- Existencia de graficas de fuerza de tracción en las ruedas propulsoras en función a la velocidad para maquinas con convertidor de par.
USOS DE TABLAS Y GRAFICOS • 1.- Lan figura 3 es una grafica típica de tracción en la barra de tiro en la relación con la velocidad. • 2.- La figura 4 muestra una grafica de fuerza de tracción en las ruedas propulsoras en función a la velocidad correspondiente a tractores. de ruedas.
QUE PROPORCIONA LAS GRAFICAS • 1.- Nos entregan las velocidad estimada en que una maquina puede viajar, así como la tracción que es capaz de ejercer bajo ciertas condiciones de trabajo.
• 2.-Se toma en cuenta factores tales como el par del motor y la eficiencia del tren de fuerza, lo cual permite determinar : • a.- la fuerza motriz disponible de una maquina para hacer trabajo. • b.- La fuerza de tracción en las ruedas propulsoras se indica en kgs y (lbs) en las escalas verticales. • c.- La velocidad .km/hr MPH . se muestra en las escalas horizontales de abajo, • d.- El Peso Bruto del vehículo en la parte superior de la grafica. Las líneas diagonales indican en la resistencia total o pendiente compensada.
EJEMPLO-PROCEDIMIENTO • Ejemplo: ¿Cuál es la potencia disponible y la velocidad máxima de un tractor-traílla las ruedas con Peso Bruto de 50000 Kg. 22700 Kg de carga y una resistencia total (o pendiente compensada) del 8%?..-
PROCEDIMIENTO • 1.-Ubique primero el peso de 50000 Kg. en la escala superior de pesos brutos de grafica #04 2.Advierta que la escala es en millares y luego descienda hasta el punto en que 50000 Kg. cruza en el punto “A”,la línea de resistencia total del 8%
• 3.-A continuación pase horizontalmente hasta la curva del cambio o marcha mas alta., Punto “B” • 4.-Luego efectué desde este punto las dos operaciones siguientes : • (1) Para hallar la fuerza motriz disponible en las ruedas de propulsión pase horizontalmente hasta el punto C. • (2) Para determinar la velocidad, descienda al punto “D”, en la escala de velocidades de abajo.
• 5.- E n este ejemplo la maquina tiene una potencia disponible de 4000 Kg. de tiro y una velocidad potencial de 16 KM./h en 5ª. velocidad de las tres curvas correspondientes a cambios que cruza la línea “CB” (1ª, 2ª, 5ª) la 5ª alcanza velocidades mas altas.
C. FUERZA MOTRIZ UTILIZABLE • ¿Cuáles son los limites impuestos por las condiciones actuales del trabajo? • Fuerza motriz utilizable , depende del agarre de las ruedas o carriles en el suelo y de la altitud, varia de acuerdo con el peso de las ruedas propulsoras o carriles y la clase de superficie en la cual se mueve
LIMITACIONES DE FUERZA MOTRIZ UTILIZABLE • Se halla limitada principalmente por el peso sobre las ruedas propulsoras o en el caso de los vehículos con carriles por el peso de toda la maquina. • UNA MAQUINA NO PUEDE EJERCER MAS TRACCION QUE LA EQUIVALENTE AL PESO SOBRE LAS RUEDAS O CARRILES PROPULSORES.
• Por ejemplo. Si el diseño de un tractortraílla de ruedas determina que el 55% del peso bruto del vehículo se halla sobre las ruedas propulsoras la fuerza de tracción máxima disponible en las ruedas propulsoras no puede excederse del 55% del peso bruto del vehículo.
• CASOS QUE SE PRESENTADA EN LA PRACTICA • Infortunadamente rara vez puede utilizarse en el trabajo toda la fuerza motriz disponible. • EL agarre o las condiciones del suelo determinan en que proporción puede transferirse de modo efectivo la tracción disponible a la superficie en la cual marcha la maquina. •
El efecto de ciertas condiciones especificas del suelo puede indicarse mediante el coeficiente de agarre que es la relación entre el numero de kilogramos de tracción que una maquina ejerce, antes de producirse el resbalamiento de las ruedas o carriles y el peso total en Kg. sobre los carriles o ruedas propulsoras.
• Por ejemplo si una maquina tiene 40000 Kg. en las ruedas propulsoras y las ruedas comienzan a resbalarse cuando se aplica una tracción de 20000 Kg. el coeficiente de tracción para el material de la superficie es de 20000 Kg. dividido por 40000 Kg. a sea 0.5, si es mayor la demanda de fuerza de tracción en las ruedas propulsoras (fuerza motriz requerida) la maquina no puede moverse pues las ruedas propulsoras se resbalarían
• La figura 5 muestran los coeficientes de tracción tanto de neumáticos como de carriles en varias clases de superficies. Tome nota de los diferentes tipos de materiales cuyos coeficientes de tracción se indican así como la diferencia entre los valores correspondientes con un material determinado tal como hormigón.
• Utilizando al coeficiente de tracción y al peso sobre las ruedas propulsoras, puede determinarse la fuerza motriz utilizable en Kg. mediante la siguiente formula: FJUERZA MOTRIZ UTILIZABLE = COEFICIENTE DE TRACCION x PESO SOBRE LAS RUEDAS PROPULSORAS.
• Ejemplo: ¿ Cuál es la fuerza motriz utilizable de un tractor de carriles que trabaja en marga arcillosa mojada? La máquina peso 20 000 kg • En este caso
• Fuerza Motriz Utilizable = Coeficiente de agarro De la marga arcillosa Mojada x Peso del Tractor • Fuerza Motriz Utilizable =0.70 x 20 000 kg • Fuerza Motriz Utilizable =14 000kg
LA ALTITUD • La altitud es uno de los factores que determinan la fuerza motriz utilizable. Con el aumento de altitud, el AIRE pierde su densidad. A más de 1000 m, la menor densidad del AIRE produce una reducción en el suministro de potencia en algunos motores. Mientras mayor sea la altitud, mayor es la
pérdida
PERDIDA DE POTENCIA POR LA ALTITUD • La perdida de potencia en el motor determinar una disminución proporcional de tracción en la barra de tiro o en las ruedas propulsoras. La fuerza REQUERIDA continúa igual a cualquier altitud, pero la tracción disponible disminuye a medida que aumenta la altitud. Los motores de aspiración natural, o sea los que no tienen turboalimentador ni soplador para forzar más aire en los cilindros, sufren más perdidas.
PERDIDA DE POTENCIA EN PORCENTAJE • Debe considerarse una pérdida de potencia a razón del 3% POR CADA 300 m ADICIONALES A PARTIR DE UNA ALTITUD DE 1000 m SI NO HAY DISPONIBLE INFORMACION MAS EXACTA. Por ejemplo, trabajando a 1600 m, el tipo disponible en kg debe reducirse en un 6%.
• Los motores turboalimentados mantienen generalmente su potencia indicada hasta altitudes mucho mayores que los de aspiración natural . por lo general, no es necesario considerar ninguna pérdida a menos de
2300 m.
CONCLUSION • Conociendo la fuerza motriz requerida, la disponible y la utilizable el contratista sabe si podrá hacer un trabajo determinado. Sobre esta base, puede comenzar a estimar la producción.
