La moda de clasificar los diversos modelos comerciales de un tipo de máquina según su eficiencia energética también ha llegado a los tractores agrícolas, aunque hasta ahora esa clasificación apenas se ha difundido. Igual que en las tiendas de electrodomésticos vemos etiquetas de clasificación energética que, mediante un código de letras (de la A a la G) y de colores (del verde oscuro al rojo oscuro) clasifica en siete categorías los frigoríficos, lavadoras, etc., también los tractores agrícolas están clasificados en diversas categorías según su eficiencia energética, aunque la correspondiente etiqueta no se muestre en los modelos.
Jacinto Gil Sierra. Doctor Ingeniero Agrónomo.
La clasificación de los tractores comenzó hace diez años, impulsada por el Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE) y el Ministerio de Agricultura. Esos organismos públicos contactaron con un grupo de expertos que desarrollaron la metodología necesaria para hacer la clasificación. Después el Ministerio, a través de la Estación de Mecánica Agrícola, ha sido el encargado de aplicarla.
Las sucesivas listas de clasificación de tractores solo han sido publicadas en las páginas de internet del IDAE y del Ministerio, y la mayor utilización práctica que han tenido ha sido en los sucesivos planes Renove de tractores, en los cuales el Ministerio daba una prima a los agricultores que, al comprar un tractor nuevo, achatarrasen uno antiguo; esa prima era mayor si el tractor comprado a cambio del achatarrado estaba encuadrado en las categorías de mejor eficiencia energética. En 2015 se ha hecho la última modificación del método de clasificación y el Ministerio acaba de publicar una nueva lista con los tractores clasificados y su categoría.
Ensayo de la OCDE
Figura 1. Puntos de funcionamiento del motor ensayados a través de la toma de fuerza y que sirven para calcular la eficiencia media del motor.
La clasificación se basa en datos objetivos de eficiencia del motor (figura 1) y de la transmisión, obtenidos mediante ensayos realizados y certificados por organismos oficiales. El ensayo más completo de tractores que está extendido en todo el mundo es el que sigue el código de la OCDE. Los países que pertenecen a esa organización tienen estaciones de ensayos que aplican el código a los modelos de tractor que les envían los fabricantes. El ensayo de un modelo de tractor realizado en la estación de cualquier país miembro es admitido como válido por la OCDE y sus datos se envían al resto de las estaciones.
En España es la Estación del Mecánica Agrícola el laboratorio homologado para hacer ensayos de tractores siguiendo el código de la OCDE, y en ella se reciben los boletines de ensayos realizados en las estaciones extranjeras. Dentro de los diversos apartados del código, hay dos ensayos cuyos datos sirven de base para evaluar la eficiencia energética a efectos de hacer la clasificación, que son los ensayos de potencia al freno y de potencia a la barra. Esta clasificación de eficiencia energética es una aportación española por la que se ha interesado el grupo de expertos en tractores de la OCDE, pero todavía no ha sido admitida a nivel internacional.
Ensayo de potencia al freno
En el ensayo de potencia al freno se conecta la toma de fuerza del tractor a un freno, consistente en un rotor que al girar ofrece una resistencia que puede regularse, de modo que el motor del tractor deba desarrollar potencia para vencer la resistencia ofrecida por el freno. La instalación tiene dispositivos capaces de variar la resistencia ofrecida por el freno, y aparatos de medida de la potencia ejercida por el motor para vencer la resistencia del freno, el régimen de giro, el consumo de combustible y otras variables de funcionamiento.
El tractor se ensaya en diversas condiciones de velocidad de giro del motor y potencia exigida a la toma de fuerza; entre esas condiciones hay seis puntos que están distribuidos por toda la gama de posible funcionamiento del motor; estos seis puntos son:
- Régimen nominal y potencia máxima producida a ese régimen (potencia nominal).
- Zona de actuación del regulador a un régimen superior al nominal y potencia equivalente al 80% de la nominal.
- Velocidad de giro del motor al 90% del régimen nominal y potencia igual al 80% de la potencia nominal.
- Velocidad de giro del motor igual al 90% del régimen nominal y potencia equivalente al 40% de la potencia nominal.
- Velocidad de giro del motor al 60% del régimen nominal y potencia igual al 60% de la potencia nominal.
- Velocidad de giro del motor al 60% del régimen nominal y potencia igual al 40% de la potencia nominal.
En cada uno de esos puntos se mide la potencia ejercida en la tdf y el consumo de combustible durante cierto tiempo, y ese dato se transforma en litros que se hubieran consumido en una hora.
Influencia de las condiciones atmosféricas
Las condiciones atmosféricas influyen en las prestaciones de los motores, porque la potencia desarrollada depende de la masa de oxígeno que entre en los cilindros para facilitar la combustión del gasóleo, y esa cantidad es diferente si varían la presión y la temperatura del aire (cuanto más temperatura y menor presión tenga el aire, menor masa de oxígeno hay en un volumen dado).
Se han obtenido fórmulas a partir de ensayos experimentales para determinar cuál hubiera sido la potencia desarrollada por un motor diesel si estuviera funcionando en condiciones consideradas normales (1 atmósfera de presión y 20°C de temperatura) a partir de la medida realizada en otras condiciones; esta fórmula es diferente según que el motor tenga o no turbocompresor y cuál sea el tipo de turbocompresor. Incluso hay motores con turbocompresor capaces de modificar el funcionamiento del mismo para compensar el efecto de condiciones atmosféricas adversas.
El procedimiento para evaluar la eficiencia energética de los tractores empieza tomando en cuenta los datos medidos en el ensayo a la toma de fuerza. Si las condiciones atmosféricas en el momento del ensayo (información que se incluye en el boletín) no eran las normales, la potencia medida se corrige aplicando la fórmula si el motor no ha hecho esa compensación de modo automático. Dividiendo el consumo medido (l/h) entre la potencia (kW) se obtiene el consumo específico (l/kW h), que son los litros consumidos por unidad de potencia desarrollada y por unidad de tiempo.
Gestión automática del motor
Figura 2. Tabla del boletín de ensayo de un tractor con transmisión CVT donde se informa de los resultados obtenidos manejando el tractor en modo manual y en automático.
En los tractores que tienen transmisión continua tipo CVT y algunos tractores que tienen transmisión a saltos, están dotados de un sistema automático de gestión (además del sistema manual comandado por el conductor) que les permite regular el régimen de funcionamiento del motor y la relación de transmisión para que el motor funcione en la zona de menor consumo de combustible posible manteniendo el tractor a la velocidad de avance y la potencia demandada.
Esto se comprueba en un ensayo de tiro del que se hablará más adelante (figura 2), en el que se fijan unas condiciones de funcionamiento y el tractor se ensaya obligando manualmente a que el motor gire a un régimen elevado y permitiéndole que la gestión automática determine las condiciones óptimas de funcionamiento. Se obtiene de esta forma, para las mismas exigencias de potencia desarrollada y velocidad de avance, una disminución relativa del consumo de combustible. Si el tractor que se está clasificando según su eficiencia energética es de este tipo, al consumo de combustible medido en los puntos 1) y 2) del ensayo de potencia al freno se les multiplica por el coeficiente de reducción de consumo obtenido al dividir el consumo medido con gestión electrónica entre el consumo durante el manejo manual.
Consumo específico y eficiencia energética
El procedimiento de clasificación energética calcula el valor medio del consumo específico obtenido en esos seis puntos de funcionamiento, minorando o no el consumo de los puntos 1) y 2) según corresponda, y ese Consumo específico medio = Suma consumo específico de los seis puntos dividido entre seis es un índice de la eficiencia energética del motor (ecuación 1).
Para evaluar la eficiencia energética del tractor falta por tomar en cuenta la eficiencia de la transmisión. Para esto es necesario conocer los datos de ensayo al freno ya descrito y también los de ensayo de potencia a la barra.
Ensayo de potencia a la barra
En el ensayo de potencia a la barra el tractor avanza por una pista normalizada de hormigón arrastrando otro vehículo, llamado carro dinamométrico, en el que se puede regular la resistencia al avance y, por tanto, la fuerza con la que el tractor debe tirar de él. Se hace el ensayo tirando del carro dinamométrico a diversas velocidades de avance y diferentes regímenes del motor del tractor.
En cada ensayo se mide el régimen del motor, la potencia de tiro (producto de la velocidad de avance por la fuerza de tiro), el resbalamiento, el consumo de combustible y otras variables. Se hacen numerosos ensayos variando el régimen del motor, la velocidad de avance y la fuerza de tiro. Como el resbalamiento es una pérdida de potencia debida al contacto suelo-vehículo, ajena por tanto al funcionamiento de la transmisión, es posible calcular cuál ha sido la potencia que llega a las ruedas y que se habría medido si no hubiese habido pérdidas por resbalamiento; la fórmula para efectuar esto último se muestra en la ecuación 2.
estando el resbalamiento expresado en tanto por uno (los valores suelen ser inferiores a 0,15).
Eficiencia de la transmisión y del motor
En el ensayo de potencia al freno descrito antes, además de los seis puntos mencionados que sirven para calcular el consumo específico medio del motor, también se han ensayado otros puntos de funcionamiento. En los ensayos de potencia al freno y de potencia a la barra hay varios puntos de funcionamiento del motor que son comunes a ambos (mismo régimen del motor ejerciendo la potencia máxima que es posible a ese régimen).
Observando en esos puntos comunes la potencia que llega a las ruedas (medida en el ensayo de potencia a la barra descontando las pérdidas por resbalamiento) y la potencia medida en el ensayo al freno, se puede dividir un valor por otro para obtener un coeficiente que equivale a la eficiencia de la transmisión (ecuación 3).
Como se tienen varias parejas de valores de potencia en las ruedas y potencia al freno de los que se obtiene la eficiencia de la transmisión, se calcula el valor medio de la eficiencia de todos ellos, el cual representa la eficiencia media de la transmisión del tractor.
Conocido el consumo específico medio del motor según se ha detallado y la eficiencia media de la transmisión, dividiendo un valor por otro se obtiene un índice de la eficiencia conjunta del motor y la transmisión del tractor (ecuación 4).
Clasificación energética
La clasificación energética se obtiene al comparar entre sí el índice de la eficiencia conjunta del motor y la transmisión de los tractores, de modo que un tractor no es bueno o malo por sí mismo, sino comparado con la totalidad de los modelos de los que se conoce el índice de eficiencia conjunta.
Hay que advertir que, como ocurre con otros tipos de máquinas, las de mayor potencia suelen ser más eficientes, ya que las pérdidas de potencia varían poco de modelos pequeños a modelos grandes, y esas pérdidas son proporcionalmente menores en los modelos más potentes.
Figura 3. Nube de puntos con las coordenadas del índice de eficiencia de cada modelo de tractor y su potencia nominal, y línea media que mejor se ajusta a todos ellos.
Para clasificar los tractores no nos fijaremos solo en el índice de eficiencia conjunta del motor y de la transmisión, sino también en la potencia del tractor para que los menos potentes no se vean perjudicados frente a los más potentes.
Para establecer en qué categoría de eficiencia encuadrar a cada tractor se hace un diagrama donde se representan los puntos correspondientes a los valores potencia nominal (eje horizontal) e índice de eficiencia conjunta del tractor (eje vertical) de cada modelo de tractor (figura 3).
A esa nube de puntos se le ajusta por métodos estadísticos la curva que mejor se aproxime a la media de ellos, la cual denominaremos línea media de eficiencia de los tractores. Ahora ya podemos establecer la categoría energética de cada tractor según que su punto de esté más o menos por debajo o por encima de esa curva media. Cuanto más por debajo, más eficiente es el tractor (menor consumo medio de combustible y mayor eficiencia de la transmisión).
Hace ocho años, cuando se actualizó por última vez la metodología de clasificación energética de tractores en España, se disponía de datos de 325 modelos de tractor. Al ir clasificando los modelos de tractor de los que se fue disponiendo de datos en los años sucesivos, llegó un momento en que era mucho mayor el número de modelos encuadrados en las categorías más eficientes que en las menos eficientes, porque la tecnología de construcción de motores y transmisiones había mejorado y la comparación se hacía con la media de los tractores existentes en el año 2008.
Modificaciones realizadas en 2015
Las modificaciones que se hicieron en el año 2015 fueron dos, calcular una nueva línea media para que los tractores estén clasificados en relación a la tecnología actual (motores con pocas emisiones contaminantes, cajas de cambios continuas, etc.) y ampliar el número de categorías de las cinco anteriores a siete para que sea semejante a los de las demás máquinas de las que existe clasificación energética.
En el año 2015 ya se disponía de datos de índice de eficiencia de 579 modelos de tractor que se utilizaron para calcular la nueva línea media. Una cuestión importante fue delimitar las franjas en las que está contenida cada categoría según cuánto se desvíe la posición el índice de cada tractor por encima o por debajo de la línea media.
Figura 4. Delimitación de las categorías de eficiencia dando a cada categoría una banda de espesor igual al 7% del valor de la línea media.
Por ejemplo, si las franjas tuvieran un espesor del 7% del valor de la línea media, estando la categoría central (la D) a caballo sobre la línea media, a la categoría D pertenecerían todos los tractores cuyo índice tenga un valor comprendido entre un 3,5% inferior y 3,5% superior al valor de la línea media en la misma potencia del tractor en cuestión, a la categoría C los comprendidos entre 3,5% y 10,5% inferior al valor de la línea media, a la categoría B a los comprendidos entre 10,5% y 17,5% inferior a la línea media y así sucesivamente según se indica en la figura 4. Si los espesores se hacen con porcentajes más pequeños habrá menos tractores en las categorías intermedias y más en las extremas, y viceversa.
En los meses transcurridos desde que se actualizó la metodología hasta la actualidad se ha dispuesto de datos de nuevos modelos de tractores porque, o bien se han ensayado en la propia Estación de Mecánica Agrícola, o se ha recibido el boletín de ensayo realizado en otra estación extranjero. En este momento (abril 2016) se tienen 649 modelos clasificados.
El Ministerio de Agricultura acaba de publicar en su página web, dentro del apartado dedicado a la Estación de Mecánica Agrícola, los tractores clasificados en las categorías A, B y C.
El listado de modelos clasificados puede verse en la dirección http://www.magrama.gob.es/es/agricultura/temas/medios-de-produccion/lista_magrama_23_03_16_tcm7-416157.pdf. Los modelos de tractor que no aparezcan en esas categorías puede ocurrir que pertenezcan a una categoría menos eficiente o que no haya sido sometido al ensayo (el ensayo según el código OCDE no es obligatorio) y, por tanto, no se puede clasificar.
