Peltoviljelyn polttoaineen kulutus [pdf, 1,7 mt] - MTK

mtk.fi

Peltoviljelyn polttoaineen kulutus [pdf, 1,7 mt] - MTK

Peseekö käyttäjä

tekniikan

pihtauksessa

Jussi Esala - SeAMK

Hanke

Polttoaineen kulutuksen

vähentäminen

kasvinviljelytöissä

Traktorin polttoainetta

säästävät käyttöperiaatteet

Kulutuksen seuranta


Hanke

• HY vetää kolmivuotista valtakunnallista hanketta

• SeAMK ja JAMK osatoteuttajia

• Manner-Suomen maaseudun kehittämisohjelma

toimenpiteen 124 mukainen yhteisyöhanke

– Edistää uusien tuotteiden ja tekniikkojen kehittämistä ja

käyttöönottoa

• Edunsaajan hyöty

– Tietomateriaalia

– Laskureita

– Päätöksentekomalleja

– Koulutusta

– http://www.energia-akatemia.fi/

14.3.2013 JEsala 2


Energian yksiköt ja suhteet

– Joule

– 3 600 000 J = 3 600 000 Ws = 3600 kWs = 1 kWh

– 10 kWh = 1 l polttoöljyä >


Kasvintuotannon energia … peltotyöt

• Esityksen tarkastelutapa

– Suora energiankulutus

– Konekohtainen kulutus

– Työkone – traktori kokosuhteen merkitys

– Olosuhteiden merkitys

– Työketjun merkitys

14.3.2013 JEsala

4


• Työn ja energian yksikkö sama

Energia ja työ

• Työn (W = F*s) tekemiseen tarvitaan energiaa

– 5 m äkeen vastus 20 kN ja matka hehtaarin alalla 2 000 m >>

työ on 20 000 N * 2000 m = 40 000 000 Nm (kgm 2 /s 2 )

= 40 MJ, mikä vastaa noin 1 l polttoöljyä!!!

• Pohdintoja?

• Hyötysuhde! (moottori, voimansiirto, veto)

• 1 l/ha/(0.35*0.8*0.7) = 5.1 l/ha

Matka s

Vetovastus F

14.3.2013 JEsala 5


Kulutus l/ha

Kasvintuotannon polttoaineen kulutus … kyntö

70

60

50

50 kN/m2

100 kN/m2

150 kN/m2

Hyvin kevyt maa: mm, kHt

Normaali savimaa

Tiukka kuivunut päiste savimaalla

40

30

20

10

0

Erinomainen ƞ Hyvä ƞ Alhainen ƞ

Maan ominaisvastuksen sekä traktorin veto- voimansiirto- ja

moottorihyötysuhteiden vaikutus kyntötyön (kyntösyvyys 20 cm)

laskennalliseen hehtaarikohtaiseen polttoaineen kulutukseen.

(Hyötysuhteet erinomaisesta alhaiseen: vetohyötysuhde- 0.7 – 0.65

– 0.6, voimansiirron hyötysuhde- 0.85 – 0.8 – 0.75, moottorin

hyötysuhde- 0,45 – 0.37 – 0.3)

14.3.2013 JEsala

6


Vetovastus kN/m

Kasvintuotannon polttoaineen kulutus … kyntö

• Polttoaineen kulutukseen

vaikuttavat tekijät

– Maalaji:

– Hyötysuhteet: (ed. sivun kuvio)

– Kyntösyvyys: 1 – 2 l/ha / 1 cm

– Säädöt: + useita litroja

– Maan kosteus:

• Vetovastus

• Tr. Vetokyky

– Maan rakenne: +/- useita litroja

– Ajonopeus

– Tr. – aura - kokosuhde

30,0

25,0

20,0

15,0

10,0

5,0

0,0

13

cm

17

cm

21

cm

Auran vetovastus (kN/m) savi- ja

hiuemaalla kolmessa eri kosteudessa

13, 17 ja 21 cm kyntösyvyyteen

kynnettäessä. Normaalikosteus on

tässä ollut muovailtavuuden rajaarvon

tuntumassa. (Kuvio tehty

Arvidsson 2004 aineistosta)

14.3.2013 JEsala

7


Kasvintuotannon polttoaineen kulutus … lautasmuokkari ja

kultivaattori

8

• Hehtaarikohtainen polttoaineen kulutus

riippuu suuresti

– Työsyvyydestä

– Ajonopeudesta

– Käsittelykerroista

– Kultivaattorilla piikin rakenteesta

– Kulutus 6 – 10 cm työsyvyydellä

• Maalajista riippuen 6 – 13 l/ha (mm. DLG testit) - on

vajaa puolet kynnön kulutuksesta

• Kahdella muokkauskerralla kulutus lähenee kynnön

kulutusta

• Voi vähentää ”jatkokäsittelyn” kulutusta

14.3.2013

JEsala


Piikin vetovastus N

Kasvintuotannon polttoaineen kulutus … s-piikkiäes

• Hehtaarikohtainen polttoaineen kulutus

riippuu

– Muokkaussyvyydestä

– Piikkien lukumäärä / työleveys

– Etuladan säädöistä

– Maalajista

– Ajonopeudesta

– Kulutus 4 – 6 cm syvyydellä:

• 4 – 6 l/ha

• Toinen muokkauskerta hieman pienemmällä

kulutuksella

• Ladan reipas käyttö voi lisätä 1 – 2 l/ha

• Multamaan kulutus voi olla sama kuin kivennäismaan,

jos sama yhdistelmä ja sama syvyyssäätö

500

400

300

200

100

0

4 cm 6 cm 8 cm

Muokkasusyvyys

Savi, 1. muokkaus (7

km/h)

Multa, 1. muokkaus

(7 km/h)

Savi, 2. muokkaus (10

km/h)

Multa, 2. muokkaus

(10 km/h)

Kuvio 9. S-piikkiäkeen

ensimmäisellä piikkiakselille

asetetun s-piikin aiheuttama

vetovastus savi- ja multamaalla eri

muokkaussyvyyksillä. Kuvio on

piirretty Mäkinen 1985 aineistosta

14.3.2013 JEsala

9


Kasvintuotannon polttoaineen kulutus … kylvölannoitin

• Laahavantaita jäljittelevä vannas 3 – 6 cm syvyydellä 10 -

20 N/vannas (Gebresenbet & Jönsson 1992)

– Vertaa: s-piikki toisessa muokkauksessa 4 – 6 cm syvyydellä 50 - 100 N/piikki

(Mäkinen 1985)

• Kiekkovantaiden vetovastukseen vaikuttavat maasta

johtuvien lisäksi kiekon halkaisija. Paksuus, muoto ja kulma

ajosuuntaan nähden

– Suorakylvössä hiesusavella muutamaan senttiin n. 200 N/vannas (Collins ja

Fowler 1996)

• S-piikki 8 cm syvyyteen 400 – 500 N/piikki (Mäkinen 1985)

• Väderstad Super-Rapid XL 300 C: 4 – 5 kN/m eri

muokkauksien jälkeen (Magnusson 2004)

– > keskimäärin 300 – 420 N/vannas (takapyörät mukana!)

14.3.2013 JEsala 10


Vierimisvastuskerroin

Kasvintuotannon polttoaineen kulutus … kylvölannoitin

• Takapyörät

– Vierimisvastuskerroin

0,1 – 0,15

• Maan kantavuus

• Rengaspaine ja renkaan

koko vaikuttavat

• Vastusvoima on pyörillä

olevalla painovoima

kerrottuna kertoimella

Renkaan läpimitta, mm

Danfors 1980, ref. Sjöland 1986

Juuri muokattu

Muokattu,

kevyesti tiivistetty

14.3.2013 JEsala 11


Kasvintuotannon polttoaineen kulutus … kylvölannoitin

Matka s

Vetovastus F

Kylvölannoitin 3 m,

massa 6000 kg

‣ F: 0,15*60 000 N

‣ = 9 kN

Lannoite ja siemenvantaat,

12 + 24 kpl

‣ FS: 80 N * 24 = 2 kN

‣ FL: 300 N * 12 = 3,6 kN

‣ Yht. 5,6 kN

Traktori,

massa 6000 kg

‣ F: 0,1*60 000 N

‣ = 6 kN

Tarvittava teho vetovarsissa 20,6 kN * 3 m/s = n. 60 kW

Tarvittava teho moottorissa 60 kW/(0,8*0,9) = 83 kW (+hydrauliikka ja reservi!)

> 83 kW – polttoainetta 83 kW * 250 g/kWh = 25 l/h = 7,8 l/ha

14.3.2013 JEsala 12


Kasvintuotannon polttoaineen kulutus

Ero suurimmillaan n. 40 l/ha = 40 €

= 200 - 400 kg jyviä

14.3.2013 JEsala

13


Kasvintuotannon polttoaineen kulutus … 5 tilaa

Tuotantoon kulunut öljy litraa/satotonni

Toroska 2012

14.3.2013

JEsala


Kasvinviljelyn polttoaineen kulutus … tilakohtaista analyysiä

Tila 3 (53 ha viljelyala), josta noin 27 kuivurin välittömässä läheisyydessä

tilakeskuksessa (= I) ja n. 26 ha 30 km etäisyydellä (= Y). Kuviossa

polttoaineenkulutuksen jakautuminen työvaiheittain lähi- ja etätilan (I/Y) kesken

14.3.2013 JEsala 15


Traktorin käyttöperiaatteet

• Tutustu traktorin moottorin ominaisuuksiin

– Tehokas traktorin käyttö lähtee ominaiskulutuksen

ymmärtämisestä

– Etsi oman tai vastaavan tiedot netistä (esim.

http://www.dlg.org/traktoren.html)

– Valitse oikea traktori – työkonesuhde

– Säädä kierrosluku ja vaihde

– Sopiva massa

14.3.2013 JEsala 16


Traktorin käyttöperiaatteet … Moottorin ominaisuudet (JD 6506)

14.3.2013 JEsala 17


Moottorin momentti % nimellistehon momentista

Moottorin teho % nimellistehosta

Traktorin käyttöperiaatteet … Simpukkakuvio

• Moottorin polttoaineen kulutus eri kuormituksilla -

simpukkakuvio

• Oikea vaihde ja kierrokset

• Oikea työkoneen koko suhteessa traktoriin

• Esimerkki A - B

• A: Esimerkiksi 100 kW traktorin tehosta

tarvitaan 60 % (= 60 kW) työkoneen

vetämiseen moottorin käydessä

nimellisnopeudella > polttoainetta kuluu 280

g/kWh*60 kW = 16.8 kg/h > n. 23 l/h

• B: sama traktori työssä alennetulla

moottorin nopeudella ja suuremmalla

vaihteella (ajonopeus ennallaan) >

polttoainetta kuluu 230 g/kWh* 60 kW =

13.8 kg/h > n. 19 l/h

Moottorin kierrosluku % nimelliskierrosluvusta

Lähde: Fat berichte 2000:552

14.3.2013 JEsala 18


Traktorin käyttöperiaatteet … vetohyötysuhde

• Traktorin

vetohyötysuhde

100 %

– Vetävillä pyörillä oleva

massa ja työkoneen

vaatima vetovoima

vaikuttavat kuvion

muotoon ja tasoon

80 %

60 %

Vierimisvastushäviö

Luistoon

tuhlautuva osa

40 %

Vetohyötysuhde

20 %

Vierimisvastushäviö, jonka suuruuteen vaikuttavat

• Maan kantavuus

• Renkaiden koko ja paine

• Traktorin massa

10 20 30 40 50 Luisto

14.3.2013 JEsala 19


Traktori kuljetuksissa

• Traktorikuljetuksien polttoaineen kulutus riippuu

– Kuljetettavasta massasta

– Renkaista ja rengaspaineista

• Suuntaa antavat vierimisvastuskertoimet

– Kuorma-auton renkaan vierimisvastuskerroin parhaimmillaan 0.008

– 600/45R26.5 – 710/55R34 luokkaa olevien renkaiden 0.015 – 0.05

rengaspaineesta riippuen

– Traktorin renkaat 0.01 – 0.015 (kuluneet - uudet – eri paineilla)

– Voimansiirron hyötysuhteesta

• 75 % - 85 %

– Moottorin hyötysuhteesta ja kuormitusasteesta

• Lasketaan: 83.7/ominaiskulutus*100 %

– 200 g/kWh – 42 %

– 245 g/kWh – 34 %

– 400 g/kWh – 21 %

14.3.2013 JEsala 20


Traktori kuljetuksissa

• Lasketaan polttoaineen kulutus

– Traktorin teho 120 kW

– Traktori 6 000 kg + aisapaino 3 000 kg

– Perävaunun kytkentämassa 18 000 kg

– Vierimisvastuskertotoimet

• Traktori 0.012 (0.015), perävaunu 0.008 (0.03)

– Kulkuvastus:

• 9 000 kg*10 m/s 2 *0.012 + 18 000 kg*10 m/s 2 *0.008 = 1.1 kN+1.44 kN =

2.54 kN (1.35+5.4 = 6.75kN)

– ”Kulkuteho” 40 km/h (11.1 m/s) nopeudella:

• 2.54 kN*11.1 m/s = 28 kW (75 kW)

• Jaetaan saatu teho voimansiirron hyötysuhteella > Teho moottorilta

– 28 kW/0.8 = 35 kW = 30 % kuormitusaste >>> 400 g/kWh

– 75 kW/0.8 = 94 kW = 80 % kuormitusaste >>> 245 g/kWh

• Kulutus

» 35 kW*400 g/kWh = 14.0 kg/h = 16.9 l/h = 42 l/100 km

» 75 kW*245 g/kWh = 18.4 kg/h = 22.1 l/h = 55 l/100 km

14.3.2013 JEsala 21


Traktori kuljetuksissa

• USA: (Lähde: Udompetaikul, 2011)

– JD 7810, 8 400 kg

• Renkaat 710/70R38 + 600/65R28

• CVT vaihteisto

• Kulutus tasaisella 40 km/h:

– Pyörät ilmassa: ”23.7 l/100 km” (oma JD 6506 23 l/100 km)

– 0.6 bar – 18.4 l/h = 45.5 l/100 km

– 1.1 bar – 17.4 l/h = 42.5 l/100 km

– 1.6 bar – 16.8 l/h = 41.0 l/100 km (oma JD 6506 n. 30 l/100 km)

• Kulutus mäkikokeessa

– 4.35 km useita nousuja ja laskuja 100 m – 200 m merenpinnasta (+/- 15 astetta)

– 17 500 kg 2-akseliperävaunu, jossa ”kuorma-auton renkaat

– 0.6 bar – 105 l/100 km

– 1.1 bar – 100 l/100 km

– 1.6 bar – 97 l/100 km

14.3.2013 JEsala 22


• Saksalainen testi (RKL 37/2008)

Traktori kuljetuksissa

– Ajo 30 km/h portaattomalla vaihteistolla

• 1300 r/min - n. 8 l/h = 26.6 l/100 km

• 1600 r/min - n. 11 l/h = 36.6 l/100 km

• 1900 r/min - n. 12.5 l/h = 41.6 l/100 km

• 2300 r/min - n. 13.5 l/h = 45.0 l/100 km

• Muista , käytettävissä oleva teho alenee – ainakin alakierroksilla

• Tanskalainen FarmTest

– 7 traktoria (ka 10 000 kg) + 20 400 kg perävaunu (aisapaino 2 400 kg)

– 20 km matka vaihteistoautomatiikkatoimintoja käyttäen, keskinopeus 30

km/h

– 88 – 102 l/100 km

• Noin 60 t kuorma-auto perävaunu yhdistelmä kulutti 55 – 60 l/100

km vaihtelevassa siirtoajossa – 40 000 kg hyötykuorma!

14.3.2013 JEsala 23


Traktori kuljetuksissa

• Omat mittaukset

– Traktori 5300 kg, 18.4R39 + 16.9R24, 4-portainen pikavaihde

– Perävaunu

• Kokonaismassa 16 400 kg

• Kuorma-auton renkaat

– ”hana auki” (pieniä mäkiä, puolet soratietä)

– Kulutus 45 – 50 l/100 km

– Saman traktori perässä 20 300 kg lietevaunu (tasainen, päällyste)

• Renkaat 710/55R34

• Perävaunussa 3.5 bar – n. 50 l/100 km

• Perävaunussa 1.5 bar – n. 60 l/100 km (tr teho (85 kW) ei aivan riittänyt)

• Perävaunussa 1.5 bar – n. 68 l/100 km (Valtra Direct 142, 47 km/h)

• Mietittävä millä kuljetat!

• Muutamia hyviä esimerkkejä kuorma-auton käytöstä säilörehun

korjuun ja lietelannan levityksen yhteydessä

14.3.2013 JEsala 24


Polttoaineen kulutuksen mittaus

1. Uudet traktorit

• Käytännössä kaikilla merkeillä uusissa malleissa

ISOBUSS väylä (”karvalakkimalleja lukuun ottamatta”)

• Väylässä ruiskutusannostiedon >> ja niistä ainakin l/h

tieto näyttöön

• Moniin voi syöttää työleveyden ja ne mittaavat matkaa

• Voimansiirrosta anturilla (luistovirhe!)

• Tutkalla

• Erillinen GPS paikannin, josta nopeus- ja matkasignaali

– >>>>>>> kulutus l/ha

• Myös erilaisia summatoimintoja

• Kokeile erilaisia ajostrategioita!

14.3.2013 JEsala 25


Polttoaineen kulutuksen mittaus

2. Itse asennettavat läpivirtausmittarit

• Yksisuuntainen mittaus – yksi anturi

• Kaksisuuntainen mittaus – meno- ja paluuvirtauksen

mittaus

• Tarvitaan lisäksi laite tiedon vastaanottoon ja gpssignaali

Kuvan lähde: Aqua metro

14.3.2013 JEsala 26


Polttoaineen kulutuksen mittaus

• CKPT (valkovenäjältä)

– Tässä yksi läpivirtausmittausanturi +

näyttö

– Suuttimilta paluu tankkiin (n. 1 %)

– Matka GPS signaalilla tai pyöräanturilla

– Laturilta moottorin kierrokset

– Käynnissä olosta jännitesignaali

(käytännössä latausjännite)

– Kaksi jännitteen sisääntuloa

(polttoaineen pinnan tasolle tankissa),

mutta voi käyttää vaikka työsyvyyden

mittaamiseen

14.3.2013 JEsala 27


Polttoaineen kulutuksen mittaus

14.3.2013 JEsala 28


• CKPT

Polttoaineen kulutuksen mittaus

– Laitteiston asennus helppoa

– Hinta manager- ohjelman kera n. 650 €

• ohjelma vain MS Office XP versiona, eikä

kovin helppo, mutta tarvitaan exel – siirtoa

varten

– Polttoaine kuumenee ja

paluuvirtauksessa voi olla ilmaa

– >>välisäiliö ja lämmönvaihdin

– Suutinpaluu tankkiin (1 - 2 %

kulutuksesta)

14.3.2013 JEsala 29


Polttoaineen kulutuksen mittaus

• Tulokset

• Suora luenta

• Jälkikäsittely

• Tärkeää saada Exel – muotoon > monipuoliset kuviot

• GPS signaalista voidaan työ paikantaa tietyille lohkoille tai

kuljetukseen

• Muistiinpanoilla lisätietoja

14.3.2013 JEsala 30


14.3.2013 JEsala 31


Polttoaineen kulutuksen mittaus

3. Polttoainetason anturin jännitesignaalin keruu ja

GPS signaali

– Mielellään aikaleima tiedonkeruussa

– Muistiinpanoissa tarkennetaan työn aloitukset ja

lopetukset ja muut vaikuttavat seikat

4. Tankki piripintaan

– Lisätäyttö mittakannulla

– Mittalasi (esillä)

– Suorituskohtainen mittaus

14.3.2013 JEsala 32


Polttoaineen kulutuksen mittaus

3. Laskemalla

• Jos 100 kW käy ”täysillä”

• >> kulutus on 230 g/kWh*100 kW = 23 kg/h = n.

28 l/h

• >> jos vedetään 3 m leveää muokkaria 3 m/s

(10.8 km/h) nopeudella, saadaan

työsaavutukseksi 9 m 2 /s = 3,2 ha/h

• Hehtaarikulutus on 28 l/h / 3,2 ha/h = 8,75 l/ha

• Jos 100 kW traktori käy osateholla, laskeminen

tällä tapaa on mahdotonta

14.3.2013 JEsala 33


Yhteenveto

• Peseekö käyttäjä tekniikan pihtauksessa?

– Tilalla olemassa oleva tekniikka

• Käyttäjä avainasemassa!

– Käyttöperiaatteet

– Käyttömäärät

– Maan hoito

– Lähivuosina hankittava tekniikka

• Hanki polttoainetaloudellisia vaihtoehtoja

• Käytä tehokkaasti

– Tulevaisuudet tekniikka voi olla energiatehokasta

• Sähkömoottorit

• Polttokennot

14.3.2013 JEsala 34

More magazines by this user
Similar magazines