• Author / Uploaded
• Jorge Guzman Padilla

Citation preview

CALCULO DE LA FUERZA DEMANDADA POR LOS IMPLEMENTOS DE LABRANZA PRIMARIA Y SECUNDARIA

GUZMAN PADILLA JORGE ALBERTO

UNIVERSIDAD DE SUCRE FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA AGRICOLA MAQUINARIA AGRICOLAI SINCELEJO-SUCRE 2012

CALCULO DE LA FUERZA DEMANDADA POR LOS IMPLEMENTOS DE LABRANZA PRIMARIA Y SECUNDARIA

GUZMAN PADILLA JORGE ALBERTO

ISMAEL SANDOBAL

ING. AGRICOLA UNIVERSIDAD DE SUCRE FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA AGRICOLA MAQUIMARIA AGRICOLA I SINCELEJO-SUCRE 2012

Tabla 1. Velocidades de avance del tractor VELOCIDAD (Km/hr) 1.81 2.62 3.78 4.22 5.42 6.13 8.83 9.92 12.65 14.42 20.79 29.78 Fuente: autor del trabajo

Vel. A las r.p.m por (0.85) 1.54 2.23 3.21 3.59 4.61 5.21 7.51 8.43 10.75 12.26 17.67 25.31

Vel. Afectadas por patinamiento del 10 % 1.39 2.01 2.89 3.23 4.15 4.69 6.76 7.59 9.68 11.03 15.90 22.78

a) Nneta = 81.3 Hp a 2200 rpm Para determinar la Nbdt debemos tener en cuenta el tipo de tractor y la condición de tracción; Tipo= 2Wd Condición tracción = firme Nbdt = Nneta * factor * 0.9 = 81.3 Hp * 0.72 * 0.9 Nbdt = 52.68 Hp Fuerza del tractor F=

Nbdt∗273.75 v

F=

52.68∗273.75 v

F=

14421.15 v

Factor = 0.72

LABRANZA PRIMARIA ARADO DE DISCOS rango de velocidad de 3 a 8 km/hr Suelo franco arcilloso en condición húmeda. Fi = 0.9

diámetro/discos = 26 in = 66cm

Pt = (1/3) * (diámetro/discos) Pt = (1/3) * (66)

A = 652

B = 0 C = 5.1

Pt = 22 cm F = fi * Pt * AE * ( A + Bv + Cv2) AE=

F∗9.8 fi∗Pt∗( A+Cv 2)

AE=

F∗9.8 0.9∗22∗( 652+5.1 v 2)

AE=

0.495∗F (652+5.1 v 2)

Tabla 2. Valores de mis incógnitas en un rango de velocidad estipulado. Vel (km/hr)

F tractor (kgf)

3.23 4464.75 4.15 3474.97 4.69 3074.87 6.76 2133.31 7.59 1900.02 Fuente: autor del trabajo

AE (m)

n

3.1 2.3 2 1.2 1

7 5 4 3 2

Tan 41° = x/66 X = 57.4 = 57 cm AE/disco = 57 cm

F implemento kgf 4416.90 3437.97 3087.91 2145.81 1910.90

Traslapo/disco en suelos franco arcillosos es de 15 cm At/disco = AE/disco – traslapo/disco At/disco = 57 – 15 At/disco = 42 cm AE/arado – AE/disco = (n-1) At/disco AE AE − arado disco n−1= At /disco

F = fi * Pt * AE * (A + Bv + Cv2) F = 0.9 * 22 * AE * (652 + 5.1v2) F = 0.9 * 22 * 3.1 * (652 + 5.1(3.23)2)/9.8 F = 4416.90 kgf Características del implemento Vel= 4.15 km/hr

AE = 2.3 m

n=5

AE = n * Sp Sp = AE/n Sp = 2.3/5

Sp = 46 cm

Sp = 0.46 m

CTT =

v∗AE 10

CTT =

4.15∗2.3 10

CTT = 0.95 ha/hr

To = 1/ CTT To = 1/0.95 To = 1.05 hr/ha

Figura. 1 arado de discos

Fuente: autor del trabajo

CINCEL RIGIDO.

Assr = K * Pt *

Sp =

( 2∗Pt ) 0.9895

{

Rango de velocidad de 4 a 7 km/hr

( K∗Pt ) + Sp tan ∞

} * (n-1)

* K + Δs + Δp

Como K = Cr/Pt Supongo un Cr = 4.8 Entonces K = 4.8 / 30 entonces K = 0.16

( 2∗30 ) Sp = { 0.9895 Sp = 22.70 cm At = Sp * Pt At = 22.70 * 30

* 0.16} + 5 +8

At = 681 cm2

Assr = K * Pt *

{

Assr = 0.16 * 30 *

( K∗Pt ) + Sp tan ∞

{

} * (n-1)

( 0.16∗30 )+ 22.70 0.9895

} * (2-1)

Assr = 133.4 cm2

% de suelo sin remover = (Assr/ At ) * 100 % = (133.4/681) * 100 % = 19.6

F=

14421.15 v

(F tractor)

Tabla 3. Valores de mis incognitas en un rango de velocidad estipulado. Vel Ftractor (Kg-f) 4.15 3474.976 4.69 3074.872 6.76 2133.306 Fuente: autor del trabajo Fi = 1.2 suelo arcilloso Pt = 30 cm A = 300

B= 0

C=2

Sp= 22.70

n 12 11 7

F implemento (Kg-f) 3346.634 3155.321 2284.630

F = fi * Pt * AE * ( A + Bv + Cv2) F = fi * Pt * n * (Sp/100)* ( A + Bv + Cv2) F = 1.2 * 30 * n* (22.70/100) * (300 + 2v2) F = 8.172 * n (300 + 2v2)/ 9.8 Con base en la fuerza del tractor despejamos la formula y obtenemos el n F∗9.8 n = 8.172∗(300+2 v 2) Para v = 4.15 km/hr 3474.976∗9.8 n = 8.172∗(300+2(4.15)2 ) n = 12 Para la selección de mi cincel tengo en cuenta que Ftractor > F implemento Características de mi cincel # brazos = 11

Pt = 30 cm

Sp = 22.70

AE = n * Sp = 11 * 22.70 AE = 249.7 = 250 cm AE = 2.5 m (implemento) CTT =

v∗AE 10

CTT =

4.15∗2.5 10

CTT = 1.04 ha/hr

Figura 2. Esquema de cincel rígido.

To = 1/ CTT To = 1/1.04 To = 0.96 hr/ha

Fuente: autor del trabajo

Figura 3. Cincel rígido.

Fuente: autor del trabajo. CINCEL VIBRADOR. Pt = 20 cm A = 300

fi = 0.8 (suelo franco arcilloso seco)

B=0

Assr = K * Pt *

Sp =

( 2∗Pt ) 0.9895

Rango de velocidad de 7 a 12km/hr

{

C=2

( K∗Pt ) + Sp tan ∞

* K + Δs + Δp

Como K = Cr/Pt

} * (n-1)

Supongo un Cr = 3.4 Entonces K = 3.4 / 20 K = 0.17

( 2∗20 ) Sp = { 0.9895

* 0.17} + 5 +8

Sp = 19.87 At = Sp * Pt At = 19.87 * 20 = 397.4 At = 397 cm2

Assr = K * Pt *

{

Assr = 0.17 * 20 *

( K∗Pt ) + Sp tan ∞

{

} * (n-1)

( 0.17∗20 ) +19.87 0.9895

} * (2-1)

Assr = 79.96 cm2

% de suelo sin remover = (Assr/ At ) * 100 % = (79.96/397) * 100 % = 20.1 F=

14421.15 v

(F tractor)

Tabla 4. Valores de mis incognitas en un rango de velocidad estipulado.

Vel Ftractor (Kg-f) 7.59 1900.02 9.68 1489.79 11.03 1307.45 Fuente: autor del trabajo

n 14 9 7

F implemento (Kg-f) 1886.27 1423.42 1234.12

F = fi * Pt * AE * ( A + Bv + Cv2) F = fi * Pt * n * (Sp/100)* ( A + Bv + Cv2) F = 0.8 * 20 * n* (19.87/100) * (300 + 2v2) F = 3.18 * n (300 + 2v2)/ 9.8 Con base en la fuerza del tractor despejamos la formula y obtenemos el n F∗9.8 n = 3.18∗(300+2 v 2 ) Para v = 7.59 km/hr 1900.02∗9.8 n = 3.18∗(300+2(7.59)2) n = 14 Para la selección de mi cincel tengo en cuenta que F tractor > F implemento Características de mi cincel # brazos = 7

Pt = 20 cm

Sp = 19.87

AE = n * Sp = 7 * 19.87 AE = 139.09 = 139 cm AE = 1.39 m (implemento) CTT =

v∗AE 10

CTT =

11.03∗1.39 10

CTT = 1.5 ha/hr

To = 1/ CTT To = 1/1.5 To = 0.66 hr/ha

Figura 4. Cincel vibrador.

Fuente: autor del trabajo

ARADO SUBSOLADOR Rango de velocidad de 2 a 5 km/hr Pt = 40 cm

fi = 1.1 (suelo franco arcilloso relativamente seco)

A = 300 B = 0 C = 2 Assr = K * Pt *

Sp =

( 2∗Pt ) 0.9895

{

( K∗Pt ) + Sp tan ∞

* K + Δs + Δp

Como K = Cr/Pt Supongo un Cr = 6.6 Entonces K = 6.3 / 40 K = 0.157

} * (n-1)

( 2∗40 ) Sp = { 0.9895

* 0.157} + 5 +8

Sp = 25.7 At = Sp * Pt At = 25.7 * 40 = 1028 At = 1028 cm2

Assr = K * Pt *

{

( K∗Pt ) + Sp tan ∞

Assr = 0.157 * 40 *

{

} * (n-1)

( 0.157∗40 ) +25.7 0.9895

} * (2-1)

Assr = 203 cm2

% de suelo sin remover = (Assr/ At ) * 100 % = (203/1028) * 100 % = 19.7

F=

14421.15 v

(F tractor)

Tabla 5. Valores de mis incognitas en un rango de velocidad estipulado. Vel 2.01 2.89 3.23 4.15

Ftractor (Kg-f) 7174.7 4990.02 4464.75 3474.98

n 20 14 12 9

F implemento (Kg-f) 7110.99 5117.03 4443.66 3473.79

4.69 6.76 Fuente: autor del trabajo

3074.87 2133.31

8 5

3175.96 2258.51

F = fi * Pt * AE * ( A + Bv + Cv2) F = fi * Pt * n * (Sp/100)* ( A + Bv + Cv2) F = 1.1 * 40 * n* (25.7/100) * (300 + 2v2) F = 11.31 * n (300 + 2v2)/ 9.8

Con base en la fuerza del tractor despejamos la formula y obtenemos el n F∗9.8 n = 11.31∗(300+2 v 2 ) Para v = 7.59 km/hr 7174.7∗9.8 n = 11.31∗(300+2(2.01)2)

n = 20 Para la selección de mi subsolador tengo en cuenta que F tractor > F implemento Características de mi subsolador # brazos = 9 Pt = 40 cm

Sp = 25.7

AE = n * Sp = 9 * 25.7 AE = 231.3 = 231 cm AE = 2.3 m (implemento)

CTT =

v∗AE 10

To = 1/ CTT

CTT =

4.15∗2.3 10

CTT = 0.95 ha/hr

To = 1/0.95 To = 1.05 hr/ha

Figura 5. Subsolador.

Fuente: autor del trabajo

RASTRO ARADO Diámetro/disco = 61 cm Para un suelo húmedo el angulo de inclinación vertical = 15° Angulo de inclinación horizontal = 43 ° D” = 61 cm * cos 43° * cos 15° = 43.1 cm At/disco = 21.5 cm

Asumimos un traslapo de 15 cm AE/disco = 21.5 + 15 = 35.54 cm Si tenemos que el angulo del bastidor es de 22° Sep/disco = 21.5/sen 22 Sep/disco = 57.51 cm F = 1.9 * M; M = (peso/disco) * n

F=

14421.15 v

;

v= 6.76 km/hr

F = 2133.31 kg-f Peso/disco = 50 kg n=

F 1.9∗peso/disco

n=

2133.31 1.9∗50

n = 22 Dispongo de dos bastidores, cada uno con 11 herramientas para un total de 22 en total. AE = n * Sp AE = 11 * 57.51 AE = 632.6 cm AE = 6.3 m CTT =

v∗AE 10

CTT =

6.76∗6.3 10

To = 1/ CTT To = 1/4.26

CTT = 4.26 ha/hr

To = 0.23 hr/ha

LABRANZA SECUNDARIA RASTRAS DE DISCO. Diámetro/disco = 45 cm

Pt = 15 cm

Angulo inclinación vertical = 15° Angulo inclinación horizontal = 43° D” = 45 cm * cos 43 * cos 15 = 31.8 cm At/disco = D”/2 = 31.8/2 = 15.9 cm

Asumimos un traslapo de 13 cm AE/disco = At/disco + traslapo AE/disco = 15.9 + 13 AE/disco = 28.9 cm = 29 cm Si el ángulo del bastidor es de 20° Sep/disco = (At/disco) / (sen 20) Sep/disco = (15.9) / (sen 20) Sep/disco = 46.5 cm

F = 1.9 * M; M = (peso/disco) * n

F=

14421.15 v

;

v= 6.76 km/hr

F = 2133.31 kg-f Peso/disco = 50 kg n=

F 1.9∗peso/disco

n=

2133.31 1.9∗50

n = 22 Se pueden disponer de 4 bastidores en v; cada uno con 5 herramientas para un total de 20.

AE/implemento = n * Sp = 5 * 46.5 * cos 20 * 2 AE = 428.5 cm

CTT =

v∗AE 10

CTT =

6.76∗4.285 10

To = 1/ CTT To = 1/2.9

CTT = 2.9 ha/hr

To = 0.34 hr/ha

Figura 6. Rastra de discos.

Fuente: autor del trabajo. PULIDOR VIBRATORIO Lb = 20 cm

Pt = 12 cm

∞ = 44.7 ° Asumo un Cr = 2.06 cm K = Cr/Pt K = 2.06/12 = 0.1716 Sp =

2∗Pt tan ∞

* K + Δp + Δs

Δs = 5

Δp= 4cm

Sp = (

2∗12 0.9895

* 0.1716) + 5 + 4

Sp = 13.2 cm

Si area total = T * Sp At = 12 * 13.2 At = 158.4 cm2 Assr = K * Pt *

{

( K∗Pt ) + Sp tan ∞

Assr = 0.1716* 12 *

{

} * (n-1)

( 0.1716∗12 ) +13.2 tan 44.7

} * (2-1)

Asrr = 31.75 cm2

% de suelo sin remover = (Assr/ At ) * 100 % = (31.75/158.4) * 100 % = 19.9

Para calcular el número de herramienta tenemos: La fuerza demandada por cada brazo es de 2.5 cv 2.5 cv brazo

*

1 kw 0.7344 cv

¿ herramientas=

*

1.34 hp = 4.56 hp/brazo 1 kw

52.68 hp 4.56 hp

# Herramientas = 11.6 # Herramientas = 12

AE = n * sp ; escogemos un n de 7 AE = 7 * 13.2 = 92.4 cm AE = 0.924 m El rango de velocidad está entre 6 y 8 por lo tanto escojo 6.76 km/hr CTT =

v∗AE 10

CTT =

6.76∗0.924 10

CTT = 0.62 ha/hr

Figura 7. Pulidor vibratorio.

To = 1/ CTT To = 1/0.62 To = 1.6 hr/ha

Fuente: autor del trabajo. ARADO ROTATIVO. Arado rotativo – rotovador (3 puntos) El ancho de trabajo por arado varía entre 1.35 y 2 At/arado = 1.55 m 18 cuchillas a la izquierda 18 cuchillas a la derecha Son 6 cuchillas/disco # discos =

¿ cuc h illas ¿ cuc h illas/disco

# discos =

18 cuc h illas 6 cuc hillas /disco

# discos = 3 Este número de discos equivale a lado y lado del implemento, por tanto nos queda con 6 discos en total. Sep/discos =

At /arado ¿ disco

Sep/discos =

1.55 m 6

Sep/discos = 0.26 m = 26 cm

Dentro del rango de velocidades con el que trabaja este implemento selecciono 3.23 km/hr CTT =

v∗AE 10

To = 1/ CTT

CTT =

3.23∗1.55 10

To = 1/0.5

CTT = 0.5 ha/hr

To = 2 hr/ha

SIEMBRA Sembradora de precisión (grano grueso) Velocidad de avance 8 km/hr – 10 km/hr Sep/semillas = 90 cm = 0.9 m AE = 1.8 m Velocidad real = 9.68 km/hr # herramientas = 2 Sembradora a chorrillo (grano grueso) Sep/semillas = 0.9 m AE = 1.8 m Velocidad real = 9.68 km/hr # herramienta = 2 CTT =

v∗AE 10

To = 1/ CTT

9.68∗1.8 10

CTT =

CTT = 1.7 ha/hr

To = 1/1.7 To = 0.59 hr/ha

Para el cálculo de horas disponibles de la labor de prelabranza hasta la siembra tenemos: 8 hrs dia

*

5 dia = 40 hrs/semana semana

Los días de descanso del tractor por mantenimiento serian 2 días/semana

2 dias mes

* 3 meses = 66 días laborables

24 días corresponden al mantenimiento

16 hrs dia

* 66 días = 1056 horas laborables.