Proyección del futuro de la Agricultura en el 2.035




¿Qué es un Tracmata?

Category : Maquinaria · by Mar 31st, 2017

 

Puedes activar música de fondo mientras lees: Deep Purple – (1972) – Smoke On The Water

 

Los primeros tractores fueron probablemente una de las innovaciones agrícolas más revolucionarias en maquinaria, en la historia de la agricultura y cambiaron drásticamente la forma en que cultivamos la tierra y producimos los alimentos. Con ellos se redujo el tiempo necesario para labrar una parcela. También mejoraron la productividad de los agricultores ahorrando mucho esfuerzo y horas de trabajo. Su gran avance consistió en sustituir la fuerza animal, por la fuerza mecánica. En esta nueva revolución, que estamos viviendo actualmente, se sustituirá la inteligencia humana, por la inteligencia artificial. Este nuevo escenario presenta una mejora en la productividad y eficiencia, imponderable en este momento.

Primer tractor

Primer Tractor de Vapor

No está muy claro, a quien debe darse el gran honor de inventar el tractor autónomo, se estima que fue en la década de 1.850 a 1.860, cuando se construye por primera vez un tractor alimentado por vapor, (la palabra tractor se utilizó por primera vez en Inglaterra en el año 1.856, como sinónimo de motor de tracción). Podría haber sido un modelo muy parecido al de la fotografía.

No fue hasta 1.892 cuando John Froelich fabrica el primer tractor de motor de gasolina completamente funcional, con marcha hacia delante y hacia atrás, básicamente era un motor de gasolina de 16 CV. En 1.917 Henry Ford pone en el mercado su famoso tractor Fordson F, su gran aportación fue construir un vehículo ligero, pesaba tan solo 1.215 Kg y asequible en precio a una gran parte de los granjeros Americanos de la epoca. Lo consiguió gracias a la fabricación por módulos y en serie, que tanto éxito le dio a Ford. No se puede decir que Ford inventase el tractor, pero si, que construyó el primer tractor moderno.

Desde esa lejana historia hasta hoy, hemos sido testigos de impresionantes avances en tecnología de tractores, multitud de modelos y marcas y una completa gama de potencias y tamaños. Desde el año 2.000 y como consecuencia de la sensibilización que adquirió el mundo, promoviendo una economía más sostenible y porque no decirlo, debido al importante alza de precios de los combustible fósiles, se han ido probando diferentes soluciones, para adaptar los tractores a los nuevos tiempos. Se impulsaron tractores con motor de combustión de hidrogeno, tractores eléctricos alimentados por pila de combustible, como el New Holland NH2TM, tractores sin conductor, como el Case IH Magnum, hasta llegar al nuevo concepto de Tracmata[1] que utilizamos en 2.035 y que presentamos brevemente.

[1] Tracmata: Se define como un vehículo eléctrico autónomo sin conductor (vehículo auto-guiado). La palabra surgió fusionando las palabras Tractor y la palabra Autómata.

Para describir un tracmata, en una primera impresión, lo mejor es ver una imagen, no en vano, “una imagen vale más que mil palabras”, y esto no es un refrán, aunque también, sino que es literal. Si tenemos en cuenta que 1.000 palabras ocupan aproximadamente 10 Kb en un archivo de texto, y que una imagen de no mucha resolución, puede ocupar 100 Kb, queda perfectamente claro que una imagen vale más que 1.000 palabras.

Tractor del futuro

Modelo de tractor del año 2.035 (TRACMATA)

 

Lo primero que nos sorprende de este vehículo, es que no tiene cabina, no es que este camuflada, nada de eso, es que no tiene, no se puede montar nadie en su interior, ¿para qué? Donde antes iba la cabina, ahora tenemos un cerebro informático que controla perfectamente todas las funciones del tracmata. En esa misma zona se sitúan los cubículos donde están alojados los drones, como en las películas de ciencia ficción, cuando son lanzados, se abre una pequeña escotilla, salta el dron y una vez que regresa se acopla a sus enganches especiales y cierra.

El dron es un elemento intrínseco del tracmata, le sirve a este en la toma de decisiones, monitorizando el terreno circundante de forma precisa, evaluando las condiciones del terreno y posicionando posibles obstáculos en tiempo real. Pueden sobrevolar los campos de una forma rápida y captar información diversa, gracias a sus diferentes tipos de sensores.

Actualmente estos vehículos están dotados de una sofisticada electrónica y tienen una ingente cantidad de información cargada, para resolver situaciones y problemas en tiempo real, que requieren una regulación automática, está en el límite de poder ser considerarla una Inteligencia Artificial (IA). Son capaces de gestionar más información y más rápidamente, que el operario más avezado y capacitado. A mí me gusta más definir estos equipos como un verdadero sistema experto, ya que lo que hace, y muy bien, es sustituir al especialista que antes conducía el vehículo.

La gran tecnología desarrollada en el control y conducción automática, ha sido posible gracias al desarrollo de un paquete completo de detección y percepción, que comprende equipos radar, LIDAR, GPS y cámaras multiespectrales de vídeo HD, para garantizar la detección y prevención de obstáculos u obstrucciones en el trayecto del tracmata o del apero, y de un conjunto de sensores que controlan hasta el más mínimo elemento del vehículo.

El control que existe sobre todos los elementos del tractor, nos lleva a que todas las piezas que componen el tractor y que puedan tener un desgaste o estén expuestas a una rotura por esfuerzo, son monitorizadas. Podríamos decir que un tracmata, tiene cientos de sensores, la mayor parte de ellos tensiómetros y micrómetros de contacto, que constituyen el verdadero sistema nervioso del equipo. Estos sensores están conectados a una o varias subunidades de control, que analizan y filtran los datos, con el fin de que a la unidad de control central del equipo, solo le llegue la información relevante. El tractor internamente está perfectamente monitorizado en todos sus elementos.

Esto nos lleva a que el propio tractor realiza un auto-diagnostico preventivo. De tal forma que aquellas piezas que presentan una determinada fatiga, desgaste o que habían acumulado el número de horas limite, que estipulo el fabricante, podían ser sustituidas. Las piezas nuevas se fabrican en las impresoras 3D de las que dispone el agricultor, cada vez que comprabas una máquina, tenías la opción de añadir entre sus especificaciones la licenciación de los planos de las piezas más relevantes, de esta manera a ti te permitían realizar un mantenimiento preventivo muy económico y la empresa fabricante tenía su pequeño beneficio al licenciar los planos de esas piezas. Con la inmensa variedad de materiales de los que hoy disponemos para las impresoras 3D, plásticos, polímeros, metales líquidos, derivados de grafeno, etc., prácticamente somos capaces de reproducir la totalidad de las piezas de nuestros vehículos.

Otra de las características novedosas que se ha ido imponiendo, es la combinación de cadena-rueda, este sistema destaca por ofrecer un nivel de tracción superior con una menor presión sobre el suelo, disminuyendo la compactación del terreno y manteniendo la gran capacidad de maniobra que ofrece la rueda delantera. Se define un diseño de cadena triangular con accionamiento positivo, formado por una cadena de goma, encabezada por una gran rueda motriz. Ofrece un eficiente nivel de transmisión de potencia al suelo, gracias a un sistema automático de control de huella, consiguiendo que esta sea mayor o menor en función de la demanda de tracción, incluso las ruedas delanteras poseen un sistema automático de inflado del neumático para alcanzar la presión óptima tras analizar el tipo de apero que lleva y el tipo de suelo en el que va a trabajar.

El tracmata es eléctrico, dispone de un potente motor en cada una de las 4 ruedas, controlados por un cambio de variador de frecuencia continuo que se ocupa del sistema de tracción. Dispone de otro motor que alimenta el sistema hidráulico y los elementos auxiliares. El resto de la parte baja del vehículo está reservada para la batería. En este caso al no necesitar, ni motor de combustión, ni caja de cambios, ni transmisión, ni depósito de combustible, ni cabina, queda bastante espacio para las baterías eléctricas de última generación.

Super-capacitadores

Comparativa sistemas almacenamiento

El desafío tecnológico que surge a la hora de minimizar las pérdidas de transmisión energética de las baterías eléctricas, en un motor de alto par con una baja velocidad, como ocurre en las labores pesadas como el arado, se resolvió con la utilización de la nueva tecnología de supercondensadores. Estos se caracterizan por disponer de una carga rápida sin necesidad de circuitería de protección, a la vez que su capacidad de descarga igualmente rápida permite responder a la demanda de aplicaciones de potencia de pulso. Además, los supercondensadores carecen de limitación de ciclo de carga / descarga, lo cual implica una larga duración con un mantenimiento mínimo, entre otras ventajas.

La gracia del chiste, no está en que el tracmata sea eléctrico, este tipo de motores existen hace más de 100 años, son tan sencillos, que desde el primer momento son muy eficientes, actualmente llegamos a eficiencias cercanas al 97%, frente a un 40%, en el mejor de los casos, de un motor de combustión. Sino que la gracia está en las baterías eléctricas, y haciendo buena la teoría de los rendimientos acelerados de Ray Kurzweil, las baterías en las últimas tres décadas han tenido un salto cuantitativo y cualitativo en los cuatro parámetros que mejor las definen, como son: más seguridad, más densidad de carga, más vida útil y menos precio.

La ley de rendimientos acelerados, fue propuesta por Raymond Kurzweil en 2.001. Nos viene a decir que, el progreso tecnológico no es lineal, como puede indicar el sentido común (nuestros cerebros están programados para tener expectativas lineales), sino que es exponencial. Cuando cualquier campo de la ciencia, es informatizado y monitorizado por un ordenador, este campo experimenta un crecimiento exponencial. Esto se debe principalmente, a que la capacidad de cálculo de los ordenadores, va más allá de la capacidad de cálculo humana. La informática ha conseguido eliminar el crecimiento lineal, que venía experimentando la humanidad desde sus orígenes, hasta mediados del siglo XX.

progreso exponencial Ray Kurzweil

teoría de los rendimientos acelerados de Ray Kurzweil

Por poner un ejemplo de este salto, pensemos en la densidad de energía que contienen los combustibles fósiles gasolina-gasoil, que está en el entorno de 13 KWh/Kg, si hacemos las cuentas de cuanta de esa energía llega a las ruedas, este número se reduce hasta el entorno de los 3,25 KWh/Kg debido a la baja eficiencia energética[2] de los motores de combustión, y a las perdidas en todos los sistemas de transmisión, se supone un rendimiento total motor-transmisión del 25%.

[2] Eficiencia energética, se define como la relación entre la energía útil (o energía obtenida) y la energía consumida (o energía suministrada). También se puede definir como la relación entre el trabajo útil obtenido con el funcionamiento de la máquina y el trabajo consumido por la máquina.

Las primeras baterías de plomo-acido que utilizamos en los coches de combustión, tenían una densidad de 0,03 KWh/Kg, pasando por las de iones de litio (Li-ion) tan populares en los antiguos móviles, con una densidad de 0,21 KWh/Kg, las primeras baterías de polímero de Grafeno (desarrolladas en España) llegaban a 0,9 KWh/Kg, las baterías de litio-aire ya tenían densidades equivalentes a la eficiencia de la gasolina de 3,4 KWh/Kg, hasta las actuales baterías con densidad de energía de 16 KWh/Kg, se ha recorrido el esperado avance incremental. Quizá lo más importante desde mi punto de vista, de este gran avance, es su vida útil, aunque no se ha tenido tiempo de experimentar este punto, se estima que está en la misma vida útil que el tracmata.

Otra de las características fundamentales del concepto tracmata, y que lo hace tan versátil, es la carga inalámbrica de las baterías, por tanto si tienes una fuente de energía eléctrica próxima, el vehículo puede estar funcionando y trabajando durante un tiempo ilimitado. La transmisión de energía se realiza utilizando radiación de onda corta (microondas). El tracmata va equipado con una antena rectificadora, para convertir de nuevo la energía emitida por microondas en electricidad, con resultados de eficiencia práctica de conversión superiores al 95% en la antena.

Este esquema de prestaciones, encaja perfectamente con nuestro sistema de ordenación del territorio, ya que tenemos postes emisores de energía, en cada punto de impulsión de agua. En la mayoría de ellos, tenemos una balsa de riego, y sobre la lámina de agua, una instalación de paneles fotovoltaicos flotando en el agua, esta técnica de instalación se revelo como un gran acierto, ya que mantiene a los paneles refrigerados, esto en verano es muy adecuado, dadas las altas temperaturas a las que se ponen los paneles, por otro lado al eliminar gran parte de la radiación que llega al agua, evita de una manera natural la aparición de algas, que era un gran problema para este tipo de balsas, y por ultimo evita gran parte de la evaporación en días muy calurosos. Hay una red de estos postes energéticos suficiente para que el tracmata tenga una autonomía casi ilimitada.

Energía inalámbrica. Tesla

Torre Wardenclyffe. Tesla

Mucho se ha investigado y especulado sobre la transmisión inalámbrica de energía eléctrica, desde que en 1.981 Nikola Tesla, patentara la bobina que lleva su nombre (bobina Tesla), y realizara multitud de experimentos sobre inducción electrostática y acoplamiento electroestático, hasta concluir con su mítico proyecto La torre Wardenclyffe, que represento el principio del fin del propio Tesla.

Nikola Tesla es un personaje que, al contrario de la creencia popular, es muy estudiado y conocido en los ámbitos relacionados con la ciencia y la tecnología. Incluso una unidad física de medida lleva su nombre en su honor: el Tesla, unidad de densidad de flujo magnético. A pesar de su genialidad y gran visión, Tesla fue un escéptico y acérrimo enemigo de la teoría de la relatividad y de la teoría de la estructura del átomo, teorías por demás demostradas y que hoy son la base de gran parte de nuestra tecnología.

La transmisión inalámbrica de energía, consiste en la transmisión de energía eléctrica de una fuente de alimentación a un dispositivo, sin la utilización de cables o conductor eléctrico. Consiste en un dispositivo “emisor” conectado a una fuente de energía, que convierte la energía en un campo electromagnético de tiempo-variable, y uno o más dispositivos “receptores” reciben la energía y la reconvierten nuevamente en corriente eléctrica, la cual es consumida por una carga eléctrica. Es un término genérico utilizado para referirse a un distinto número de tecnologías de transmisión de energía, en el siguiente cuadro mostramos la mayoría de ellas.

Tecnología Rango Directividad Frecuencia Antena Aplicaciones actuales o posibles
Acoplamiento inductivo Corta Baja Hz – MHz Bobinas de alambre Carga de batería de pequeñas máquinas, placa de cocina de inducción y calentadores industriales.
Acoplamiento inductivo resonante Media Baja MHz – GHz Bobinas de alambre, resonadores Carga de dispositivos portátiles, implantes biomédicos, vehículos eléctricos, autobuses, trenes, MAGLEV, RFID, tarjetas inteligentes.
Acoplamiento capacitivo Corta Baja kHz – MHz Electrodos Carga de portátiles, enrutamiento de potencia en circuitos integrados, tarjetas inteligentes.
Magnetodinámica Corta N.A. Hz Rotación de magnetos Carga de vehículos eléctricos.
Microondas Larga Alta GHz Platos parabólicos, antenas en fase Satélites de energía solar, alimentación de aeronaves no tripuladas.
Ondas de Luz Larga Alta ≥THz Láser, fotocélulas, lentes Alimentación de aeronaves no tripuladas, de escaladores de elevadores espaciales.

Una de las aplicaciones más espectaculares, que podemos ver sobre la transmisión inalámbrica de energía por microondas, es la próxima inauguración de la primera estación energética espacial, que pondrá en uso el gobierno Japonés. Basándose en una vieja idea del estadounidense Peter Glaser, que en 1.968, propuso un gran sistema de satélites receptores de energía solar en órbita geoestacionaria (situada a 36.000 km del ecuador) y su transmisión posterior a grandes antenas receptoras situadas en la Tierra.

Perdidas radiación Solar

Perdidas en la radiación Solar Extraterrestre

Estación energética espacial

Proyecto Japonés, estación espacial

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Producir energía con placas fotovoltaicas de alto rendimiento, fuera de la atmosfera, cuenta con grandes ventajas, como aprovechar diez veces más radiación solar de la que llega a la superficie de la tierra, al no verse afectado por la atenuación de la radiación solar en la atmósfera terrestre, ni por la rotación terrestre (día-noche), ni las condiciones meteorológicas.

El reto de los científicos consistió en perfeccionar la tecnología inalámbrica para transmitir la energía a través de 36.000 kilómetros, solventando eficazmente los tres grandes problemas a los que se enfrentaron. Reducir el coste de instalación a precios competitivos, para ello se aprovechó de la nueva tecnología de cohetes reutilizables. Reducción al mínimo de las pérdidas de transmisión de energía por microondas y eliminación de los riesgos medioambientales asociados a esa trasmisión de energía.

El satélite ocupa una superficie de 2 Km de diámetro de paneles solares de alto rendimiento, que han sido lanzados al espacio por piezas a bordo de cohetes y luego ensamblados por sofisticados robots. El satélite tiene una potencia instalada de 1 GW.

Estas prestaciones se ven optimizadas por la aparición en todo el mundo de una nueva organización del territorio agrícola, con parcelas de gran superficie y a las que se han incorporado nuevas prestaciones tecnológicas. Ya no solo hay que hablar de carreteras inteligentes (Smartroad) o ciudades inteligentes (Smartcities), sino de parcelas agrícolas inteligentes (Smartearth), esta nueva reorganización del territorio ha hecho posible que estos vehículos tengan que circular muy poco por carreteras.

A pesar de los importantes avances tecnológicos que habían sufrido los tractores, estos habían perdido su gran hegemonía como los reyes de los vehículos en agricultura por su gran versatilidad, dejando paso a toda una familia de nuevos vehículos especializados autopropulsados y autónomos. Como las sembradoras, maquinaria de tratamientos, remolques esclavos entre otros muchos. Esto se debió principalmente a la irrupción del motor eléctrico, de las baterías y de la carga inalámbrica. La sencillez, economía y bajo mantenimiento del concepto eléctrico, junto con la estandarización de la inteligencia del vehículo, hace que no sea necesario un único y complejo vehículo de potencia.

Los agricultores viejos, como yo, cuando íbamos a comprar un tractor, el dato principal que llevábamos en la cabeza, eran los caballos que debía tener el tractor. Ahora ni lo preguntas, tienes que mirar cuantos Kbyte tiene, signifique eso lo que signifique, en fin “los tiempos cambian que es una barbaridad”.

La rapidez con la que la nueva tecnología cambia nuestras costumbres y nuestra forma de vivir el entorno, es sorprendente, difícil de creer y en muchos casos difícil de aceptar. En 1.998, Kodak tenía 170.000 empleados y vendía el 85% de todas las fotos en papel que se hacían en todo el mundo. En muy pocos años, su modelo de negocio desapareció, llevándola a la quiebra. Lo que le pasó a Kodak le pasará a muchas industrias en los próximos años, y muchas personas no se dan cuenta.

cámara digital de 1975 de Kodak

Primera Cámara Digital. 1975

¿Ud. pensaba en 1.998 que tres años más tarde no volvería a tomar fotografías en papel? Sin embargo, las cámaras digitales fueron inventadas por el mismo Kodak en 1.975, que no supo ver el inmenso potencial de futuro de su propio invento. Pesaba 3,6 Kg, sólo podía hacer fotografías en blanco y negro y tenía una resolución de apenas 10 Kpixel. La cámara guardaba las imágenes que tomaba en una cinta de casete y tardó 23 segundos en capturar su primera fotografía.

Las primeras cámaras tenían solo 10 x 103 pixel (10 Kpixel), pero siguieron la famosa ley de Moore y pasaron en 2.015 a tener 2 x 107 pixel (20 Mpixel), y actualmente en 2.035 superan los 2 x 1010 pixel (20 Gpixel). Como todas las tecnologías emergentes, en un primer momento, las cámaras digitales, fueron una desilusión por sus bajas prestaciones o dificultad de manejo, pero en poco tiempo se convirtieron en muy superiores a las tecnologías que iban a sustituir y terminaron siendo la tendencia principal en pocos años. Ahora está pasando con la Inteligencia Artificial, la salud, los vehículos eléctricos autónomos, la educación, la impresión 3D, la agricultura y los puestos de trabajos entre otros sectores.

 

Bienvenidos a la cuarta Revolución Industrial.

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