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/ 3.4.2013 JEsala 2
Energian yksiköt ja suhteet Joule 3 600 000 J = 3 600 000 Ws = 3600 kws = 1 kwh 10 kwh = 1 l polttoöljyä ><1 kg polttoöljyä = 43 MJ (= n. 12 kwh) n. 5 kwh = kilo puun tai oljen kuiva-ainetta 1000 kwh = 1 MWh 1 MWh = n. yksi kuutio kuivaa haketta tai turvetta 3.4.2013 JEsala 3
Kasvintuotannon energia peltotyöt Esityksen tarkastelutapa Suora energiankulutus Konekohtainen kulutus Työkone traktori kokosuhteen merkitys Olosuhteiden merkitys Työketjun merkitys 3.4.2013 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 3.4.2013 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) 3.4.2013 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) 3.4.2013 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 3.4.2013 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 3.4.2013 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!) 3.4.2013 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 3.4.2013 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 * 230 g/kwh = 23 l/h = 7,1 l/ha 3.4.2013 JEsala 12
Kasvintuotannon polttoaineen kulutus Ero suurimmillaan n. 40 l/ha = 40 = 200-400 kg jyviä 3.4.2013 JEsala 13
Kasvintuotannon polttoaineen kulutus 5 tilaa Tuotantoon kulunut öljy litraa/satotonni Toroska 2012 3.4.2013 JEsala
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 3.4.2013 JEsala 15
Traktorin käyttöperiaatteet Moottorin ominaisuudet (JD 6506) 3.4.2013 JEsala 16
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 3.4.2013 JEsala 17
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 3.4.2013 JEsala 18
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 % 255 g/kwh 33 % 400 g/kwh 21 % 3.4.2013 JEsala 19
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 (kuvio s. 17) 75 kw/0.8 = 94 kw = 80 % kuormitusaste >>> 255 g/kwh (kuvio s. 17) Kulutus» 35 kw*400 g/kwh = 14.0 kg/h = 16.9 l/h = 42 l/100 km» 75 kw*255 g/kwh = 19.1 kg/h = 23.0 l/h = 57 l/100 km 3.4.2013 JEsala 20
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 3.4.2013 JEsala 21
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! 3.4.2013 JEsala 22
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 3.4.2013 JEsala 23
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! 3.4.2013 JEsala 24
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 3.4.2013 JEsala 25
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 3.4.2013 JEsala 26
Polttoaineen kulutuksen mittaus 3.4.2013 JEsala 27
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) 3.4.2013 JEsala 28
Polttoaineen kulutuksen mittaus Tulokset Suora luenta Jälkikäsittely Tärkeää saada Exel muotoon > monipuoliset kuviot GPS signaalista voidaan työ paikantaa tietyille lohkoille tai kuljetukseen Muistiinpanoilla lisätietoja 3.4.2013 JEsala 29
3.4.2013 JEsala 30
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 3.4.2013 JEsala 31
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 3.4.2013 JEsala 32
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 3.4.2013 JEsala 33