Optimizaän del consumo energéticoen la agricultura

Luis MárquezDr. Ing. Agrónomo

La intensificación de la producción agrariaha podido hacerse gracias a lo que se conocecomo medios de producción: semillas, abonos,fitosanitarios, equipos mecánicos de todo tipo,que se pueden resumir en un solo concepto:energía de apoyo complementaria del aportesolar. Hay una correlación directa entre la pro-ducción final y el consumo energético por uni-dad de superficie.

La historia de la humanidad ha sido la del do-minio de la energía. Al disponer de fuentes deenergía diferentes de la muscular se ha podidomultiplicar la producción de alimentos que, enel comienzo, dependía, tanto en la produccióncomo en el transporte y en la elaboración, de laenergía que proporcionaban los hombres y losanimales domesticados.

La estacionalidad de las cosechas, consecuen-cia de las variaciones climáticas producidas a lolargo del año, reduce notablemente los tiemposde implantación y de recolección de los culti-vos, por lo que las superficies que se podíancultivar quedaban limitadas por la disponibi-lidad de mano de obra en determinadas épocasdel ario.

Con la ayuda de los animales de tiro y de losaperos de labranza y de recolección, el agricul-tor europeo multiplica su capacidad de trabajopor 7; posteriormente, con la energía mecáni-ca procedente de los motores de combustión

interna, por más de 70, en relación con la delagricultor que solo disponía de herramientasde mano.

Para comprender la situación actual convienea veces mirar hacia atrás. El hombre primitivono disponía de más fuentes de energía que ladel Sol, la de sus músculos y, posteriormente,la del fuego de leña.. Más tarde cuenta con losanimales domésticos y con otras fuentes natura-les, como las del agua y del viento para moverlos molinos.

Esto hizo que las primeras civilizaciones de-pendieran fundamentalmente de los esclavos:300 000 para 34 000 atenienses; 130 millo-

Al disponer de fuentesde energía diferentes dela muscular se ha podidomultiplicar la producción dealimentos que, en el comienzo,depemlia, tanto en la producción -como en el transportey en la elaboración, de la energíaque proporcionaban los hombres4y los animales domesticados

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niiiiltheite l 96/ Septiembre 2011

Optimización del consumo energético en la agricultura

nes para 20 millones de ciudadanos romanos.Además, todos los países ribereños del Me-diterráneo fueron desboscados para disponerde leña combustible. En la Edad Media, lossiervos reemplazaron a los esclavos. No hayque olvidar que la producción de alimentos yel transporte eran la base de la actividad econó-mica de nuestros antepasados.

LA ENERGÍA FÓSIL

EN LA AGRICULTURA

La capacidad del hombre para modificar el me-dio natural depende del volumen y del tipo deenergía que puede manejar, pero solamente el5% de la energía fósil consumida anualmentese utiliza en operaciones agrícolas.

Con la energía mecánica producida por el es-fuerzo del hombre, ayudado por los animalesde tiro, solo se puede alcanzar un nivel de sub-sistencia. Contar con recursos energéticos com-plementarios de los aportados por el Sol, rela-tivamente baratos, incrementa notablemente larenta del agricultor.

Hace menos de 300 arios, los combustiblesdisponibles eran la madera y carbón derivado,la energía del viento o del agua para moler elgrano, el aceite para la iluminación nocturna yla fuerza humana y animal para cultivar, trans-portar, etc.

Hace menos de 200 arios, la esperanza devida en Europa era de solo 38 arios. Se ne-cesitaba trabajar 72 horas por semana; lasmujeres trabajaban todavía más. Las épocasfrías o secas generaban déficits alimentarios ycarencias (no había legumbres frescas). En al-gunas regiones de la Tierra, todavía continúaeste modo de vida, incluso dentro de áreasgeográficas desarrolladas, especialmente en elmedio rural.

Con la Revolución Industrial (y agrícola) la si-tuación empieza a cambiar. Así, la explotaciónde minas de carbón, el descubrimiento del pe-tróleo, la utilización de la electricidad, la inven-

morriteimitel 90 / Septiembre 2011

ción del motor de explosión, etc., proporcionanfuerza motriz utilizando recursos energéticosnaturales, generalmente no renovables. La tec-nología libera al hombre del trabajo físico; la po-blación en su conjunto vive mejor, y no solounos privilegiados.

El nivel alcanzado en el consumo de energíapara la agricultura permite establecer diferen-cias entre países ricos y pobres. Los paráme-tros de referencia son el consumo energéticopor persona y por unidad de superficie. Perono siempre el ecosistema es capaz de sopor-tar el impacto ocasionado por la llegada con-tinuada de esta energía externa bajo formasdiversas: labores, fertilizantes, riego, etc., yevoluciona hacia un agrosistema más o menosestable dependiendo de la fragilidad del me-dio considerado.

En general, las técnicas de producción van bus-cando un equilibrio entre el coste de la tierra(abundancia o escasez) y el de la mano de obra,en comparación con los precios agrícolas.

El consumo de energía fósil en la agriculturatiene poca importancia relativa en el consumomundial, pero con ella se incrementa notable-mente la productividad, y esta energía se uti-liza principalmente en la motorización de laagricultura, en la fabricación de los agroquími-cos, en el riego mecanizado y en la desecacióny otros procesos realizados con las cosechasque hacen posible su conservación. Tampocohay que olvidar el consumo energético para laclimatización de los edificios agrícolas y gana-deros, y para el transporte de las cosechas hastael consumidor, que aumenta a medida que estese aleja de los lugares de producción.

Gracias a la energía fósil utilizada en la agricul-tura es posible alimentar a una población encrecimiento exponencial. Así, un cazador-reco-lector necesitaba para alimentar a su familia unasuperficie de 200 a 5000 ha/persona; la agricul-tura nómada, de la que todavía se alimentan 250millones de personas, necesita una superficie de4 ha/persona. Con la agricultura tecnificada sepueden alimentar más de 25 personas/ha.

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Si bien es cierto que el aumentode la producción agrícola estádirectamente relacionadocon el consumo de energíafósil, el objetivo económicoy ambiental que se planteaes el de romper esta relación,optimizando el consumoenergético en la agricultura

Luis Márquez

Se puede poner un ejemplo que permite rela-cionar el consumo energético con la producciónpara diferentes niveles de tecnificación en uncultivo como el arroz. Con el nivel de tecnifi-cación que se aplica en agricultura desarrolladase necesita utilizar 65 000 MJ/ha de energía fó-sil, en la que se incluye el combustible para lasoperaciones mecanizadas, la que llega en formade agroquímicos (fertilizantes y fitosanitarios),la necesaria para el secado y la que consumenlos equipos de riego. Esto permite alcanzar unproducción media de unos 6 000 kg/ha. En elcaso de que el riego no sea necesario, la reduc-ción en el consumo de energía puede ser hastadel 40%.

En una región con tecnología intermedia elconsumo energético se reduce a la décima parte(unos 6 500 MJ/ha), energía consumida en un70% en fertilizantes, y el resto, en operacionesmecanizadas, para producir menos de 3 000kg/ha de arroz. Con el nivel mínimo de tecnifi-cación, solo se utilizan 175 MJ/ha, fundamen-talmente como energía de apoyo a la prepara-ción del suelo, y la cosecha de arroz se reduce apoco más de 1 250 kg/ha.

En las diferentes regiones geográficas, en fun-ción de las superficies disponibles y de la po-blación que la ocupa y de su nivel de desarro-llo, se han establecido modelos de consumoenergético que dan preponderancia a la energíanecesaria para el funcionamiento de las máqui-nas, o la energía para la fabricación de fertili-zantes y fitosanitarios.

Así, en las regiones de baja población con tra-bajo caro y escaso, se ha producido un incre-mento de la energía mecánica, para aumentarproductividad de la unidad de trabajo-hombre.Por el contrario, con tierra escasa y costosa,se ha dado preponderancia la utilización de laenergía en forma de agroquímicos para aumen-tar la productividad superficial, aunque estoconlleva mayor riesgo ambiental.

En resumen, el consumo de energía condi-ciona el desarrollo de un país y su nivel devida (desarrollo social), ya que permite redu-

cir el tiempo de trabajo y el esfuerzo físico,pero significa un incremento en los costesde producción que solo se compensa con efi-cacia productiva.

La estrecha relación entre la mecanización y ladistribución de los fertilizantes hace aconseja-ble analizar la optimización de ahorro energéti-co de forma conjunta, ya que no se puede pro-ducir un ahorro energético en la fertilización sino se consigue mecánicamente colocar el ferti-lizante de forma que sea aprovechado por lasplantas.

Si bien es cierto que el aumento de la produc-ción agrícola está directamente relacionadocon el consumo de energía fósil, el objetivoeconómico y ambiental que se plantea es el deromper esta relación, optimizando el consumoenergético en la agricultura.

En algunos casos, la optimización del consu-mo energético en la agricultura está relacionadacon factores que solo se pueden introducir en eldiseño de las instalaciones o en la adquisiciónde los equipos y, en cierto modo, se independi-zan de la forma en que actúa el usuario, comopueden ser con las instalaciones agrícolas y ga-naderas (edificios, sistemas de riego, etc.), o lainfraestructura de transporte local con tractoresy remolques. Conviene recordar que aproxima-damente el 20% de los tiempos de utilizaciónde los tractores agrícolas en España se dedicana operaciones de transporte.

138 miä.+Vhdk2r,, NI I Septiembre 2011

Con lasiembradirecta, elconsumo decombustiblese reduce almínimo,pero nosiempreresultaposibleesta opciónde formacontinuada.

Optimización del consumo energético en la agricultura

En otros casos, son el empresario agrícola y elconductor de tractores y máquinas autopropul-sadas los que con su actuación pueden reducirel consumo de energía. Son las que seguida-mente se tratan con mayor detalle.

OPTIMIZACIÓN DEL CONSUMODE COMBUSTIBLEEN LAS OPERACIONES DE CAMPO

Las operaciones agrícolas en las que la de-manda de combustibles fósiles es más elevadaestán relacionadas con el trabajo del suelo yla implantación de los cultivos. En un nivelinferior, las de recolección, más importante enlo que se relaciona con el secado de las cose-chas.

la superficie con posterioridad a la recogida delcultivo anterior.

En las situaciones en las que la siembra directacontinua no resulta posible, la alternativa paraoptimizar el consumo de energía es la labranzareducida, que en muchas ocasiones compite enbeneficio, aunque el ahorro energético sea algomenor.

RACIONALIZACIÓNDE LAS OPERACIONES DE CULTIVO

Hay que destacar que las operaciones de tra-bajo profundo del suelo son las que deman-dan mayor consumo de energía. Así, una ara-da a 28 cm de profundidad necesita entre 22

En consecuencia, una reducción del trabajodel suelo, permite optimizar el consumo decombustible. De aquí el interés que toma la"siembra directa" y la "labranza reducida" en laagricultura actual. La siembra directa, que seriala más interesante desde una perspectiva ener-gética, permite reducir en un 75% el consumode combustible con respecto al laboreo tradi-cional realizado con arado de vertedera, perono todos los suelos admiten que se utilice estatécnica de forma continua. Va a depender desu contenido de arcilla y de materia orgánica,del grado de humedad con el que se trabaja,y de un manejo que evite la compactación delas capas profundas y que mantenga nivelada

DG! Septiembre 2011

y 30 litros de gasóleo por hectárea, según setrate de un suelo ligero o de un suelo fuerte.El consumo por hectárea puede aumentar enun litro por cada centímetro de incrementode la profundidad de trabajo. Se puede redu-cir la profundidad de intervención tomandoen consideración el desarrollo radicular de laespecie vegetal considerada. Pero el arado devertedera no es la única herramienta disponi-ble. Con el empleo del chisel los consumos decombustible por hectárea se pueden disminuiren casi un 50%.

En cualquier caso, la reducción de operacionesinnecesarias y de la profundidad de trabajo, y

cour.ohiaih 139

Luis Márquez

el empleo de aperos combinados, permiten me-jorar la eficiencia energética. Además, un aperobien diseñado y regulado adecuadamente pue-de reducir el consumo de combustible en másde un 10%.

El laboreo primario con arado de vertedera

La consistencia del suelo (textura y estructura),y su contenido de humedad afectan a la resis-tencia que ofrece el suelo que se pretende vol-tear con la vertedera. Cuando se mide esta re-sistencia de manera experimental aparece unagran variabilidad, con valores que se encuen-tran entre los 30 y 70 daN/drn 2 de sección tra-bajada, siempre contando con que el suelo estáen unas condiciones apropiadas de humedadque favorecen este tipo de labor. Si las condi-ciones son desfavorables la resistencia al corte yvolteo del suelo puede ser mucho mayor, alcan-zándose valores próximos a los 100 daN/cm2.

: Para que un arado de vertedera trabaje de ma-nera adecuada conviene que la profundidad delabor sea aproximadamente igual al 70% de laachura de corte del cuerpo utilizado, con unaoscilación admisible del ±15% de esta profundi-dad. Esto significa que un arado de vertedera concuerpos de 16 pulgadas (40 cm de anchura decorte) puede trabajar a profundidades entre 21y 32 cm, con un valor medio aconsejado de 28.En consecuencia, la profundidad de trabajo que

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4

se necesite debe servir de referencia para elegirla anchura de los cuerpos en un arado, con in-dependencia del número de cuerpos que monte,ya que de esta manera el arado trabaja mejor ydemanda un menor esfuerzo de tracción.

Tomando como velocidad real de avance la de6,5 km/h, sobre la base de los ya indicados va-lores experimentales de resistencia del suelo(30 a 70 kN/dm2), las potencias necesarias porcada decímetro de anchura de trabajo se repre-sentan en el gráfico 1.

En consecuencia, trabajando con un trisurcode 16", lo que indica que la anchura de labordebería de ser de 40 x 3 = 12 decímetros, lapotencia neta a la barra requerida por el arado,trabajando a 25 cm de profundidad en un suelode tipo medio, sería de:

2,53 [kW/dm] x 12 [dm] = 30,3 kW

Lógicamente el motor del tractor tiene que su-ministrar una potencia mayor, ya que hay quecontar con las pérdidas en la transmisión, y conlas que se producen por rodadura y por desliza-miento. También hay que considerar el puntode funcionamiento del motor, que nunca podráser el de plena potencia, sino, como máximo, el75%-85% de esta. Por último, el motor perderápotencia con el uso, por lo que conviene contarcon un margen suficiente.

Gráfico 1.Potenciade tracciónnecesaria pordecímetro deanchura detrabajoen distintostipos de suelocon arados devertedera.

u12'- 30/21 14"- 35/25 16"- 40/28 18"- 45/32 20"- 40/35

l• ligero 1,14 1,35 1,52 1,73 1,90

II mediano 1,90 2,26 2,53 2,89 3,16

fuerte 2,65 3,16 3,54 4,04 4,42

III extra 3,41 4,06 4,55 5,20 5,69

140 eliiihtNilLb 98 Septiembre 2011

Optimización del consumo energético en la agricultura

En consecuencia, los 30,3 kW se pueden con-vertir en prácticamente el doble, o sea, 60,7 kW,

que equivalen aproximadamente a 82,5 CV,algo razonable, para arrastrar un trisurco de 16pulgadas en un suelo de tipo medio, con pro-fundidad de 28 cm. Se podría ser más precisopara unas condiciones mejor definidas, pero lavariabilidad en la resistencia del suelo con sóloel cambio del contenido de humedad, hace queconvenga actuar con un buen margen de segu-ridad.

El consumo de combustible con esta labor sepuede calcular en función del consumo especí-fico a partir de la potencia del tractor elegido,suponiendo que trabaja con un régimen de cargamedia-alta. En estas condiciones se estima que elconsumo sería de 0,207 L/h.kW, lo que equivale,para un tractor de 60,7 kW a 12,6 L/h.

El consumo de combustible por hectárea labra-da, tomando en consideración que la anchurade este apero es de 1,20 m y que trabaja a6,5 km/h, con una capacidad efectiva de trabajode 0,63 ha/h, sería de unos 20 1/ha.

Si se hubiera considerado un suelo fuerte (70daN/drn2 de resistencia al corte y volteo), loque puede ser como consecuencia de mayorcontenido de arcilla, o de que el contenidode humedad en el momento de arar no es eladecuado (suelo seco o muy húmedo), con elmismo arado y manteniendo la velocidad detrabajo, la potencia necesaria habría subido a85 kW El consumo de combustible, sobre labase de 0,207 L/h.kW, aplicado ahora a 85 kWsería 17,6 Uh, y a 28,2 L/ha.

Calculados estos valores, se pueden compararcon los valores medidos en diferentes determi-naciones experimentales, como la que resumelas medidas de campo efectuadas sobre trac-

tores de agricultores que trabajan en sus par-celas, publicadas por profesores de las Univer-sidades de Castilla-La Mancha (Albacete) y deLeón, en un estudio financiado por el MAPA.

En el citado estudio, para labores de vertedera,sobre la base de 28 cm de profundidad, se danlos consumos, en Uha, que aparecen en la ta-bla 1.

Esto quiere decir que los cálculos anteriores seaproximan a los valores medidos para un con-junto de agricultores trabajando en suelos deconsistencia media: 20 Uha en suelos ligerosy 28 L/ha en suelos pesados, lo que sirve paravalidar el procedimiento de cálculo utilizado enel análisis.

Como las condiciones de suelos fuertes y secosson frecuentes en lo que se conoce como Espa-ña "seca", predecir el consumo de combustibleen arada, a razón de un litro por cada centíme-tro de profundidad, suele dar valores bastanteaproximados a los reales, especialmente cuan-do está también la influencia de la pendiente,que no ha sido considerada en los cálculos an-teriores.

Esto significa que, a 28 cm de profundidad,el consumo puede ser de 28 Uha en un suelofuerte, pero también que, por cada centímetroen el que se reduzca la profundidad de trabajo,el consumo se reduce a razón de 1 [/ha. Enconsecuencia,. si con 20-22 cm hay suficientepara el cultivo considerado, como sucede conlos cereales de invierno, no tiene sentido arara 30-32 cm de profundidad, como se hace enmuchas ocasiones. Para el caso de que se quie-ran eliminar suelas de labor para facilitar el dre-naje del suelo, los subsoladores y descompac-tadores pueden hacerlo con más eficacia y conmenor consumo de combustible.

Tabla 1. Consumos medidos arando con vertedera

Apero ligera/baja ligera/alta pesada/baja pesada/alta

Vertedera (28 cm) 18 22 26 30

KuuflitealkJ 80 / Septiembre 2011 141

Profundidad Potencia neta tracción

[cm]

iTractor recomendado

[CV] -

Luis Márquez

Aperocombinadopara labranzareducida.

El chisel como alternativa

Cada vez es más frecuente en los medios áridossustituir el arado de vertedera por otros aperoscomo el chísel, solo o combinado con discosselladores y rodillos, para hacer el laboreo pri-mario en una sola pasada.

El menor contenido de humedad necesariopara esta labor, la mayor velocidad de traba-jo que puede conseguirse, así como un efec-to sobre el suelo más favorable si se necesitacontrolar la erosión, hacen del chísel un aperointeresante para las zonas agrícolas en las queel agua es escasa, como sucede en los países delárea mediterránea.

También el chísel permite un ahorro de com-bustible, ya que la profundidad de trabajo sueleser menor que con la vertedera, y se producemenor pulverización del suelo. Esto no sucedecuando se confunde lo que debe ser una laborcon chísel y se pretende que este apero trabajecomo un subsolador-descompactador a 30 cmde profundidad.

En la tabla 2 se presentan los valores obtenidosal calcular la potencia necesaria para arrastrarun chísel de 3 m de anchura de trabajo a 8km/h de velocidad real, a profundidades de 18y 20 cm en un suelo ligero y en un suelo fuerte,teniendo en cuenta que la resistencia específicadel suelo al paso de este apero es algo menorque con la vertedera.

El consumo de combustible con este apero enlos diferentes casos, utilizando para los trac-tores con la potencia correspondientes el co-eficiente de consumo de 0,207 Uh.kW (cargadel motor alta), permite deducir los consu-mos de combustible que se presentan en latabla 3.

Los valores de consumo obtenidos en las me-didas de campo reseñados en la citada publica-ción del MAPA, y que se presentan en la tabla 4,son algo más altos que los anteriormente calcu-lados, lo que es una consecuencia del exceso deprofundidad con el que habitualmente se tra-

Tabla 2. Potencia necesaria para un arado chisel de 3 m de anchura a 8 km/h de velocidadreal

Con resistencia específica: 30 daN/m (suelo normal)

18 12,00 36,0 72,0 97,9

22 14,67 44,0 88,0 119,7

Con resistencia especifica: 50 daN/m (suelo fuerte)

Profundidad Mena* neta tracción

Tractor recomendado

[cm) kW/m

[k

18 20,00 60,0 120,0 163,2

22 24,44 73,3 146,7 199,5

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90/ Septiembre 2011

Optimización del consumo energético en la agricultura

Tabla 3. Consumos de combustible trabajando con chísel de 3 m de anchura a 8 lun/hde velocidad real

Ligero

Profundidad ...,(cm) .111k .

., ConsumoLAt.

Capacidad de trabajoitath

superficie

7,818 14,91,92

22 18,2 9,5

Fuerte18 24,8

1,9212,9

22 30,4 15,8

Tabla 4. Consumos medidos arando con chisel

, -,-,, e Amelo elpheel

Apero ligera/baja ligera/alta

trabajól,

pesada/baja pesada/alta

15 1 18Chtsel (22 cm) 9 12

baja con este tipo de apero, como si se tratarade un descompactador.

Cuando se hace al chísel trabajar a mayor pro-fundidad, el ángulo de ataque del brazo en elsuelo se pone recto o, incluso, obtuso, con locual se producen sobrecargas que aumentanla resistencia al avance, que sólo puede ven-cer trabajando más despacio, algo que siempreafecta negativamente a la calidad del trabajo delchísel.

En resumen, el chísel trabajando a una profun-didad máxima de 20-22 cm, es un apero quepermite reducir el consumo de combustiblecon respecto al del arado de vertedera.

ADECUAR EL APERO A LA POTENCIADEL TRACTOR

Suele ser bastante frecuente, cuando se renue-van los tractores, que el nuevo supere amplia-mente la potencia del anterior, pero los aperossiguen siendo los mismos.

Analizando el caso de un arado de vertedera de16 pulgadas trabajando en un suelo ligero a 28cm de profundidad, se dedujo que con 83 CVde potencia habría suficiente y, de esta manera,el consumo de combustible estaría alrededorde 20 Uha.

KraleNridee ti / Septiembre 2011

Si el propietario decide comprar un tractor demás potencia, como pueden ser uno de 120CV, el consumo de combustible aumentaríacomo consecuencia de que, al trabajar el mo-tor del tractor con menor carga, se hace me-nos eficiente. Con un nivel de carga medio,el consumo esperado sería de 0,150 Uh porcada kW de potencia (frente a los 0,207 Uh.kW con carga alta), que aplicado a los 88 kWde potencia del nuevo tractor, llevaría a 13,2Uh y a 21 [iba, o sea, 1 [iba más con el nuevotractor más potente trabajando con el mismotrisurco .

En unas pruebas públicas recientemente rea-lizadas, se puso claramente de manifiesto laimportancia de la compatibilidad tractor-aperopara reducir el consumo de combustible.

Así, el hecho de incorporar un preparador delsuelo a una sembradora permite hacer la pre-paración del lecho de siembra y la siembra enuna sola pasada, con lo que casi se duplica lacapacidad de trabajo del tractor y se ahorra másde un 35% de combustible con respecto a loque serían las operaciones separadas.

Pero lo más significativo de dichas pruebas fueponer de manifiesto que utilizando el mismotractor con aperos iguales, pero con diferenteanchura de trabajo se conseguían ahorros es-pectaculares. Así con el chísel de 2,60 m de an-

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Luis Márquez

La utilizaciónde aperoscombinadospermiteadaptarlos ala potenciadel tractor.

chura, se consumían 13,1 [ih, equivalentes a10,7 L/ha; con el de 4,50 m, si bien el consumopor hora aumentaba hasta 17,1 L/h, el superfi-cial se reducía a 8,2 Uha, o sea, un ahorro degasóleo del 23%.

En consecuencia, el incremento de la poten-cia de los tractores sin modificar la anchurade trabajo de los aperos disponibles, no es lamejor manera de mejorar la eficiencia ener-gética.

ADAPTACIÓN DE LOS TRACTORESAGRÍCOLAS A LAS OPERACIONESQUE REALIZAN

El tractor agrícola es una unidad energética-mente incompleta, diseñada como polivalente,que se puede adaptar a las distintas operacio-nes de campo para conseguir optimizar su con-sumo energético.

Los fabricantes han buscado soluciones parareducir consumo de los motores que se utili-zan en los tractores agrícolas, a pesar de quela reducción en las emisiones gaseosas, para

cumplir la legislación medioambiental, tien-de a penalizarlos. Para reducir las emisionesde gases de efecto invernadero (especialmenteN0x) en los escapes de los motores utilizadosen las operaciones agrícolas, sin que aumenteel consumo de combustible hasta el nivel IIIB,

se ha tenido que recurrir a la incorporación dela recirculación de los gases de escape (EGR),junto con el turbo de geometría variable en laadmisión, presiones de inyección del combus-tible próximas a los 2000 bar y filtro de par-tículas en el escape, o bien a la tecnología dereducción catalítica selectiva (SCR) con inyec-ción de una solución de urea sobre los gases deescape. En ambos casos se incrementa el costede fabricación del tractor sin que aumenten susprestaciones.

Lo que pueden conseguir los fabricantes me-jorando los motores, resulta mínimo con loque está en las manos del usuario adaptando eltractor al tipo de trabajo que realiza.

Que un tractor sea "ahorrativo" no es una con-secuencia exclusiva del diseño de su motor, nisiquiera lo más importante, ya que dependefundamentalmente de la forma en que se uti-

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Watilhafin 90 / Septiembre 2011

Optimización del consumo energético en la agricultura_

lice ese tractor. Conseguir un 5% de ahorrocon nuevos diseños de motores supone inver-tir en investigación muchos millones de euros,sin embargo, evitar el despilfarro del 25% delcombustible realmente consumido en la ex-plotación puede conseguirse con sólo respetarunas reglas sencillas por parte del usuario, quese resumen a continuación.

Buen mantenimiento del tractor

Se debe mantener el motor en buenas condicio-nes de uso con las revisiones periódicas nece-sarias, atendiendo en especial al estado del:

• Filtro del aire (grado de limpieza).• Inyectores y bomba de inyección.

Un motor que emite gran cantidad de humopor el escape indica claramente que quema malel combustible, que en vez de transformarse entrabajo se desperdicia. Comprobando el estadode los tractores en servicio, se detectan consu-mos que superan en el 10% la de los mismosequipos cuando fueron presentados al EnsayoOficial de Homologación.

Correcta utilización del motor

El consumo de un motor varía con su régimende rotación y con la carga que se le impone.Actuando sobre el acelerador y sobre la caja decambios se puede conseguir que el motor fun-cione en el punto de mejor transformación delcombustible, que no coincidirá con el de máxi-ma potencia del motor. El usuario atendiendoa las indicaciones de cuentarrevoluciones puedesaber si está utilizando correctamente el motor.

Como orientación general y en función del tipode labor realizada, los mejores resultados sepueden obtener:

a) Para labores pesadas (como labor de alzar)

• Colocar la palanca del acelerador con el em-brague pisado para que el motor gire entre el75% y el 80% del régimen nominal. En losmotores de nueva generación este régimen

tiiiiin4154iie 98 / Septiembre 2011

de funcionamiento recomendado está dentrode la zona de "potencia constante".

• Buscar entre las distintas velocidades del cam-bio la que, con el equipo en trabajo y sin tocarel acelerador, produzca una caída de vueltasde unas 200-250 revoluciones por minuto.

Si la caída de vueltas fuese mayor, la marchaelegida sería demasiado larga; si fuese menor,se estaría utilizando una marcha demasiadolenta y que "carga" poco el motor.

b) Para labores de cultivador

• Colocar la palanca del acelerador para queel motor en vacío gire entre el 60% y el 65%del régimen nominal.

• Proceder a seleccionar la velocidad del cam-bio como se indica en el apartado anterior.

En el caso de que la velocidad de avance vengaimpuesta por las condiciones agronómicas, sedeberá trabajar con aperos de la mayor anchuraposible compatible con la potencia del tractor.

Buen rendimiento de las transmisiones

Se deben respetar escrupulosamente las nor-mas del fabricante en cuanto a la viscosidaddel aceite lubricante empleado. Un lubricantedemasiado viscoso incrementa inútilmente elconsumo de combustible por aumento de lasresistencias internas.

Las transmisiones con cambios en carga y ges-tión automática y los cambios sin escalones(CVT/IVT) hacen este ajuste de manera auto-mática, siendo las "estrategias de gestión" lasque controlan la eficiencia energética de lostractores más modernos, especialmente en lascondiciones de trabajo con suelos de resisten-cia y pendientes variables de muchas parcelasagrícolas. Permiten optimizar el funcionamien-to del régimen del motor con la relación delcambio, especialmente cuando los motores tra-bajan a media carga, compensando la menoreficiencia de la parte hidrostática de la trans-

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Luis Márquez

misión con el funcionamiento del motor en elpunto óptimo de consumo de combustible.

Reducir al mínimo las pérdidas entre ruedasy suelo

• Pérdidas por deslizamiento (o patinarniento)

En labores que requieren gran esfuerzo detracción, el aumento de peso es necesario, y eltractor debe lastrarse como se indica a conti-nuación.

El lastrado esimprescindiblecuandose realizangrandesesfuerzos detracción

En la transmisión rueda-suelo es donde se pro-ducen los mayores desperdicios de energía. Lascausas de estos desperdicios son:

• Pérdidas por rodadura

Debidas a la resistencia que opone el suelo aldesplazamiento del tractor y que en cada con-dición del suelo son mayores cuando se incre-menta el peso del tractor.

Trabajar con un tractor grande y un apero pe-queño consume inútilmente combustible paraasegurar el desplazamiento del conjunto. Enlos trabajos con la toma de fuerza y en laboresligeras se reducen las pérdidas por rodaduraquitando las masas adicionales de lastre que eltractor pueda llevar.

Se manifiesta por una reducción de la veloci-dad real de avance del tractor, afectando a lasuperficie que se trabaja en un tiempo determi-nado. Aumenta considerablemente cuando elesfuerzo de tracción que debe realizar el trac-tor es grande comparado con el peso de este. Amenudo se olvida que pasar de un patinamien-to del 10% al 25% significa perder un 17% deltrabajo sin que cambie el consumo horario, loque representa un mayor consumo por hec-tárea trabajada.

El deslizamiento se puede reducir a nivelesaceptables:

— Sustituyendo a tiempo los neumáticos des-gastados.

Optimización del consumo energético en la agricultura

—Lastrando especialmente el tractor para la-bores que precisan fuerte tracción.

—Utilizando la presión de inflado de losneumáticos recomendada para trabajar encampo.

—Evitando utilizar aperos que necesitan de-masiada tracción para el tamaño del tractordisponible.

Los medios propuestos para reducir el patina-miento contribuyen a aumentar las pérdidaspor rodadura: el peso que confiere mayor ad-herencia, obliga al tractor a consumir más paraconseguir su propio desplazamiento. Por ello,la solución adaptada debe ser una solución decompromiso que dependa de la naturaleza deltrabajo que se debe realizar.

Con la utilización de la suspensión primariaen el eje delantero que incorporan los tractoresmodernos se reduce el patinamiento cuandoestos realizan grandes esfuerzos de tracción, sinque sea necesario incrementar excesivamente ellastrado.

• Reducción conjunta de pérdidas por rodadura

y patinamiento

La huella de las ruedas motrices del tractorpuede ser una indicación de la suficiencia odel exceso de peso del tractor para el esfuerzoque tiene que realizar. Una huella totalmenteborrosa es indicadora del alto patinamiento,y es necesario lastrar el tractor si se quieremantener el esfuerzo de tracción que el aperonecesita.

En función de la naturaleza del trabajo se reco-miendan las siguientes formas de actuación:

• Trabajo importante de tracción: predomi-narán las pérdidas por deslizamiento por loque es preferible:

—Utilizar tractores pesados para su potencia(50 a 60 kg/CV o más).

—Lastras con masas adicionales o agua enlas ruedas.

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• Trabajo ligero de tracción: predominarán laspérdidas por rodadura por lo que se reco-mienda:

—Utilizar tractores ligeros para su potencia(30 a 35 kg/CV).

—Suprimir cualquier lastre adicional.

La mayor economía de combustible en lo querespecta al rendimiento entre rueda y suelose consigue utilizando tractores adaptadosa las diferentes labores agrícolas. En el casode explotaciones de tractor único se reco-mienda:

• Utilizar tractores medianos, ni demasiadopesados ni demasiado ligeros para su poten-cia.

• Buscar una buena adaptación del apero a lapotencia del tractor.

• Reemplazar en las operaciones de campo losneumáticos desgastados.

• Modificar con buen criterio el lastre re-curriendo a las masas adicionales.

• Ajustar la presión de inflado de los neumá-ticos a la naturaleza del trabajo que se deberealizar.

En el uso habitual que del tractor hacen losagricultores las pérdidas por rodadura y desli-zamiento son casi un 10% mayor de las que concuidado podrían conseguir, y el consumo decombustible aumenta en la misma proporción.

Buen rendimiento del apero o máquinaque se acciona

Trabajando con un arado, cuando las rejas o elformón pierden el filo, o cuando está mal regu-lado, el esfuerzo necesario para arrastrarlo au-menta de forma considerable. Si las condicionesde adherencia del tractor están en el límite delo admisible, el esfuerzo suplementario debidoal mal corte del arado, penaliza doblementeel rendimiento del conjunto apero-tractor: el

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exceso de esfuerzo de tracción exige mayor po-tencia del motor, a la vez que aumenta el nivelde patinamiento y se incrementa el tiempo ne-cesario para finalizar la labor.

Para máquinas accionadas por la toma de fuer-za, el mal aguzado de las cuchillas tiene unefecto análogo e incrementa innecesariamenteel consumo del tractor para la misma superficiepor trabajar.

Por defecto de regulación o afilado de los aperos,el consumo de combustible aumenta hasta enun 10% de lo que se necesitaría en buenas con-diciones de utilización.

REDUCCIÓN DEL CONSUMOENERGÉTICO EN LAS OPERACIONESDE RECOLECCIÓNY POST-RECOLECCIÓN

El mayor consumo de energía en las operacio-nes de recolección y post-recolección está re-lacionado con el secado de las cosechas parapermitir su conservación.

En el caso de la recolección de los forrajes, lahenificación, para la que se dan unas condi-ciones muy favorables en un gran parte de lasregiones de la conocida como la España "seca",permite obtener heno de calidad sin tener querecurrir a la deshidratación, en la que se nece-sita aporte de calor generado con combustión,aunque siempre se puede recurrir al empleo decombustibles renovables de origen agrícola. Enlas regiones húmedas el ensilado del forraje esla mejor opción, desde la perspectiva del aho-rro de combustible, ya que el clima dificulta elhenificado.

La recolección de granos, por las condicionesclimáticas en las que se realiza en España, nosuele ir acompañada de un proceso de secado,salvo en el caso de cultivos como el maíz. El re-traso de la recolección del maíz dejándolo mástiempo la mazorca en la planta, siempre que seencuentre sin ataque de plagas que producenpérdidas de cosecha, permite bajar el conteni-

do de humedad en el grano, lo que reduce elconsumo energético en el secado complemen-tario. Otra alternativa es la recogida en formade mazorcas y su secado natural en "jaulones".En uno y otro caso, hay que considerar los cos-tes financieros que conlleva el retraso en la co-mercialización del grano.

Para la reducción del consumo de combus-tible en el secado de los granos, además dela optimización del diseno de los secaderos,con recuperación del calor y la utilización decombustibles renovables de origen agrícola,están las técnicas de secado por refrigeraciónlenta diferida, utilizando la ventilación conaire seco. Para optimizar el uso de los seca-deros en los países grandes productores degranos se utiliza la técnica del embolsado conbolsas de plástico cerradas herméticamente,que permiten aumentar los tiempos de alma-cenamiento de los granos húmedos sin dete-rioro, a la vez que se uniforma el contenidode humedad en toda la masa almacenada, loque mejora la calidad del secado posterior.

En relación con los equipos de recolección,especialmente los autopropulsados para larecolección de granos y semillas, la mayordimensión de la máquina permite reducirel consumo de combustible por tonelada degrano cosechada, aunque esta opción no esla más adecuada cuando las máquinas tienenque trabajar en parcelas pequeñas. De aquí elinterés de la concentración parcelaria comoforma de reducir el consumo de combustibleen la agricultura.

EFECTO DE LAS TECNOLOGÍASPARA LA "AGRICULTURADE PRECISIÓN" EN LA OPTIMIZACIÓNDEL CONSUMO ENERGÉTICO

La utilización de los sistemas de posicionamien-to global con las redes de satélites GPS y Glo-nass, que ya están disponibles en los tractoresy máquinas agrícolas, hace posible el guiadoautomático, y optimiza los recorridos sobre lasparcelas minimizando los solapamientos entre

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Optimizacién del consumo energético en la agricultura

Guiado semiautomático por barra de luces. Guiado automático por rayo láser.

pasadas sucesivas. Esto conlleva un aumentode las capacidades de trabajo y una reduccióndel consumo de combustible. Los resultadosobtenidos con el empleo de estos sistemas deguiado permiten deducir que las capacidadesde trabajo aumentan entre el 8% y el 15%, loque reduce el consumo de combustible en lamisma proporción.

Por otra parte, a medida que se definen losambientes en una parcela, se puede realizar

La utilización de los sistemas deposicionamiento global con las 411' redes de satélites GPS y Glonass,

que ya están disponibles enlos tractores y máquinasagrícolas, hace posible el guiadoautomático, y optimizalos recorridos sobrelas parcelas minimizandolos solapamientos entre pasadassucesivas. Esto conllevaun aumento de las capacidadesde trabajo y una reduccióndel consumo de combustible

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la aplicación diferencial de los agroquímicos,con el correspondiente ahorro de productosin que se produzcan pérdidas de cosecha. Enel caso de los fertilizantes nitrogenados, estopermite optimizar las aportaciones, especial-mente si se sincronizan las abonadoras conlos sensores de vegetación situados sobre lostractores, para una fertilización optimizada entiempo real.

En los equipos de recolección, la utilizaciónde los sistemas de guiado por red de satélitesse completa con los sistemas de visión artifi-cial, que permiten adaptar la máquina a la co-secha para minimizar las pérdidas de produc-to, a la vez que se mejora la eficiencia sobre laparcela.

OPTIMIZACIÓN DEL CONSUMO

ENERGÉTICO EN EL RIEGO

El riego mecanizado exige la utilización deenergía para el bombeo del agua. El consumova a depender del nivel de bombeo y de lapresión de trabajo de aspersores, difusores ygoteros.

La utilización del riego por gravedad demandamenor consumo energético, pero no permite elmejor aprovechamiento del agua, que se consi-dera en los medios áridos un factor caro y esca-so, al igual que la energía fósil.

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Fertilizaciónnitrogenadadiferencialmediantedeteccióndel nivel devegetación.

Para conseguir ahorrar energía en el riego re-sulta esencial el diseño de las instalaciones, evi-tando el sobredimensionamiento de los bom-beos, para lo que se recomienda la utilizaciónde la telegestión de los regadíos y variadoresde frecuencia que permitan lograr caudales ypresiones acordes con las necesidades reales.También es esencial que los motores y las bom-bas seleccionados sean de alto rendimiento enel rango caudal-presión con el que se trabaja.

Por parte del usuario, la formación para mane-jar los equipos de riego y realizar su correctomantenimiento es esencial, ya que una perdidade rendimiento en la instalación eleva consi-derablemente el consumo energético.

EFICIENCIA ENERGÉTICAEN LAS INSTALACIONES

El buen diseño de las instalaciones agrícolasy ganaderas permite optimizar el consumo deenergía que se necesita para su ventilación ypara su calefacción y refrigeración.

En primer lugar hay que considerar el aisla-miento, especialmente en el techo, que debe serel adecuado para las diferentes especies gana-deras y para sus distintas fases de crecimiento.Un buen aislamiento permite reducir la energíaque precisan los equipos de climatización. Encuanto a la climatización de edificios ganaderos

Para conseguir ahorrar energíagen el riego resulta

esencial el diseño de las"instalaciones, evitandoed sobredimensionamiento

de los bombeos, para lo que serecomienda la utilizaciónde la telegestián de los regadíosy variadores de frecuencia

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- que permitan lograr caudalesy presiones acordescon las necesidades reales

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Optimización del consumo energético en la agricultura

conviene utilizar sistemas automáticos de regu-lación, si esto resulta posible. Las entradas pa-rásitas de aire hacen que aumente el consumode energía para calefacción.

Para reducir las necesidades de energía en lailuminación se recomiendan las pinturas blan-cas y los tonos claros, así como utilizar proyec-tores de bajo consumo y realizar una limpiezaperiódica de lámparas y luminarias.

Mención aparte puede hacerse de los inverna-deros, especialmente de los que se utilizan enlas regiones más frías, que deben ser diseñadospara aprovechar al máximo la energía del sol,así como optimizar la ventilación y el ensom-bramiento a fin de conseguir las condicionesambientales más favorables para el desarrollode los cultivos en los periodos cálidos.

A MODO DE CONCLUSIÓN

Hay una relación directa entre la producciónagrícola y el consumo energético en la agricul-tura. Para optimizar el consumo de energía senecesita romper esta relación mejorando el co-nocimiento agronómico y la tecnología aplicadaa la agricultura y definiendo con precisión lasbuenas prácticas agrícolas que hacen posible laagricultura sostenible.

Cabe distinguir, para optimizar el consumoenergético en la agricultura, las técnicas que seutilizan en el diseño y construcción de equipose instalaciones para usos agrícolas y ganaderos,incluido el riego, de aquellas que se recomien-dan en los códigos de buenas prácticas agríco-las y que pueden aplicar los usuarios.

A estas últimas se ha dedicado de forma espe-cial este artículo, destacando aquellas que sonde mayor importancia y con las que se puedeconseguir ahorro de combustibles fósiles sin re-ducción de la producción.

Los cambios en la tecnología para la implan-tación de los cultivos, especialmente en lo quese relaciona con el trabajo del suelo, que mini-

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miza las intervenciones hasta llegar a la siembradirecta si los suelos lo permiten, lo que influ-ye directamente en la reducción de la erosión,hacen posible minimizar el consumo de com-bustible.

Por otra parte, las reglas prácticas para ahorrargasóleo con el manejo racional de los tractores,unidas a la mejor integración del tractor con elapero, permiten reducir considerablemente elconsumo energético, y esto lo puede hacer elpropio agricultor. Con los sistemas de gestiónde motor y .transmisión que ofrecen los trac-tores de diseño más reciente, especialmente enlas altas potencias, esta optimización del con-sumo en las operaciones agrícolas se consiguede forma automática.

La tecnología dirigida a poner en práctica laconocida como Agricultura de Precisión, conlos sistemas de guiado automático y la fertili-zación diferencial, ofrece nuevas perspectivaspara romper el enlace entre la producción y elconsumo de energía fósil, en una agriculturasostenible con capacidad para aumentar la pro-ducción de alimentos que necesita una pobla-ción en crecimiento exponencial. +

BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA

Ahorro y eficiencia energética en la agricultura de regadío. Serie:Ahorro y eficiencia energética en la agricultura. 1DAE —Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía.Año 2005.

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Consumos energéticos en /as operaciones agrícolas en España.Serie: Estudios de Mecanización Agraria de MAPA. Año2004. Reedición IDAE, Serie: Ahorro y eficiencia energé-tica en la Agricultura. Año 2005.

Márquez, Luis: "Ahorrar combustible (I): Empezando por losmotores". AgroTecnica. Cuadernos de Agronomía y Tecnolo-gía, 2005, 1:45-51.

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