!yo MILÁN MEDINA.Ingeniero Mecánico, Doctorando de laUniversidad Politécnica de Madrid (UPM).

MANUEL CAMPS MICHELENA.Catedrático de motores y máquinasagrícolas. ETSI Agrónomos UPM.

JosÉ Luis PONCE DE LEÓN ESTEBAN.Ingeniero Agrónomo. Director de la Estaciónde Mecánica Agrícola de Madrid.

E

I empleo del biodiésel mez-clado con gasóleo comocombustible en motoresdiésel se ha convertido enuna práctica bastante fre-

cuente; en el ámbito europeo, laDirectiva 2003/30/CE, relativa alfomento del uso de biocarburan-tes u otros combustibles renova-bles en el transporte, estableceque para 2010 el 5,75% del com-

ruebade campo

Comportamiento del motor delle ictoiItt iota R30.30funcionando con mezclas de gasóleo y biodiéselEn este artículo seexpone la primera partede los resultados de losensayos conjuntosrealizados por elDepartamento deIngeniería Rural de laEscuela Técnica Superiorde Ingenieros Agrónomos(ETSI Agrónomos) de laUPM y la Estación deMecánica Agrícola (EMA),del Ministerio deAgricultura, Pesca yAlimentación (MAPA),en un tractor agrícola,utilizando comocombustible biodiésel,gasóleo y mezclas deambos.Los ensayos se hanrealizado durante losmeses de abril y mayo de2007 en la EMA y hancontado con el apoyo deKubota España, RepsolYPF, BionorTransformación,y el Instituto para laDiversificación y Ahorrode la Energía (IDAE).El objetivo de lainvestigación ha sidodeterminar elcomportamiento de losparámetros de salida delmotor (potencia,consumo y par) utilizandocomo combustible dereferencia el gasóleoy mezclando éste conbiodiésel en tresproporciones:10, 20 y 30%.

bustible destinado al transporteque se comercialice en los paísesdel área deberá corresponder abiocarburantes. España se hapropuesto superar estos límites ya través de la disposición adicio-nal decimosexta de la Ley34/1998 del sector de los hidro-carburos, elevó a 5,83% está ci-fra.

A día de hoy existen dos facto-res de tanta o más importanciaque las regulaciones legales cita-das para el incremento de la pro-ducción y el consumo de biocar-burantes; el primero, los efectosya incuestionables del cambioclimático, donde las emisiones de lacombustión de los combustiblesfósiles desempeñan un rol prota-gónico; el segundo es el incre-mento continuo y desproporciona-

do del precio del petróleo.El estudio del comportamien-

to de distintos parámetros delmotor utilizando biodiésel es untema usual en el área de automo-ción, pero no lo es tanto en elcaso de los motores agrícolas.Los ensayos que aquí se resumenpresentan además elementos no-vedosos, entre ellos, que el estu-dio se haga en un tractor con mo-tor de pequeña cilindrada; a estegrupo de tractores no siempre sele atribuye la importancia que re-almente tienen a pesar de que re-presentan, según los datos esta-dísticos del Registro Oficial de Ma-quinaria Agrícola, el 12% de lostractores inscritos en 2007, y el18% del parque nacional de trac-tores según un estudio realizadoen 2006. Otro aspecto a significar

36/VR MAQ/1 de abril 2008

presión en esta cámara y superala existente en la cámara princi-pal, con lo que el combustible quequeda sin quemar, junto con losproductos de la combustión, pasaa gran velocidad hacia la cámaraprincipal, lo que hace que se cre-en las condiciones favorablespara que ese combustible se mez-cle con el aire que se encuentraallí y arda rápidamente.

Arriba: detalledel freno dinamométrico usado en

los ensayos.Abajo: medición

auxiliar de latemperatura del

liquidorefrigerante.

Marca Kubota

Modelo B3030HDB

Cuadro I. Caracteristicas del tractor.

CARACTERÍSTICA DESCRIPCIÓN

es que se ha seleccionado un trac-tor equipado con un motor con cá-mara de combustión separada, eneste caso con cámara de turbulen-cia; y de este tipo de motores sonescasos los datos que se tienen.

Las cámaras de turbulenciabasan su principio de funciona-miento en hacer pasar el aire des-de la cámara principal hasta la cá-mara de turbulencia, que tiene for-ma esférica, a través de uno o va-rios canales orientados de mane-ra tal que provoquen un violentomovimiento de rotación del aire.La velocidad de la carga que pasapor el canal de comunicación delas dos cavidades aumenta du-rante la compresión y alcanza suvalor máximo cuando el pistónestá cerca del punto muerto su-perior (PMS); el combustible quese inyecta en la cámara de turbu-lencia se mezcla con el torbellinode aire, se vaporiza y arde parcial-mente; a causa de ello se eleva la

Clase

Ruedas doble tracción

Embrague

Mecánico, un disco en seco

Materialesy métodos

Los ensayos se han realizadocon un tractor Kubota, modeloB3030, con motor tipo V1505, ver-sión EU12. Las características deltractor aparecen en el cuadro 1.

Los datos del par motor y lapotencia se han obtenido con unfreno eléctrico, de corrientes pa-rasitas (de Foucalt), marcaShenck, modelo W 700.

El control del consumo decombustible se efectuó median-te un caudalímetro marca AVL

Transmisión

Toma de fuerza

Dirección

ESPECIFICACIONES DEL MOTOR

Marca

Modelo

Versión

Ciclo

Número y disposición de los cilindros

Potencia motor S.A.E kW (CV)

Potencia nominal (kW/rpm)

Par nominal (Nm/rpm)

Orden de encendido

Sistema de combustión

Velocidad mínima en vacío (rpm)

Sistema de refrigeración

Diámetro (mm)

Carrera (mm)

Con cámara de turbulencia

Trasera, a 540 rpm

22,1 (301

19,7 /260087,5/1600±200

Agua

4 tiempos diésel

78

Hidrostática

Hidrostática

4 en línea

1-3-4-2

V1505

Kubota

EU 12

78,4

800

"Tm

Admisión de aire Aspiración natural

Inyección de combustible Bomba lineal (Bosch) de 4secciones

Sistema de lubricación A presión (bomba Kubota).

Figura 1.

Cámara de turbulencia del motor del tractor KubotaB3030 utilizada en los ensayos. Fuente: Kubota Corporation.

Cilindrada (cm3)

1.498

Relación de compresión

24±1:1

1 de abril 2008/VR MAQ/37

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GASOLEO E

Detalle del motor del tractor usado en los ensayos.

Detalle del filtro de combustible del tractor.

2015o 5 10

Potencia (kW)

Figura 2.

Comportamiento de la potencia nominal.

Figura 3.

Medias de la potencia nominal.

B3OR

B2OR

B1OR

Gasóleo B

-21

19,2

19,1

19,0

18,9

18,8

18,7

18,6

18,5

18,4

18,3B3ORB1OR 1320R

Combustibles

GE

modelo 730; este es un equipode medición de consumo decombustible de alta precisión, lamedida se hace por el métodode medición de masa (gravirné-trico) y es operado electrónica-mente con un modulo (7030-1)

situado en la cabina de control dela instalación de ensayos.

El freno dinamométrico emple-ado en los ensayos es controladopor un panel situado en una cabi-na insonorizada. El panel de con-trol está conectado a un ordena-

dor con un software que recibe losdatos de las mediciones del fre-no, del medidor de consumo de

Foto izda.: El control del consumo decombustible se efectuó mediante uncaudalimetro marca AUL modelo 730.

Foto dcha.: Se ha utilizado comocombustible de referencia el gasóleoE+ y mezclas de éste con biodiésel al 10,20 y 30%.

combustible y de diversos senso-res y termopares que registran losparámetros atmosféricos (hume-dad, presión, temperatura) y detrabajo del motor (temperatura delagua, del aceite, del aire de la ad-misión, etc.). Los distintos pará-metros se visualizan en la panta-lla del ordenador.

Se han utilizado en esta pri-

38/VR MAQ/1 de abril 2008

Cuadro II. Especificaciones de los combustibles utilizados en los ensayos. minal para los tres combusti-bles, el comportamiento de lasmedias de las mediciones de lapotencia se representa en la fi-gura 3.

Las figuras 4, 5 y 6 mues-tran la variación del consumoespecífico y horario de combus-tible y el comportamiento delpar motor máximo, respectiva-mente.

Se comprueba estadística-mente que entre el gasóleo E+ yuna mezcla al 10% de éste conbiodiésel, no hay variacionessignificativas de potencia ni deconsumo; las diferencias sonde significación, para la poten-cia y el consumo específico para

Especificación

Propiedades Unidad Gasóleo E + B1011 B2011 B3OR RO 1700/2003 Normas

mínimo máximo

Densidad 15°C, kg/m3 841 845 849,1 853,3 820 845 EN ISO 12185 ASTM D4052Hidrocarburos policíclicos aromáticos % m/m3 3,6 3 2,6 2,3 11 EN ISO 12916Contenido en azufre mg/kg 22,9 20 17,5 14,9 50 ENE() 20846Viscosidad cinemática a 40°C mm2/s 3,103 3,168 3,245 3,333 2,00 4,50 EN ISO 3104 ASTM 0445

Residuo carbonoso % m/m 0,01 0,03 0,03 0,04 0,30 EN ISO 10370 ASTM 04530Agua mg/kg 50 75 107 145 200 EN ISO 12937

Partículas sólidas (contaminación total) mg/kg 2 2 <1 5 24 EN ISO 12662Contenido de cenizas % m/m 0,001 0,001 0,001 0,001 0,01 EN ISO 6245 ASTM 0482Estabilidad a la oxidación gin13 2 2 1 2 25 EN SO 12205 ASTM 02274Poder Calorífico Inferior Mi/kg 42,88 41,97 41,9 41,58

Cuadro III. Resultados de las mediciones de losparámetros del motor.

Los valores de los parámetros ob-tenidos aparecen en el cuadro III.

En la figura 2 se puede apre-ciar la variación de la potencia no-Combustible Potencia

(kW)Consumo especifico

(g/kW-h lConsumo horario

(kg/h)Par motor

máximo (N-m)

Gasóleo E 19,04 289 5,5 82,1

EMOR 19,06 291,6 5,56 82,1

B2OR 18,75 296,5 5,56 81,3

B3OR 18.4 308.8 5.68 81.3

Figura 4.

Comportamiento del consumo específico decombustible en el régimen nominal.

5 62 3 4Consumo horario (kWh)

o

B3OR

B2OR

B1OR

Gasóleo E

Tacómetro auxiliar para medición de la velocidad del motor.

mera parte, como combustible dereferencia el gasóleo E+ y mez-clas de éste con biodiésel al 10,20 y 30%, todas suministradaspor Repsol; convencionalmentese han identificado las mezclascomo B1OR, B2OR, y B3OR, paradiferenciarlas de otras muestras.En el cuadro II se muestran laspropiedades de los distintos com-bustibles.

Las pruebas se han realizadosegún lo establecido en el Código2 de la OCDE: Standard Code forthe official testing of agriculturaland forestry tractor performance,en el capitulo que establece lametodología para los ensayos depotencia a la toma de fuerza (Po-wer take-off and engine test).

Considerando que los ensa-yos se efectuaron en un período

relativamente largo de tiempo, ycon el objetivo de poder estable-cer comparaciones en condicio-nes similares se han realizado co-rrecciones a los datos de las me-diciones de la potencia, llevándo-las a las condiciones atmosféri-cas de referencia establecidas enla norma UNE 68028. (Tractoresagrícolas. Ensayos de potencia ala toma de fuerza. Factores de co-rrección).

ResultadosLos resultados de los ensayos

que se ofrecen en este caso eva-lúan la potencia y el consumo decombustible a régimen nominaldel motor y muestran además elvalor del par máximo logrado paracada uno de los combustibles.

B3OR

B2OR

B1OR

Gasóleo E

0 50 100 150 200 250 300 350Consumo especifico (01k WC)

Figura 5.

Comportamiento del consumo horario decombustible a régimen nominal.

1 de abril 2008/VR MAQ/39

ruebade campo

90O 10 20 30 40 50 60 70 80

Par (N.m)

B3OR

• B2OR.13

B1OR

Gasóleo E

11111•B3ORGE B1OR B2OR

Combustibles

315

310

285

B3ORB2ORGE

810R

Combustibles

5,700

5,675

5,650

5,625

5,600

5,575

É 5,550

ä 5,525

5,500

5,475

5,450

Figura 6.Comportamiento del par motor máximo.

Figura 7.Medias del consumo específico.

el caso del B2OR y el B3OR, entanto que el consumo horariosólo lo es para el B3OR.

Para el caso del par motormáximo no existen diferenciassignificativas entre los combus-tibles utilizados en el ensayo.

Las figuras 7 y 8 represen-tan gráficamente el comporta-miento de las medias de los va-lores de la potencia y el consu-mo de combustible en el régi-men nominal.

ConclusionesEn la realización de las prue-

bas se ha podido comprobarque el motor ha funcionado demanera estable.

Para el caso de estos ensa-yos es conveniente establecerla diferencia entre la significa-

ción estadística de la variación ysu significación práctica; por logeneral, los motores de combus-tión no estacionarios se explotanmuy rara vez en regímenes de po-tencia nominal o máxima, por loque variaciones de hasta el 10%

de la potencia no son práctica-mente apreciables en la mayoríade los casos, aunque sí lo sondesde el punto de vista estadísti-co. Teniendo en cuenta esta con-sideración, y las "urgencias glo-

bales" medioambientales, y tam-bién, ¿por qué no? económicas,originadas por las causas cita-das al inicio, el empleo de mez-clas de gasóleo con biodiésel enporcentajes de hasta el 30%,

como las utilizadas en los ensa-yos son, desde el punto de vistade las prestaciones del motor,totalmente viables. •

Figura 8.

Medias del consumo horario a régimen nominal.

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