Mapa del tema
La cadena que va del cigüeñal a la reja del arado.
La asignatura se entiende cuando se acepta que la potencia del catálogo no llega al suelo. Entre el volante y la reja hay una transmisión que pierde, unos neumáticos que patinan y un apero que se resiste. Cada eslabón se calcula por separado y se encadena al final.
El motor
Entrega par a un régimen. La curva de par tiene un máximo a régimen medio y cae arriba; la potencia sigue subiendo hasta el régimen nominal. Esa diferencia es la reserva de par, lo que permite aguantar una piedra sin calarse.
La transmisión
Cambia par por régimen. En las ruedas interesa fuerza; en la toma de fuerza, régimen constante a 540 o 1 000 rpm. Cada salto pierde entre un 5 y un 15 % de potencia.
El suelo
La fuerza que se puede transmitir depende del peso sobre el eje motriz y del coeficiente de adherencia. Sin lastre se patina; con lastre de más se compacta. El óptimo ronda el 10 al 15 % de patinaje.
El apero
Consume potencia según su resistencia específica, su ancho y su profundidad. Un arado de vertedera es el apero que más exige; una grada, el que menos. La velocidad multiplica la potencia de forma lineal.
Regla de campo: para labranza profunda se necesitan entre 15 y 25 CV por metro de ancho de labor y por cada 10 cm de profundidad. Es una regla de dedo, no un cálculo, pero sirve para detectar resultados absurdos.
Conceptos clave
Los ocho términos que sostienen todos los ejercicios.
Par y potencia
El par (M) es un esfuerzo de giro, en N·m. La potencia es par por velocidad angular: P = M·ω. Un motor puede dar mucho par a pocas vueltas (un tractor) o poco par a muchas (una moto). Lo que hace el trabajo es la potencia, pero lo que aguanta la carga sin calarse es el par. En la práctica se usa P(kW) = M(N·m) · n(rpm) / 9549, porque 9549 = 60 000/(2π).
Curva de par y reserva
El par máximo aparece entre 1 200 y 1 600 rpm; la potencia máxima, entre 2 000 y 2 300. La reserva de par es el cociente entre el par máximo y el par a potencia nominal, menos uno. En un tractor moderno ronda el 30 al 40 %: es lo que le permite atravesar una zona dura sin reducir marcha.
Consumo específico
Es el combustible consumido por unidad de energía entregada, en g/kWh. Es la medida de la eficiencia del motor, independiente del tamaño. Un motor agrícola moderno está entre 200 y 240 g/kWh; uno antiguo atmosférico, por encima de 260. El consumo horario se obtiene multiplicando por la potencia y dividiendo por la densidad del gasóleo (unos 0,84 kg/L).
Toma de fuerza
La TDF entrega potencia a régimen constante: 540 rpm en el estándar antiguo y 1 000 rpm en el moderno, que permite ejes más finos para la misma potencia. Solo llega entre el 85 y el 90 % de la potencia del motor, porque la transmisión y la bomba hidráulica se llevan su parte. Un apero diseñado para 540 rpm girando a 600 se sobrevelocita y se rompe.
Fuerza de tracción y patinaje
La fuerza que el tractor puede tirar está limitada por la adherencia: F = m · g · μ, con m la masa sobre el eje motriz y μ el coeficiente neumático-suelo (0,65 en seco, 0,45 en húmedo, 0,30 en barro). El patinaje es la diferencia entre la velocidad teórica y la real. Por debajo del 10 % se desaprovecha el tractor; por encima del 20 % se destruye el suelo y se gasta rueda.
Resistencia del apero
Cada labor tiene una resistencia específica k, en kN por m² de sección de trabajo. La fuerza es k por ancho por profundidad. Un arado de vertedera trabaja entre 50 y 80 kN/m²; un cultivador, entre 20 y 40. La potencia necesaria es fuerza por velocidad, y por eso labrar más profundo encarece la labor de forma cuadrática: más ancho y más profundidad a la vez.
Capacidad de trabajo
La capacidad teórica es ancho por velocidad: con el ancho en metros y la velocidad en km/h, el resultado en ha/h sale de dividir por 10. La capacidad efectiva descuenta giros, solapes y paradas, con una eficiencia de campo del 75 al 85 %. Confundir las dos es el error clásico al presupuestar una labor.
Coste por hectárea
El gasóleo es solo una parte. El coste real suma amortización, mantenimiento, mano de obra y combustible. Para comparar aperos, lo útil es el consumo por hectárea: litros por hora divididos por hectáreas por hora. Un apero más ancho gasta más por hora y menos por hectárea, hasta que el tractor no puede con él.
Formulario
Las diez expresiones que resuelven casi cualquier problema de la asignatura.
- M N·m par motor
- n rpm régimen de giro
- ω rad/s velocidad angular, 2πn/60
- CV caballo métrico, el de los catálogos europeos
- hp caballo mecánico, el anglosajón
- La diferencia es del 1,4 %: en 200 CV son casi 3 CV.
- Q L/h caudal de gasóleo
- P kW potencia entregada
- ce g/kWh consumo específico, 200 a 260
- ρ kg/L densidad del gasóleo, 0,84
- F kN fuerza máxima sin patinar
- m kg masa sobre el eje motriz
- μ 0,3 a 0,75 adherencia neumático-suelo
- La fuerza real es menor: parte se pierde en hacer rodar el tractor.
- k kN/m² resistencia específica del suelo y la labor
- a m profundidad de trabajo
- b m ancho de trabajo
- P kW potencia en la barra de tiro
- F kN fuerza de tiro
- v km/h velocidad de avance
- Equivale a F·v con v en m/s: 1 km/h = 0,2778 m/s.
- Ct ha/h capacidad teórica
- b m ancho de trabajo
- v km/h velocidad de avance
- η 0,75 a 0,85 eficiencia de campo
- Descuenta giros, solapes, carga y descarga.
- En parcelas pequeñas puede bajar al 0,60.
- vt km/h velocidad teórica por relación de cambio
- va km/h velocidad real medida
- Óptimo entre el 8 y el 15 %. Por encima del 20 % hay que lastrar.
- Q L/h consumo horario
- Ce ha/h capacidad efectiva
- Multiplicando por el precio del gasóleo sale el coste por hectárea.
Antes de dividir por 9549, comprueba que el par está en N·m y el régimen en rpm. Si el enunciado da la potencia en CV, conviértela a kW al principio y no vuelvas a mezclar unidades en todo el problema.
Curvas en vivo
Mueve el par máximo y los regímenes y mira cómo se desplazan las dos curvas.
La curva de par sube desde el ralentí hasta un máximo situado a régimen medio y después cae. La de potencia sigue subiendo porque el régimen crece más deprisa de lo que cae el par, hasta que se cruzan. El punto de par máximo es donde el motor aguanta más sin calarse; el de potencia máxima, donde hace más trabajo por hora.
Ejemplo resuelto
Elegir tractor para un arado de vertedera de 4 cuerpos: 1,60 m de ancho, 30 cm de profundidad, 7 km/h.
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Fuerza que opone el arado
La resistencia específica de un arado de vertedera en suelo franco está en torno a 60 kN/m². La sección de trabajo es ancho por profundidad.
F = 60 · 0,30 · 1,60 = 28,8 kNEn una tierra arcillosa y seca, k sube a 80 y la fuerza se va a 38,4 kN. Es el mismo apero y un tractor distinto.
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Potencia en la barra de tiro
La potencia es fuerza por velocidad. Con la velocidad en km/h, el factor 3,6 pasa a m/s.
P = 28,8 · 7 / 3,6 = 56 kWSon 76 CV en el enganche. Si el apero va más rápido, la potencia sube en proporción directa: a 9 km/h serían 72 kW.
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Potencia que debe dar el motor
Entre el motor y la barra de tiro se pierde en la transmisión y en el patinaje. Un rendimiento global del 75 % es realista en labranza.
Pmotor = 56 / 0,75 = 74,7 kW = 102 CVEl tractor comercial más cercano por arriba es de 110 CV. Elegir uno de 90 CV obligaría a bajar el ancho o la profundidad.
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Consumo horario
Con un consumo específico de 240 g/kWh y una densidad de 0,84 kg/L, el caudal sale directo. Se usa la potencia del motor, no la de la barra de tiro.
Q = 74,7 · 240 / (1000 · 0,84) = 21,3 L/hEn el banco, ese motor consumiría unos 250 g/kWh a plena carga. A media carga el consumo específico empeora, así que 21 L/h es un mínimo, no un máximo.
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Capacidad de trabajo
La capacidad teórica sale de ancho por velocidad. La efectiva descuenta giros en cabecera, que en una parcela de 2 ha son muchos.
Ct = 1,60 · 7 / 10 = 1,12 ha/h → Ce = 1,12 · 0,80 = 0,90 ha/hEs decir, 1,11 horas por hectárea. En una parcela pequeña, con eficiencia 0,65, se iría a 1,37 h/ha.
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Consumo y coste por hectárea
Dividiendo el consumo horario entre la capacidad efectiva se obtiene el gasto por hectárea, que es la cifra que se compara entre aperos.
21,3 / 0,90 = 23,7 L/ha → a 1,35 €/L, 32,0 €/haSi se ara más profundo, la fuerza sube, la velocidad baja y el consumo por hectárea puede duplicarse. Es la labor que más gasóleo consume de todo el ciclo.
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Comprobar la adherencia
El tractor de 110 CV pesa unos 4 500 kg, de los que el 60 % va al eje trasero: 2 700 kg. Con una adherencia de 0,65 en suelo seco, la fuerza disponible es 17,2 kN.
Fadm = 2 700 · 9,81 · 0,65 / 1000 = 17,2 kNEl arado pide 28,8 kN: el tractor patinaría antes de moverlo. Hay que lastrar hasta unos 7 500 kg o reducir el apero. Este es el error que no aparece en los catálogos y sí en el campo.
Comprobación final: ¿por qué se lastra tanto?
Porque la fuerza de tracción es proporcional al peso sobre el eje motriz. Duplicar el lastre duplica la fuerza disponible, pero también aumenta la resistencia a la rodadura y la compactación del suelo.
El compromiso está en el patinaje: se lastra hasta que baja al 10 o 15 %. Por debajo de ese valor se está cargando peso inútil; por encima, se está perdiendo velocidad y destruyendo la estructura del suelo.
Un tractor de 110 CV no entrega 110 CV al apero. Entrega alrededor del 75 % en la barra de tiro en labranza. Los catálogos hablan de potencia al motor; los aperos necesitan potencia en el enganche. Traducir entre las dos es la mitad del problema.
Práctica
Calcula a mano y comprueba. Tolerancia del 2 % para absorber redondeos.
1. Un motor entrega 600 N·m a 1 800 rpm. ¿Qué potencia desarrolla?
2. Un tractor de 75 kW con consumo específico de 240 g/kWh. ¿Cuánto gasóleo gasta por hora? Densidad 0,84 kg/L.
3. Un apero de 3 m de ancho trabajando a 8 km/h. ¿Capacidad teórica?
4. Cultivador de 2,5 m a 25 cm de profundidad, con k = 50 kN/m². ¿Fuerza de tiro?
Par, potencia y consumo del motor
El punto de funcionamiento en un régimen dado.
La potencia es la del punto de funcionamiento, no la máxima del catálogo. Un motor trabajando a media carga tiene peor consumo específico que a plena carga.
¿Puede el tractor con el apero?
Resistencia del apero y potencia necesaria en el motor.
El rendimiento global incluye transmisión y patinaje: 0,75 en labranza, 0,85 en labores superficiales. La comparación final es contra la potencia del tractor en CV, que es como se anuncian.
Capacidad de trabajo y coste
Horas, litros y euros por hectárea.
El coste calculado es solo de combustible. Añadir amortización, mantenimiento y mano de obra puede duplicarlo o triplicarlo según la máquina.
Lastre, adherencia y patinaje
Comprueba si el tractor puede tirar de la fuerza que pide el apero.
La fuerza disponible se calcula con la masa sobre el eje motriz, no con la masa total del tractor. En un tractor de doble tracción, ese eje puede ser el delantero.
Tablas de referencia
Órdenes de magnitud de taller. El manual del apero manda sobre la tabla.
| Labor | k (kN/m²) | Observación |
|---|---|---|
| Arado de vertedera | 50 – 80 | La labor que más potencia exige |
| Arado de discos | 40 – 60 | Menos exigente en suelo pedregoso |
| Cultivador | 20 – 40 | Depende mucho de la humedad |
| Grada de discos | 15 – 25 | Labor superficial y rápida |
| Sembradora | 5 – 12 | Más la carga de la tolva |
| Rodillo compactador | 8 – 15 | Sube en suelo húmedo |
| Tecnología | g/kWh | Nota |
|---|---|---|
| Atmosférico antiguo | 260 – 300 | Sin turbo, inyección en línea |
| Turbo convencional | 230 – 260 | El estándar de los años noventa |
| Common rail moderno | 200 – 230 | Mejor a plena carga que a media |
| Media carga | +10 – 20 % | El consumo específico empeora |
| Labor | km/h | Prioridad |
|---|---|---|
| Labranza profunda | 5 – 8 | Fuerza de tiro |
| Labranza superficial | 8 – 12 | Rendimiento del suelo |
| Siembra | 6 – 10 | Regularidad de la profundidad |
| Tratamientos | 5 – 8 | Cobertura y deriva |
| Transporte | 20 – 30 | Seguridad y frenos |
| Entrada | CV | kW | hp |
|---|---|---|---|
| 1 kW | 1,360 | 1,000 | 1,341 |
| 1 CV | 1,000 | 0,7355 | 0,9863 |
| 1 hp | 1,014 | 0,7457 | 1,000 |
| 100 CV | 100 | 73,6 | 98,6 |
Errores típicos
Los que se cobran puntos en el examen y averías en el taller.
El par se mide en N·m y la potencia en kW. Un motor puede tener mucho par a 1 200 rpm y menos potencia que otro con menos par a 2 400. Comparar tractores por el par máximo sin mirar el régimen no dice nada.
1 CV son 0,7355 kW. Un apero que pide 75 kW necesita 102 CV, no 75. El error del 36 % es suficiente para comprar un tractor que no puede con la labor.
Entre el motor y la barra de tiro se pierde un 20 o un 25 %. Si el cálculo se hace con la potencia nominal, el tractor elegido queda corto en cuanto el suelo se pone duro.
La capacidad teórica no existe en el campo. Giros en cabecera, solapes y paradas para cargar reducen la cifra entre un 15 y un 40 %. Presupuestar con la teórica es regalar horas de trabajo.
El lastre se añade hasta que el patinaje baja al 10 o 15 %, no hasta que el tractor parece pesado. Pasarse compacta el suelo, gasta más gasóleo y no aumenta la fuerza útil.
La TDF de 1 000 rpm permite transmitir la misma potencia con un eje más fino y menos par, porque el par es potencia dividida por régimen. Citar esto en un examen de mecanización demuestra que se entiende la relación, no solo la norma.
Tarjetas
Tapa la respuesta, dilo en voz alta y gira. Baraja para no memorizar el orden.
Test
Diez preguntas con explicación. No hay nota guardada: al cerrar la página, se borra.
Glosario
Vocabulario mínimo para leer un enunciado sin dudar.
- Adherencia
- Coeficiente entre la fuerza que puede transmitir el neumático y el peso que soporta. Depende del suelo y del dibujo.
- Capacidad de trabajo
- Superficie labrada por unidad de tiempo. Teórica si no se descuentan pérdidas; efectiva si se descuentan.
- Consumo específico
- Combustible por unidad de energía, en g/kWh. Mide la eficiencia del motor.
- CV
- Caballo métrico, 735,5 W. El de los catálogos europeos.
- Eficiencia de campo
- Fracción del tiempo total que la máquina trabaja efectivamente. Del 0,75 al 0,85 en parcelas grandes.
- hp
- Caballo mecánico anglosajón, 745,7 W. Un 1,4 % mayor que el CV.
- Lastre
- Peso añadido al tractor para aumentar la adherencia y reducir el patinaje.
- Par motor
- Momento de giro que entrega el cigüeñal, en N·m.
- Patinaje
- Diferencia porcentual entre la velocidad teórica y la real de avance por deslizamiento del neumático.
- Régimen nominal
- Velocidad de giro a la que el motor entrega su potencia máxima.
- Reserva de par
- Margen entre el par máximo y el par a potencia nominal. Permite aguantar sobrecargas sin calarse.
- Resistencia específica
- Fuerza por unidad de sección de labor, en kN/m². Caracteriza el suelo y el apero.
- TDF
- Toma de fuerza. Entrega potencia a régimen constante, 540 o 1 000 rpm.
- Barra de tiro
- Punto de enganche donde se mide la fuerza útil de tracción del tractor.
Plan de repaso
Tres pasadas cortas rinden más que una maratón la víspera.
Entender
Lee el mapa y los conceptos clave. Cierra la página y explica en voz alta por qué un tractor potente y ligero patina. Si no sale, vuelve al apartado 02.
Calcular
Resuelve el ejemplo sin mirar los pasos. Después haz los cuatro ejercicios y mueve el par máximo en la curva hasta predecir dónde caerá la potencia máxima.
Comprobar
Haz el test. Cada fallo se convierte en una tarjeta que repites al día siguiente. Si aciertas nueve de diez, el tema está listo.
Cuando veas un tractor, mira la placa del apero y la del tractor: ancho, profundidad y potencia. Con esos tres datos ya puedes estimar si la combinación es razonable o si el apero va a mandar sobre el motor.