Tipos de bombas para pulverizadores de brazo: centrífugas, de diafragma y de pistón.
Los pulverizadores de barra utilizan tres tipos principales de bombas, cada una con requisitos de velocidad distintos que determinan la caja de engranajes de la toma de fuerza relación. Las bombas centrífugas dominan el segmento de mercado de alto caudal y baja presión: los pulverizadores de barra para cultivos de cereales, pulverización de pastos y aplicación general de herbicidas suelen operar a una presión de boquilla de 3 a 8 bar con caudales de 150 a 500 litros por minuto distribuidos en anchos de barra de 12 a 36 metros. Una bomba centrífuga para esta función funciona a 3000 a 4000 RPM, lo que requiere una caja de engranajes de aumento de velocidad de 1:5,5 a 1:7,5 desde una TDF de 540 RPM o un aumento de velocidad de 1:3 a 1:4 desde una TDF de 1000 RPM. Las ventajas son una alta capacidad de caudal, una salida suave y sin pulsaciones, y un comportamiento estable cuando la descarga está restringida (la presión aumenta pero la bomba no se detiene).
Las bombas de diafragma son la opción más común para la pulverización a presión media: aplicación de fungicidas, herbicidas de contacto y reguladores del crecimiento que requieren una presión en la boquilla de 8 a 25 bar para lograr la calidad de pulverización requerida. Estas bombas de desplazamiento positivo proporcionan un flujo constante independientemente de la presión de descarga (limitada por el ajuste de la válvula de alivio) y pueden manejar formulaciones químicas abrasivas que erosionarían los impulsores de las bombas centrífugas en una temporada. Las bombas de diafragma operan a 400 a 900 RPM, lo que requiere una relación 1:1 (accionamiento directo) o un aumento moderado de velocidad de 1:1,5 a 1:1,7 desde una toma de fuerza de 540 RPM. La desventaja es la salida pulsante: una bomba de diafragma de 6 cilindros produce 6 pulsos de presión por revolución a 8 a 15 Hz, lo que requiere un acumulador para amortiguar la pulsación antes de que llegue a la barra de pulverización.
Las bombas de pistón ofrecen las presiones más altas (de 25 a 80 bar) y se utilizan en aplicaciones especiales: accesorios para eliminar malezas, riego de raíces y sistemas de limpieza de alta presión integrados en el pulverizador. Estas bombas funcionan a una velocidad de 300 a 700 RPM y utilizan transmisión directa (1:1) o una reducción de velocidad moderada (de 1:0,6 a 1:0,9) desde una toma de fuerza (PTO) de 540 RPM. La alta presión de salida exige un dimensionamiento preciso de la caja de engranajes; incluso caudales pequeños a más de 50 bar consumen una potencia considerable (1 litro por minuto a 50 bar requiere aproximadamente 0,1 HP con una eficiencia de bomba de 100%, o 0,15 HP con una eficiencia típica de bomba de 65%).
Selección de la relación de aumento de velocidad para el accionamiento de bombas centrífugas
Las bombas centrífugas de pulverización siguen las mismas leyes de afinidad que las bombas de riego: el caudal es proporcional a la velocidad, la presión al cuadrado de la velocidad y la potencia al cubo de la velocidad. Un error del 5 % en la velocidad de la caja de engranajes a la entrada se traduce en un error del 5 % en la velocidad de la bomba a la salida, lo que a su vez genera un error del 10 % en la presión de la boquilla y un error del 16 % en la potencia de la caja de engranajes. Esta relación cúbica implica que operar una bomba centrífuga de pulverización un 10 % por encima de su velocidad nominal (para intentar aumentar el caudal) requiere un 33 % más de potencia, lo que podría sobrecargar tanto la caja de engranajes como la toma de fuerza del tractor.
Desde una toma de fuerza (PTO) de 540 RPM, para alcanzar una velocidad de bomba de 3000 RPM se requiere una relación de 1:5,56, cercana al límite superior práctico para el diseño de engranajes cónicos espirales de una sola etapa. Para velocidades de bomba de 3500 a 4000 RPM (típicas para pulverizadores centrífugos de alta presión), la relación requerida de 1:6,5 a 1:7,4 excede la capacidad de una sola etapa y exige una de dos etapas. Caja de engranajes del pulverizador de brazo Diseño. Una configuración de dos etapas combina una etapa de entrada cónica (1:2,5 a 1:3) con una etapa de salida helicoidal (1:2,5 a 1:3), distribuyendo la relación total entre dos engranajes y manteniendo cada etapa dentro de su rango de relación eficiente. La eficiencia acumulada de dos etapas es del 91 al 95 por ciento, ligeramente inferior al 96 al 98 por ciento que se puede lograr en una unidad de una sola etapa, pero una compensación que vale la pena por el margen estructural que proporciona a alta velocidad de salida.
Desde una toma de fuerza (PTO) de 1000 RPM, la relación total requerida se reduce a 1:3 a 1:4 para las mismas velocidades de bomba, cómodamente dentro de la capacidad de una sola etapa. Esta es una ventaja significativa del funcionamiento con PTO de 1000 RPM para la pulverización a alta presión: caja de engranajes más simple, mayor eficiencia, menor costo y menor ruido. Fabricantes de soluciones de cajas de engranajes agrícolas como Caja de engranajes de toma de fuerza Ever-Power Ofrecen configuraciones de una y dos etapas, lo que permite al integrador de pulverizadores seleccionar el equilibrio mecánico óptimo para su combinación específica de velocidad de la toma de fuerza y velocidad de la bomba.
Pulsación de presión: Estabilidad de la salida de la caja de engranajes y uniformidad de la pulverización.
La pulsación de presión en la boquilla de pulverización tiene dos orígenes distintos: la pulsación inherente a las bombas de desplazamiento positivo (cada carrera del pistón o diafragma produce una pulsación de presión) y la pulsación de velocidad generada por la dinámica de la caja de engranajes y la transmisión. La primera fuente se controla mediante amortiguadores acumuladores en la tubería de descarga de la bomba. La segunda fuente —la pulsación inducida por la caja de engranajes— es algo que la especificación de la caja de engranajes puede controlar directamente mediante decisiones de diseño que afectan la estabilidad de la velocidad de salida.
La pulsación de velocidad inducida por la caja de engranajes tiene tres causas principales. La primera es la variación de velocidad de la junta Hooke del eje de transmisión de la toma de fuerza (PTO): un eje de transmisión con junta universal estándar que opera en ángulo genera una variación de velocidad de dos veces por revolución en la entrada de la caja de engranajes. Para una PTO de 540 RPM con un ángulo de eje de transmisión de 10 grados, esta variación es de aproximadamente ±3 por ciento, y la caja de engranajes transmite esta variación de velocidad directamente a la bomba, produciendo una fluctuación de velocidad de la bomba de ±3 por ciento, una fluctuación de presión de ±6 por ciento y una variación visible en el tamaño y el patrón de las gotas de pulverización. Un eje de transmisión de velocidad constante (CV) elimina esta fuente al eliminar la geometría inherente de la junta Hooke, pero rara vez se especifica en los pulverizadores de barra porque la geometría de su barra de tiro normalmente mantiene ángulos de eje de transmisión por debajo de 5 grados donde las juntas universales estándar son aceptables. La segunda causa es la excitación del engranaje: pequeñas variaciones periódicas en la geometría de los dientes del engranaje que producen pulsos de velocidad a la frecuencia de engranaje (RPM del engranaje × número de dientes). Para un juego de engranajes AGMA Quality 10 que funciona a 540 RPM con 18 dientes, la frecuencia de engranaje es de 162 Hz con una variación de velocidad inferior al 0,1 %, insignificante para aplicaciones de pulverización. La tercera causa es la irregularidad de los cojinetes: pulsaciones debidas a defectos en las pistas o bolas que pueden alcanzar una variación de velocidad del 0,5 al 1 % a medida que los cojinetes se desgastan hasta su fallo.
Para un Caja de engranajes del pulverizador de brazo Al accionar una bomba centrífuga, la estabilidad de velocidad objetivo es de ±1 por ciento en todas las condiciones de funcionamiento: variación de carga, variación de temperatura y variación de velocidad de la toma de fuerza (PTO). Esta estabilidad permite que el sistema de regulación de la presión de pulverización mantenga una precisión de presión de ±2 por ciento en las boquillas, lo que se traduce en una precisión de tasa de aplicación de ±1 por ciento, dentro de la tolerancia agronómica para la aplicación de productos químicos. Para obtener información más detallada sobre la ingeniería de las relaciones de accionamiento de la bomba que aumentan la velocidad en diversas aplicaciones de bombas agrícolas, consulte nuestra guía técnica sobre Caja de cambios del pulverizador agrícola selección y emparejamiento.
Resistencia química: Sellos y recubrimientos para entornos de pulverización.
Las formulaciones de productos químicos agrícolas incluyen disolventes orgánicos (xileno, portadores de hidrocarburos en formulaciones EC), activadores ácidos (adyuvantes de sulfato), concentrados alcalinos de glifosato y agentes humectantes de alta carga que atacan agresivamente los sellos de eje NBR (nitrilo) estándar y los sujetadores galvanizados estándar. Si bien la caja de engranajes en sí no contiene productos químicos (la caja de engranajes transmite el par a la bomba, que sí los contiene), la deriva de la pulverización y los derrames durante el rellenado depositan habitualmente productos químicos en el exterior de la carcasa de la caja de engranajes, y cualquier producto químico que entre en contacto con un eje desgastado o mal sellado puede migrar al aceite de la caja de engranajes a lo largo de la superficie del eje.
La especificación del sello del eje para una caja de engranajes de pulverizador resistente a productos químicos debe ser FKM (fluoroelastómero, marca Viton) en lugar del NBR (caucho de nitrilo) estándar. El FKM resiste disolventes orgánicos, ácidos, álcalis y agentes humectantes en concentraciones que destruyen el NBR en cuestión de meses. Los sellos de doble labio con una cámara intermedia purgada con grasa brindan protección adicional: el labio exterior excluye la mayor parte del contacto con productos químicos, la barrera de grasa atrapa cualquier producto químico que atraviese el labio exterior y el labio interior impide que la grasa contaminada migre al aceite de la caja de engranajes. Las válvulas de ventilación selladas impiden que la niebla química sea aspirada hacia la carcasa durante el ciclo de ventilación térmica que ocurre cuando la caja de engranajes se enfría después de cada sesión de pulverización.
El revestimiento de la carcasa debe ser de pintura en polvo epoxi o poliéster con un espesor mínimo de 80 micrómetros; la pintura acrílica estándar se deteriora rápidamente bajo la exposición química repetida y los ciclos alternos de humectación y secado de la operación de pulverización y enjuague. Los sujetadores externos (tornillos de la carcasa, tapones de drenaje, tapas de inspección) deben ser de acero inoxidable o niquelados en lugar de acero dulce cincado estándar, que se corroe bajo ataque químico y se atasca en las roscas de la carcasa. caja de cambios agrícola El proveedor ofrece paquetes de especificaciones resistentes a productos químicos para aplicaciones de pulverización que integran estas mejoras en un producto configurado de fábrica, en lugar de requerir una adaptación en campo. La compatibilidad de la mezcla en el tanque es otro factor que afecta indirectamente la vida útil de la caja de engranajes: cuando se mezclan varios productos químicos en la solución de pulverización, su actividad química combinada puede ser más agresiva que la de cualquier producto individual, acelerando la degradación de los sellos y recubrimientos estándar más allá de lo que predecirían sus clasificaciones de exposición química individuales.
Integración del sistema hidráulico de la pluma: Salida de la caja de engranajes auxiliar opcional
Las modernas barras de pulverización anchas (de 24 a más de 36 metros) utilizan actuadores hidráulicos para el plegado, el control de altura y la autonivelación, funciones que se alimentan mediante un flujo hidráulico a una presión de 100 a 200 bares. La mayoría de los pulverizadores obtienen este flujo hidráulico del propio sistema hidráulico del tractor, eliminando la necesidad de una bomba adicional accionada por la caja de cambios. Sin embargo, los pulverizadores que funcionan con tractores de capacidad de flujo hidráulico limitada (tractores antiguos, tractores compactos utilizados para pulverizadores especializados más pequeños) pueden incorporar una bomba hidráulica dedicada accionada por una salida secundaria en la caja de cambios de la bomba de pulverización.
Una caja de engranajes para pulverizadores de múltiples salidas proporciona la potencia de salida de la bomba centrífuga o de diafragma principal a la velocidad requerida, además de una salida secundaria (normalmente a 540 rpm en la toma de fuerza, o ligeramente engranada) para el accionamiento de la bomba hidráulica. La potencia de salida secundaria requerida es moderada (normalmente de 3 a 8 CV para las funciones de plegado y nivelación de la barra), pero la caja de engranajes debe soportar esta carga adicional sin comprometer la estabilidad de la salida de la bomba principal. Las configuraciones de múltiples salidas son más caras que las unidades de salida única con capacidad de bomba principal equivalente, pero eliminan la dependencia del sistema hidráulico del tractor y permiten que el pulverizador funcione de forma consistente en la amplia gama de modelos de tractores que se encuentran en una flota típica de contratistas.
Mantenimiento y calibración de pretemporada
La aplicación de pulverización se rige por un calendario: una vez que una enfermedad del cultivo o una población de malezas alcanza el umbral de tratamiento, la ventana de aplicación se cierra en cuestión de días. Una falla del equipo durante esta ventana tiene consecuencias directas en el rendimiento que ninguna reparación posterior al evento puede recuperar. La preparación previa a la temporada debe incluir un cambio de aceite (aceite nuevo con la concentración completa de aditivos para la exigente operación de aumento de velocidad), inspección de cojinetes, verificación del embrague deslizante en la transmisión de la toma de fuerza y eje de la toma de fuerza Engrase y comprobación del desgaste de las juntas universales. Antes de la primera aplicación en campo, compruebe la presión y el caudal de la bomba en condiciones de funcionamiento para confirmar que la caja de engranajes suministra la velocidad nominal de la bomba y que esta cumple con su caudal nominal.
Durante la temporada de fumigación, las revisiones diarias incluyen la verificación del nivel de aceite, la inspección visual de fugas en todos los puntos de sellado del eje (la degradación del sellado inducida químicamente es el modo de falla más común y se detecta por la fuga de aceite antes de una falla catastrófica del sellado), y la verificación de la presión de la bomba utilizando el manómetro del pulverizador. Una caída en la presión de la bomba a flujo constante indica desgaste de la bomba (erosión del impulsor en bombas centrífugas o desgaste del asiento de la válvula en bombas de diafragma) o pérdida de velocidad de la caja de engranajes debido al deterioro progresivo de los cojinetes o engranajes (desgaste de la transmisión, deslizamiento de la caja de engranajes por problemas en el embrague o los cojinetes). Cualquiera de las dos causas requiere diagnóstico y corrección antes de la siguiente aplicación; trabajar a presión reducida produce gotas de gran tamaño, menor cobertura y un control inadecuado de malezas o plagas.
Tras la temporada de uso, es fundamental enjuagar a fondo todo el pulverizador, incluyendo la caja de engranajes. Los residuos químicos en la carcasa aceleran la corrosión durante el almacenamiento fuera de temporada, y cualquier residuo que permanezca en el sistema de pulverización durante el almacenamiento invernal puede corroer los componentes de la bomba y los materiales de sellado, contaminando la primera aplicación de la siguiente temporada. Se recomienda el aceite sintético para engranajes (a base de PAO, ISO VG 220) para las cajas de engranajes de pulverizadores agrícolas: su excelente estabilidad térmica y resistencia a la oxidación se adaptan mejor al ciclo de trabajo con velocidad creciente que el aceite mineral, y sus mejores propiedades hidrófugas resisten la entrada de humedad que se produce durante el almacenamiento invernal en cobertizos sin calefacción.
Preguntas frecuentes
Pulveriza de forma más inteligente con el impulso adecuado.
Desde accionamientos centrífugos de baja presión para brazos pulverizadores hasta reductores para bombas de diafragma de presión media, nuestros reductores de velocidad proporcionan el rendimiento preciso y estable que exige la aplicación de pulverización calibrada. Disponemos de paquetes con especificaciones de resistencia química, con juntas de FKM y carcasas con recubrimiento en polvo de serie.
Editor: Cxm
