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El mercado de las llantas agrícolas

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El diseño de cualquier llanta se realiza de manera que su estructura alcance una forma determinada cuando la carga que gravita sobre él se equilibra con la presión de inflado. Si se reduce la carga sobre la rueda hay que bajar la presión de inflado para que la superficie de apoyo se mantenga constante, ya que en caso contrario se reduce la capacidad de tracción de la llanta, a la vez que se incrementa su desgaste. Por el mismo criterio, un aumento de la carga resulta posible incrementando la presión de inflado, aunque esto puede afectar la resistencia de la llanta y reducir su vida útil, salvo que esta sobrecarga se produzca con una velocidad de desplazamiento inferior al código de velocidad de la llanta. Esto se aplica a la elección de los neumáticos del eje delantero cuando se utiliza palas frontales, o máquinas que producen un efecto similar.

En los catálogos de los fabricantes de llantas en ocasiones se encuentran Tablas que relacionan la presión de inflado con la capacidad de carga de la llanta. En otros casos sólo se indica la capacidad de carga máxima (para la velocidad admitida como referencia) y la presión de inflado correspondientes, por lo que habrá que calcular la presión de inflado más apropiada cuando la carga real sobre la rueda esté por debajo de la carga de referencia.

A este respecto, se puede observar (ver Figura 8) que la relación entre la capacidad de carga y la presión de inflado se mantiene lineal, por lo que resulta sencillo el cálculo de la presión de inflado a partir de referencia de carga nominal de la llanta. 

En consecuencia, si se parte de una llanta con una capacidad de carga de 3000 kg a 1.6 bar, la capacidad de carga para la presión de inflado de 1.1 bar será:

C11 = 3000 x (1.1 + 1.0) / 1.6 + 1.0) = 2 423 kg

Lo que se puede expresar de manera genérica como:

Cµ = Cmax X (p1 + 1) / Pmax + 1)

En el Cuadro 13 se indican las capacidades de carga de una llanta por cada 1000 kg de carga nominal a 1.6 bar de presión de inflado, a medida que se reduce la presión de inflado. 

Hay que tener en cuenta que si la presión de inflado es inferior a un determinado valor, dependiente del tipo de llanta y de las características de la llanta utilizada, la llanta tiende a girar en la llanta, por lo que los fabricantes limitan la presión mínima de inflado.

Aplicación para tractores de tracción delantera asistida (2+2 RM)

Se estima que un tractor de doble tracción con ruedas desiguales (tipo 2+2 RM) debe de disponer de unas llantas con una capacidad de carga igual al 130% de la masa necesaria para poder convertir un determinado porcentaje de la potencia de su motor en potencia de tracción, para las velocidades de trabajo habituales de las operaciones agrícolas.

De esta masa total, el 80% estaría sobre las ruedas del eje trasero y el 50% sobre las del eje delantero.

En consecuencia, contando con dos ruedas traseras de 3000 kg de capacidad de carga nominal, que se convierten en 2310 kg a una presión de inflado de 1.0 bar, la masa del tractor que monte estas ruedas en el eje trasero podría ser:

2310 x 2 / 0.8 = 5775 kg

Potencia de tracción

Suponiendo que se ha lastrado el tractor hasta conseguir esta masa, bien mediante contrapesos o mediante las fuerzas que pueden transferir los aperos durante el trabajo, la fuerza de tracción que puede proporcionar el tractor en un suelo agrícola con 0.6 de coeficiente de adherencia (al tratarse de un tractor de doble tracción) será:

5775 x 0.6 x 3465 kg

Dado que potencia de tracción es igual a la fuerza por la velocidad real de avance, la potencia de tracción será:

N (CV) = 3465 (kg) x velocidad (km/l / 270

Siendo el 270 el factor para relacionar estas magnitudes utilizando las unidades de medida del Sistema Técnico.

Si consideramos como velocidad de referencia, para trabajos agrícolas en los que la demanda de potencia de tracción es elevada, la de 6.5 km/h (velocidad real), la potencia de tracción del tractor deberá ser:

N (CV) = 3465 (kg) x 6.5 (km/h) / 270 = 83 CV

Potencia en el motor

Para que un tractor con las llantas indicadas, lastrada de acuerdo con las posibilidades de los mismos y trabajando en las condiciones anteriormente fijadas, pueda suministrar esta potencia neta en tracción, necesita una potencia de motor algo mayor.

Suponiendo que se trabaja en un suelo de rastrojo, con un patinamiento entre el 9 y 3l 12%, la eficiencia en tracción, considerada como relación entre la potencia de tracción y la potencia del motor puede ser del 73%, por lo que, para el ejemplo del apartado anterior, con una potencia, al menos, 83/0.73 = 114 potencia de motor.

Sin embargo, no es conveniente que el motor del tractor trabaje de manera continua a su potencia máxima, por lo que conviene incrementar el valor calculado de manera que sea el 75-80% de la potencia máxima disponible. De esta manera se aprovecha la inversión realizada, a la vez que se mantiene bajo el consumo de combustible. En consecuencia, estas llantas serían apropiadas para un tractor entre 140 y 150 CV de potencia en el motor.

Con llantas radiales de serie normal

A partir de la información disponible en el manual de llantas de ERTRO (European Tire and Rim Technical Organization) se han seleccionado las llantas radiales de serie normal con radio índice entre 600 y 925 mm, lo que se corresponde con circunferencias de rodadura teóricas (a efectos de cálculo de la velocidad máxima de circulación) entre 3770 y 5812 mm.

Se han analizado de manera separada, agrupándolos por la sección de la llanta, de manera que el índice de carga correspondiente (manual ERTRO con presión de inflado de 1.6 bar) irá aumentando a medida que lo hace el diámetro de la llanta.

Aplicando la metodología anteriormente desarrollada se llega a calcular la masa adecuada para el tractor (en trabajos de tracción que demandan elevada potencia a velocidad real de 6.5 km/h) que monta dichas llantas traseras, y los valores de potencia de tracción y potencia mínima del motor que lo hace posible.

En el Cuadro 14 se presentan los valores calculados, que se representan gráficamente en la Figura 9, para las distintas secciones de llanta y con cada dimensión de llanta en pulgadas, según aparece en el mercado de la llanta radial de serie normal. 

Los valores de potencia mínima indicados hay que mayorarlos, como ya se ha indicado, incrementándolos en un 20-25%, pero no más, si se quiere aprovechar adecuadamente la potencia que se compra manteniendo un bajo consumo de combustible.

Por otra parte, conviene revisar el marcado de las llantas delanteras, de manera que el índice de carga correspondiente admita al menos el 50% de la masa de referencia calculada para el tractor. En ellos puede admitirse una presión de inflado de 1.6 bar, por lo que no sería necesario aplicar un factor de corrección.

El modelo de cálculo utilizado, que queda reflejado en la Tabla 6 permite llegar a una recomendación de tipo práctico: dividiendo por 36 la capacidad de carga nominal de una llanta trasera para un tractor de doble tracción con ruedas desiguales, se conoce la potencia de tracción que podría desarrollar el tractor que las lleva, sobre la base de trabajar a 1.0 bar de presión de inflado y con el adecuado equilibrado del lastre. Para ello, la potencia que se aconseja en el motor puede calcularse dividiendo la capacidad de carga por 21. Esto significa disponer un motor que supere en un 20% la potencia mínima necesaria para trabajar en las condiciones establecidas.

Con llantas radiantes de serie métrica

Cada vez es más frecuente que el mercado de las llantas se realice de una forma diferente, cambiando el primer término (anchura de balón en pulgadas) por dos cifras, la primera de las cuales es la anchura del balón en milímetros y la segunda la relación entre la altura y la anchura del perfil.

Así, en un marcado 600/65R38 indicaría que se trata de una llanta de construcción radial, con 600 mm de anchura del balón y una relación altura anchura igual a 0.65 (del 65%), para una llanta de 38 pulgadas de diámetro.

Este marcado, que coexiste con el marcado en pulgadas, utiliza como anchuras de referencia valores de centenas (400, 500…) y también otros con intervalos más pequeños, como 420, 440, 480…, en relaciones de perfil entre 50 y 95, aunque las series que incluyen más modelos son las de perfil 65, 70 y 85. Esta última incluye los modelos que más se aproximan dimensionalmente a los de marcado tradicional, ya que estos mantiene una relación de perfil similar.

Es frecuente relacionar las llantas con marcado métrico con la “baja presión”. Esto puede considerarse como válido en algunos casos, ya que se trata de modelos con una gran anchura de balón, pero la presión de inflado es la que marca la presión sobre el suelo, a la vez que se reduce la capacidad de carga; el valor mínimo de presión de inflado que se puede utilizar depende del fabricante considerado, siendo habituales las presiones entre 0.5 y 0.7 bar. En cualquier caso la capacidad de carga de referencia corresponde a 1.6 bar de presión de inflado (aunque en algunos casos se utiliza como referencia la de 1.2 bar).

En consecuencia, si se considera que se van a utilizar llantas traseras infladas durante el trabajo a una presión de 1.0 bar, todo lo indicado para las llantas con marcado en pulgadas resulta válido para los de  marcado métrico. Si se desea trabajar a 0.8 bar, la masa del tractor se reduce en un 10% con respecto a la calculada con presión de inflado de 1.0 bar, y por ello la potencia de fracción a 6.5 km/h de velocidad real de avance sería menor.

El valor de la potencia máxima de tracción a 6.5 km/h en este caso se puede calcular dividiendo por 40 la capacidad de carga nominal de la llanta, y la potencia del motor dividiendo este mismo valor por 23 (en lugar de haber utilizado los valores de 36 y 21, anteriormente indicados).

Lo lógico, si se quiere trabajar con llantas infladas a baja presión, sobre la base del tractor con una potencia dada y calculada a partir de llantas convencionales, sería actuar al revés, o sea, sobre la base de una llanta con marcado normal de 3000 kg de capacidad de carga (IC = 146), se obtendrán cuando se infla a 1.0 bar, una potencia de tracción de 3000/36 = 83 CV, con una potencia de motor recomendada de 3000/21 = 143 CV. Si se monta con una llanta para trabajar a 0.8 bar de presión de inflado su capacidad de carga (a 1.6 bar) debería de ser de 143 x 23 = 3290 kg, o sea IC igual a 149-150.

En uno y otro caso las llantas elegidas deben de tener el mismo radio índice para que no modifiquen la velocidad máxima de circulación, o, mejor, estar incluidos en el mismo grupo RCI (clasificación de las llantas por sus circunferencias de rodadura a efectos de compatibilidad de las ruedas delanteras y traseras en tractores de doble tracción). 

Conclusiones

La potencia de tracción que proporciona un tractor de manera eficiente se calcula, de manera bastante aproximada, dividiendo por 36 la capacidad de carga nominal (a 1.6 bar) de las llantas montadas en las ruedas traseras.

En estas condiciones, la potencia del motor que se necesita se calcula dividiendo por 21 este mismo valor de capacidad de carga de las llantas traseras. Así se dispone en el motor de una reserva de potencia del 20% con respecto a la mínima necesaria con una adecuada eficiencia de tracción.

La masa del tractor en trabajos de tracción sobre la base de 6.5 km/h de velocidad real, debe de ser igual a la capacidad de carga de la llanta trasera multiplicada por 1.925. Así, relación peso potencia del tractor será: 1.925 x 21 = 40 kg/CV. En estas condiciones el deslizamiento se mantendrá entre el 9 y el 12%.

Si se dispone de un motor de más potencia de la que se deduce aplicando esta metodología, no se podrá utilizar para transformarla en potencia de tracción de manera eficiente a baja velocidad (6.5 km/h) con las llantas disponibles. Podría hacerlo trabajando más de prisa, si esto resulta posible (menor esfuerzo de tracción) utilizando la toma de fuerza.  AS

Dr. Ing. Agrónomo Luis Márquez