Tradicionalmente, los diseñadores de aplicaciones de tareas pesadas para el control de movimiento han indicado cilindros hidráulicos para su alta velocidad, manejo de cargas pesadas y resistencia, pero, al mismo tiempo, aceptaban a su pesar la infraestructura de apoyo, el complicado manejo de fluidos y la capacidad digital limitada como males necesarios. Sin embargo, recientes avances que incorporaron tecnología hidráulica sin actuadores lineales eléctricos han ofrecido los beneficios de los hidráulicos sin sus desventajas.
Un excelente ejemplo de una aplicación que saca provecho de esta conversión es la optimización del control de la profundidad de las semillas para sembradoras agrícolas de múltiples hileras. Graham Electric Planter, innovador en tecnología agrícola con base en Colorado, desarrolló una solución con actuadores electrohidráulicos de Thomson Industries, Inc. Estos les brindan a las sembradoras convencionales el equipo necesario para controlar en tiempo real y de forma interactiva la profundidad de las semillas sin el gran mantenimiento complicado e invasivo de los cilindros hidráulicos.
Mantener las cosas simples
Los granjeros que siembran maíz, soja o cualquier otro cereal en hilera suelen saber a qué profundidad sembrar las semillas para lograr un máximo rendimiento; sin embargo, lograr esta profundidad de forma consistente en medio de las condiciones del suelo que cambian a diario de campo a campo, de hilera a hilera e incluso dentro de la misma hilera es un gran desafío. Sembrar a poca profundidad, por ejemplo, podría causar que la raíz esté demasiado cerca de la superficie; mientras que sembrar a demasiada profundidad podría demorar la aparición del cultivo.
Hoy en día, la mayoría de las plataformas sembradoras remolcadas por tractor están equipadas con muelles que aplican una carga aerodinámica en los aplicadores de semillas para mantener los surcos a la profundidad correcta, pero no tienen forma de ajustarse a las cambiantes condiciones del suelo.
“Conocimos a muchos granjeros que no estaban listos para comprar una nueva sembradora, pero que querían algo que manejara los cambios del suelo que fuera mejor que los muelles que usaban”, dijo el socio director de Graham, Marty Graham.
Graham se puso a trabajar para reemplazar los muelles mecánicos con actuadores que se ajustaran casi en tiempo real. Comprometido con la filosofía de mantener las cosas simples, Graham decidió que la solución de actuador que necesitaba requeriría, al menos, las siguientes características:
- Habilidad de resistir los elementos
- Resistencia a la carga de impacto
- Mínimos requisitos de infraestructura externa
- Operación limpia y de bajo mantenimiento
- Integración inalámbrica
Los cilindros hidráulicos tradicionales cumplían los primeros dos requisitos, pero Graham los descartó.
“Queríamos evitar los cilindros hidráulicos porque son complicados y tienen muchas uniones, mangueras y cableados”, dijo. Además, comentó que las demandas de los sistemas de apoyo de los cilindros ya sobrecargaban a los sistemas hidráulicos necesarios para manejar otras funciones. También requerían una elaborada infraestructura para el suministro de fluidos, que podía presentar fugar y crear situaciones de desorden peligrosas.
El descartar los cilindros hidráulicos lo condujo a los actuadores eléctricos, pero estos no tenían la resistencia necesaria.
“Si estás recorriendo el campo y pateas una roca, el actuador debe poder responder”, dijo Graham. “Los actuadores normales basados en husillos de bolas se pueden doblar, y habría que reemplazar actuadores todo el tiempo”.
Un sistema hidráulico con la vestimenta de un actuador eléctrico
Explorando opciones, Graham descubrió que Thomson ofrecía un actuador eléctrico con una cámara de fluido hidráulico integrada que suministraba las capacidades de duración y comunicación que su aplicación necesitaba (sin la necesidad de una complicada infraestructura externa de alto mantenimiento).
El actuador electrohidráulico H-Track de Thomson tiene el envoltorio más pequeño de su clase y usa una válvula y un diseño de reserva patentados dentro de esa área de base. Un motor adjunto controla la dirección del flujo del fluido sin el actuador, y los tanques divididos unidos por una válvula de traslado ofrecen la descarga de presión trasera que le da al sistema su resistencia.
El actuador H-Track ocupa menos espacio que un cilindro hidráulico, pero no requiere una reserva de fluido externa para llevar fluido a cada hilera de cultivo.
Las carcasas de los actuadores H-Track están completamente selladas, son a prueba de agua, están totalmente protegidas contra el polvo, son resistentes a la corrosión y cuentan con certificaciones IP67 estática (inmersión temporal) e IP69K (lavado de alta presión). El actuador también brinda opciones de fluido hidráulico de hasta 180°F (82°C). Las unidades se lubrican durante el ensamble, lo cual hace que no requieran ajustes ni mantenimiento después de dejar la fábrica y garantiza un rendimiento consistente para la vida útil del actuador.
“No pudimos encontrar ningún otro producto que hiciera lo que hacían los H-Track”, dijo Graham. “La cámara hidráulica independiente es la clave. Otros proveedores están intentando lograr lo que hace una válvula de descarga en una cámara hidráulica, pero no están ni cerca de lo que Thomson nos ofrece hoy en día”.
Los actuadores lineales electrohidráulicos H-Track de Thomson le permitieron a Graham Electric implementar un sistema de control para la profundidad de las semillas compacto, inalámbrico y eléctrico que podría pagarse por sí solo dentro del primer año de operación.
Control electrónico de profundidad en acción
El sistema de control de profundidad de Graham está emparejado con un disco sembrador de vacío que deposita las semillas en el suelo. Una sembradora típica siembra, al menos, 24 hileras por barrido con una unidad de control de profundidad y, por lo tanto, necesita un actuador para cada hilera.
Graham personaliza una unidad de control de profundidad para la aplicación de cada granjero. En una configuración clásica, las ruedas de calibre se trasladan por el hoyo de la semilla detrás del disco de siembra. Un sensor de celda de carga controla la rueda de calibre y envía lecturas de manera inalámbrica al software de control. Un algoritmo determina si las ruedas de calibre están funcionando demasiado rápido o demasiado lento y da aviso al actuador para expandir o reducir la carga aerodinámica según corresponda. “Si el actuador electrohidráulico H-Track recibe la señal de que hay demasiada presión, simplemente se libera, lo cual le indica a nuestro sistema electrónico que debe resetearlo para que vuelva al punto en el que estaba”, explicó Graham.
El sistema eléctrico para el control de profundidad de Graham se personaliza según las necesidades de cada granjero y depende en gran medida de que el actuador H-Track de Thomson mantenga el control de sus sembradoras.
Solo dos cables conectan cada actuador a una placa de circuito inalámbrica que está montada de ellos. Además de permitir que el actuador reciba datos de los sensores de posicionamiento que controlan la profundidad, la placa de circuito permite compartir actualizaciones del estado en tiempo real con el tablero de control, lo cual lo integra al panorama completo de la operación de siembra.
Con los sistemas de control de profundidad de Graham, quienes manejan las sembradoras pueden controlar y ajustar el estado de presión de cada actuador, que está representado por barras amarillas a la izquierda.
“Normalmente, estamos una pulgada por encima o por debajo de nuestro punto de partida, lo cual hace variar la carrera del actuador entre 1.24 y 3.25 pulgadas”, dijo Graham. “Si los granjeros están plantando en terrazas o suelos muy blandos, puede que frenen la carrera en cero; si el suelo es muy duro, puede que empujen todo el trayecto, pero rara vez utilizan toda la capacidad de carrera del actuador”.
Normalmente, la presión que tienen que aplicar los actuadores es de 50 a 100 libras sobre 250 libras de peso de la unidad sembradora. Esto está muy por debajo de la capacidad de manejo de carga de los H-Track, que es de 4800 libras.
Graham instala el sistema con una alteración mínima de los sistemas existentes. Usa una batería de 12 voltios que ya está en el sistema y no necesita sistemas o cables adicionales para el manejo de fluidos. Además, hay pocas piezas que puedan romperse, presentar fugas o requerir mantenimiento adicional. El control eléctrico proporciona un movimiento lineal limpio y suave sin plomería hidráulica ni otros componentes costosos. Las demandas energéticas de los H-Track son significativamente menores a las de los sistemas completamente hidráulicos, ya que los actuadores necesitan energía únicamente cuando están en movimiento.
“La comunicación inalámbrica elimina los arneses y cableados que, de otra forma, serían necesarios; y esto nos hace cumplir aun más nuestro compromiso con la simpleza”, dijo Graham.
Cosechar los beneficios
Graham estimó que el cambio de los muelles al control de profundidad de semillas eléctrico mejorará el rendimiento, al menos, un 5 por ciento. Calculó que un granjero que obtiene 200 fanegas de maíz por acre, debería esperar un aumento de 5-6 fanegas; esto, se traduciría en $18 por acre o $18,000 en mil acres durante el primer año (mucho más que el costo de la conversión). El beneficio se acumula cada año, junto con el mejor costo y la simpleza de implementar las funciones inalámbricas del actuador H-Track de Thomson, y un mayor valor de reventa.
“El H-Track con la cámara hidráulica independiente fue la columna vertebral de todo el producto”, agregó Graham. “Una vez que la tuvimos, pudimos terminar nuestro diseño y convertirlo en el producto comercial que vendemos hace dos años. Sin los beneficios de un actuador electrohidráulico, todo el producto sería totalmente diferente”.
Graham y su equipo ahora abordan otros problema de automatización de la siembra; algunos de ellos involucran actuadores electrohidráulicos, otros emplean actuadores eléctricos tradicionales, todos inalámbricos.
Granjeros utilizando sembradores de hileras múltiples (izquierda) que incorporan el sistema de control de profundidad de Graham con los actuadores electrohidráulicos de Thomson (derecha) han experimentado mejores cosechas y retornos de sus inversiones en menos de un año.