Máquinas Agricolas - Apostilas - Engenharia de Aquicultura, Notas de estudo de Tratamento de Água

Baixe Máquinas Agricolas - Apostilas - Engenharia de Aquicultura e outras Notas de estudo em PDF para Tratamento de Água, somente na Docsity! UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA unesp CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE BAURU FACULDADE DE ENGENHARIA Departamento de Engenharia Mecânica APOSTILA DE MÁQUINAS AGRÍCOLAS UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA unesp CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE BAURU FACULDADE DE ENGENHARIA Departamento de Engenharia Mecânica APOSTILA DE MÁQUINAS AGRÍCOLAS Prof. Dr. Abílio Garcia dos Santos Filho Prof. Dr. João Eduardo Guarnetti Garcia dos Santos Colaboração: Jefferson Roberto de Freitas Ricardo Bussab Abou Mourad Bauru – Agosto/2001 Máquinas Agrícolas 1 1. Introdução 1.1. Conceituação e Normalização das Máquinas Agrícolas Abaixo segue algumas terminologias segundo a ABNT - NB-66. Operação Agrícola: Toda atividade direta e permanentemente relacionada com a execução do trabalho de produção agropecuária. Máquinas Agrícolas: Máquina projetada especificamente para realizar integralmente ou coadjuvar a execução da operação agrícola. Implemento Agrícola: Implemento ou sistema mecânico, com movimento próprio ou induzido, em sua forma mais simples, cujos órgãos componentes não apresentam movimentos relativos. Ferramenta Agrícola: Implemento, em sua forma mais simples, o qual entra em contato direto com o material trabalhado, acionado por uma fonte de potência qualquer. Máquina Combinada ou Conjugada: É uma máquina que possui, em sua estrutura básica, órgãos ativos que permitem realizar, simultaneamente ou não, várias operações agrícolas. Acessórios: Órgãos mecânicos ou ativos que, acoplados à máquina agrícola ou implemento, permite tanto aprimoramento do desempenho como execução de operações diferentes para o qual foi projetado. 1.2. Classificação das Máquinas Agrícolas As máquinas agrícolas são divididas em grupos, especificados na seqüência. Máquinas Agrícolas 2 Grupo 1 - Máquinas para o preparo do solo a.1) Máquinas para o preparo inicial do solo São responsáveis pela limpeza do solo, ou seja, pela remoção de árvores, cipós e etc. Constituem-se de destocadores, serras, lâminas empurradoras, lâminas niveladoras, escavadeiras e perfuradoras. a.2) Máquinas para o preparo periódico do solo São responsáveis pela movimentação ou mobilização do solo (inversão de leiva). Constituem-se de arados de aivecas, arados de discos, subsoladores, enxadas rotativas, sulcadores, etc. Grupo 2 - Máquinas para a semeadura, plantio e transplante b.1) Semeadoras, plantadoras e transplantadoras b.2) Cultivo mínimo ou plantio direto a) Grupo 3 - Máquinas para a aplicação, carregamento e transporte de adubos e corretivos c.1) Adubadoras e carretas Grupo 4 - Máquinas para o cultivo, desbaste e poda d.1) Cultivadores de enxadas rotativas, ceifadeiras e roçadoras Grupo 5 - Máquinas aplicadoras de defensivos e.1) Pulverizadores, polvilhadoras, microatomizadoras, atomizadoras e fumigadores Grupo 6 - Máquinas para a colheita f.1) Colhedoras ou colheitadoras Máquinas Agrícolas 3 Grupo 7 - Máquinas para transporte, elevação e manuseio g.1) Carroças, carretas e caminhões Grupo 8 - Máquinas para o processamento h.1) Máquinas beneficiadoras de café, milho, arroz, algodão e cana h.2) Máquinas para o tratamento e polimento: secadoras, classificadoras e polidoras Grupo 9 - Máquinas para a conservação do solo, água e irrigação e drenagem i.1) Irrigação: motobombas e aspersores i.2) Drenagem: retroescavadeiras e valetadeiras Grupo 10 - Máquinas especiais j.1) Reflorestamento: tratores florestais e filler bush (processador de madeira) Grupo 11 - Máquinas motoras e tratoras k.1) Tratores agrícolas, tratores industriais e tratores florestais Máquinas Agrícolas 6 2.2. Constituição Figura 2.2 – Constituição geral de um trator agrícola. a) Motor: Responsável pela transformação da energia potencial do combustível em energia mecânica, na forma de potência disponível no eixo de manivelas. Combustível Diesel Número de cilindros 1,3,4 ou 6 Bico Injetor Injeção direta Potência 16 ~ 215 cv Torque 3,7 kgf.m a 79 kgf.m Rotação máxima 2400 a 2700 rpm Relação de compressão 16:1 a 18:1 b) Embreagem: Órgão receptor da potência do motor e responsável pela sua transmissão à caixa de mudança de marchas, sob o comando de um pedal ou alavanca acionável pelo operador (pedal de embreagem). Máquinas Agrícolas 7 c) Caixa de mudança de marchas: Órgão mecânico responsável pela transformação de movimento para o sistema de rodados do trator. É o responsável pela transformação de torque e velocidade angular do motor, sendo comandada pela alavanca de mudança de marchas. d) Coroa, pinhão e diferencial: Órgãos transformadores e transmissores de movimentos responsáveis pela transmissão do movimento da caixa de mudança de marchas a cada uma das rodas motrizes; envolvendo uma redução proporcional de velocidade e uma mudança na direção do movimento de um ângulo de 90º. e) Redução final: Órgão que transmite os movimentos do diferencial às rodas motrizes com redução da velocidade angular e aumento do torque. f) Rodados: São os órgãos operadores responsáveis pela sustentação e direcionamento do trator, bem como sua propulsão, desenvolvida através da transformação da potência do motor em potência na barra de tração. g) Tomada de potência (TDP): Órgão responsável pela transformação do movimento do motor para uma árvore de engrenagens, cuja extremidade externa está localizada na parte traseira do trator, local onde são acoplados sistemas mecânicos rotativos. As tomadas de potência possuem rotações na faixa de 540 a 1000 rpm e são normalizadas pela ABNT-PB-83. h) Sistema hidráulico: Órgãos receptores, transformadores e transmissores da potência do motor através de um fluido sob pressão aos órgãos operadores, representados, principalmente, por cilindros hidráulicos. São normalizados pela ABNT-PB-131. i) Reguladores: Conjunto de órgãos que têm por função regular a velocidade angular do motor em função das variações das cargas às quais o trator é submetido. Máquinas Agrícolas 8 j) Sistema de engate de três pontos: Responsável pela tração e suspensão de implementos e máquinas agrícolas. É normalizado pela ABNT-PB-84, categoria I, II (tratores agrícolas) e III (tratores industriais e florestais). k) Barra de tração (BT): Órgão responsável pela tração de máquinas e implementos. É normalizado pela ABNT-PB-85. 2.3. Classificação Geral A classificação geral dos tratores leva em consideração dois critérios básicos: o tipo de rodado e o tipo de chassi. 2.3.1. Tipo de Rodado Confere à máquina importantes características com relação à tração, estabilidade e rendimento operacional. Classificam-se em: a) Tratores de rodas Os tratores de rodas constituem o tipo predominante para uso agrícola. Caracterizam- se por possuírem, como meio de propulsão, rodas pneumáticas, cujo número e disposição determinam os seguintes subtipos: a.1) Duas rodas; - as rodas são motrizes; - o operador caminha atrás do conjunto; - tobatas ou microtratores. Máquinas Agrícolas 11 Classificam-se em: a) Tratores industriais São utilizados para transporte e manuseio de ferramentas em parques industriais. Podem ser de rodas, esteiras e de chassi articulado. b) Tratores florestais São tratores utilizados para derrubada e corte de árvores, carregamento, transporte e processamento. c) Tratores agrícolas Segundo seu chassi podem ser de 2, 3 e 4 rodas. São transportadores de implementos e formam conjuntos combinados. Máquinas Agrícolas 12 3. Ensaios de Tratores Os pontos analisados nos ensaios podem ser divididos em: - Pontos obrigatórios: Ensaio da Tomada de Potência (TDP); Ensaio da Barra de Tração (BT). - Pontos facultativos: Ensaio do sistema hidráulico; Nível de fumaça; Nível de ruído; Ensaio de frenagem; Partida à baixa temperatura; Ensaios com temperatura controlada. 3.1. Objetivos - Atuar indiretamente como agente fiscalizador e elemento de garantia das condições mínimas de funcionamento e durabilidade; - Fornecer ao fabricante dados que permitam aprimorar seu produto, visto que nem sempre as empresas possuem centro de ensaios. - Fornecer aos usuários dados que lhe permitam a adoção de critérios racionais para a seleção de tratores e máquinas agrícolas; - Levantar informações e dados técnicos obtendo-se características verdadeiras e livres de interferências comerciais ou de erros projetuais; 3.2. Ensaio na Tomada de Potência (TDP) a) Potência teórica. 32,632 ρ⋅⋅= cQPt (3.1) Máquinas Agrícolas 13 onde: Pt = Potência teórica, (cv); Q = quantidade de combustível consumido, (l/h); c = calor específico do combustível, (kcal/kg); ρ = densidade do combustível, (kg/l). b) Fatores que afetam a potência. - Relação estequiométrica (ar/combustível); - Periodismo das válvulas; - Rendimento termodinâmico; - Umidade do ar; - Relação de compressão: gasolina – 6 a 8, álcool – 12 a 14, diesel – 16 a 18. c) Órgãos responsáveis pelos ensaios de tratores. - DEA – Divisão de Engenharia Agrícola – Jundiaí/SP; - CENEA – Centro Nacional de Engenharia Agrícola – Iperó/SP; - CEEMAT – Centre de Estude de Machine Agricole – França; - Centro de Nebraska – É o maior centro de investigação e ensaio de máquinas. Subsidiado pela S.A.E. d) Potência Efetiva Corrigida. 2/1     ⋅     ⋅ −= Tv To PwPo PsPeoPec (3.2) onde: Pec = potência efetiva corrigida, (cv); Peo = potência observada no ensaio, (cv); Ps = pressão atmosférica normal, (760 mmHg); Pw = pressão absoluta de vapor de água, (mmHg); Po = pressão atmosférica local, (mmHg); To = Temperatura absoluta no local, (K); Tv = Temperatura normal absoluta, (K). Máquinas Agrícolas 16 O ensaio na TDP é realizado num período seqüencial de duas horas com a presença de carga no trator. Um esquema do ensaio na TDP de um trator é mostrado na Figura 3.2. Figura 3.2 – Ensaio na TDP. Um exemplo dos resultados de um ensaio, na potência máxima de um trator de 27 cv, é mostrado na tabela a seguir. Velocidade angular (rpm) Consumo de combustívelPotência observada (cv) TDP Motor Horário (l/h) cv.h/l Específico (g/cv.l) 1 2 3 4 5 6 A 27,68 617 2032 6,410 4,318 191,5 B 25,65 538 1771 5,586 4,592 180,1 C 23,55 652 2147 5,172 4,119 200,8 D - 690 2273 1,741 - - E 12,40 679 2236 3,206 3,868 213,8 F 27,75 622 2048 6,529 4,250 194,6 G 25,35 646 2127 5,949 4,261 194,1 H 18,40 666 2193 4,498 4,091 202,2 A = x de 12 posições durante 2 horas; B = valores da TDP à 540 rpm; C = 85% do torque de A1; D = carga nula; E = 50% da carga C1; F = carga igual a A1; G = 25% da carga C1; H = 75% da carga C1. Foi considerado, também, para esse ensaio: - percentual de cargas normalizado pela norma de ensaio NB – 10400; - torque equivalente no motor à potência máxima: 9,76 kgf.m; - máximo torque equivalente no motor: 10,48 kgf.m. É confirmada a exatidão do ensaio e a qualidade do produto quando não á variação na relação de transmissão, até a 3o casa decimal. Conforme a tabela acima, verifica-se tal afirmação, pois: RPMtdp RPMmotori = 29294,3 666 2193 29184,3 538 1771 29335,3 617 2032 == == == c b a i i i j) reserva de torque no motor. max.max potTTt −=∆ (3.8) onde: ∆t = reserva de torque no motor, (%); Tmax = torque máximo, (kgf.m); Tpot. max = torque à potência máxima, (kgf.m); Se: ∆t > 15% (bom); 10% < ∆t < 15% (regular); ∆t < 10% (ruim); Uma curva de desempenho da TDP é mostrado na Figura 3.3. Máquinas Agrícolas 18 Figura 3.3 – Curva de desempenho da TDP com indicação das retas de isotorque à cargas parciais entre os pontos A e B. 3.3. Ensaio na Barra de Tração (BT) O ensaio na barra de tração serve para determinar a potência efetiva ou disponível do trator. Os ensaios para tratores de pneus são realizados em pistas de concreto e os ensaios para tratores de esteira são realizados em pista de terra batida, conforme a Figura 3.4. Figura 3.4 – Pistas para ensaio de barra de tração de tratores agrícolas. O ensaio consiste, também, no cálculo da força de atrito do solo ou da pista de concreto e da resistência ao rolamento do solo. Máquinas Agrícolas 21 onde: CT = coeficiente de tração; F = força de tração na barra, (kgf); Wrt = carga dinâmica nas rodas traseiras, (kgf). A tabela a seguir indica os valores dos coeficientes de tração em função da condição do solo. Coeficiente de tração (%) Condições do solo Deslizamento (%) Mínimo Máximo Médio Estrada de concreto 5 0,57 0,75 0,66 Argila seca 16 0,52 0,66 0,55 Argila arenosa 16 0,45 0,58 0,50 Argila fina seca 16 0,29 0,42 0,36 Estrada batida 5 0,32 0,41 0,36 Solo coberto por grama 8 0,31 0,41 0,36 Os fatores que influenciam o coeficiente de tração são: ! Tipo de dispositivo de tração (largura, gomos, número de rodas); ! Pressão dos pneus; ! Teor de umidade do solo; ! Desenho da banda de rodagem; ! Dimensões do dispositivo de tração; ! Distribuição de pressão. d) Diagramas de esforços nos pneus (roda movida). O diagrama do pneu de borracha de um trator, cheio de ar, e do conjunto da roda, considerados ambos como corpo livre se parecerá, aproximadamente, com o da figura seguinte. Máquinas Agrícolas 22 Figura 3.6 – Diagrama dos esforços numa roda de trator. a) rebocada, b) tracionando, c) tracionando, com as componentes horizontais de R e T separados, d) com M apenas suficiente para vencer a resistência ao rolamento R. G. E. e) Determinação da força de atrito. Equacionamento: φtgwcAF ⋅+⋅= (3.12) onde: F = força de atrito, (kgf); A = área, (m2); c, φ = coeficientes inerentes ao tipo de solo determinado em laboratório; w = peso do rodado, (kgf). A reação do solo a um elemento de tração é, na maioria dos casos, afetada pela área cisalhada e pelo peso, conforme mostrado na Figura 3.7. Máquinas Agrícolas 23 Figura 3.7 – Reação do solo em um trator de esteira e de pneu. A tabela a seguir traz os valores de c e φ em função do tipo de solo. Tipo de solo c (lb/pol2) φ (o) Terreno arenoso arado e sulcado 0,7 20 Terreno arenoso fino arado a pouco tempo 1,02 20,5 Terreno arenoso fino não arado 1,63 42,5 f) Determinação da resistência ao rolamento. Equacionamento: " para trator de esteira. ( ) n c n n kbkl w n R 11 . 1. .2 . 1 2         +          + = + φ (3.13) " para trator de pneus. ( ) ( )  +⋅ +⋅ +⋅       +⋅ +⋅ ⋅+ ⋅ − ⋅ + ⋅     ⋅= 12 1 12 22 12 22 2/1 1 3 1 1 13 ncn n n n kbknnd wR φ (3.14) Máquinas Agrícolas 26 a) Argila cultivada; b) Concreto. Solução: a) Coeficiente de resistência ao rolamento (c): k = 4,2 m = - 0,8 W RDkC m == . Dianteira: 310,026.2,4 8,0 == −DC Traseira: 163,058.2,4 8,0 == −TC lbfWCR lbfWCR RTTRT RDDRD 8,4232600.163,0. 6,297960.310,0. === === HPNNspéslbfHP spéslbfNpésmilhashora hmilhaslbfVRRNouPot RRRR RR TDRR 7,7 550 2,4232/.5501 /.2,4232 3600 5280.6,288552801;36001 /.6,28854).8,4236,297().( =⇒=⇒= ==⇒== =+=+= b) Coeficiente de resistência ao rolamento (c): k = 0,96 m = - 1,0 W RDkC m == . Dianteira: 037,026.96,0 0,1 == −DC Traseira: 017,058.96,0 0,1 == −TC lbfWCR lbfWCR RTTRT RDDRD 6,412600.017,0. 52,35960.037,0. === === Máquinas Agrícolas 27 HPNNspéslbfHP spéslbfNpésmilhashora hmilhaslbfVRRNouPot RRRR RR TDRR 82,0 550 5,452/.5501 /.5,452 3600 5280.5,30852801;36001 /.5,3084).6,4152,35().( =⇒=⇒= ==⇒== =+=+= h) Reserva de torque Por exemplo, com uma potência no ensaio = 27,75 cv à 622 rpm na TDP e com as equações de momento no motor e reserva de torque: n NMomento ⋅= 2,716 (3.17) onde: N = potência máxima no motor, (cv); n = rotação na TDP, (rpm). TDPpotTTt maxmax −=∆ (3.18) onde: ∆t = reserva de torque, (kgf.m); Tmax = torque na potência máxima no motor, (kgf.m). Tpot max TDP = torque na potência máxima na TDP, (kgf.m). n = rotação na TDP, (rpm). Tem-se: mkgf n NMomento .7,9 2048 75,272,7162,716 =⋅=⋅= mkgfTTt TDPpot .78,07,94,10maxmax =−=−=∆ %5,748,10/78,0/% max ==∆= Tt Máquinas Agrícolas 28 Detectado o problema, para-se o ensaio e observa-se os seguintes pontos: ! Assentamento do eixo da TDP nos mancais de rolamento; ! Uso correto e especificação do lubrificante; ! Balanceamento no eixo da TDP; ! Potência efetiva do motor. i) Rendimento Termo-mecânico. Equacionamento com um exemplo: 100⋅= t e tm P Pη P = 827 g/l = 0,827 kg/l cvPcQPt 59,86753600 827,010140529,6427 753600 427 =⋅⋅⋅=⋅⋅⋅= %32100 59,86 75,27 =⋅=tmη j) Rendimento energético. Equacionamento com um exemplo: %1,32100 8,8358 2,2687 =⋅=tmη Energia teórica = CP = 10140.0,827 = 8358,8 kcal/l Energia real efetiva = 4,25.632,3 = 2687,2 kcal/l Energia real = (cv.h/l) = 632,3 kcal/l " EXEMPLO 3.3 Após o ensaio da TDP, conforme os dados da tabela, determine a reserva de torque considerando uma potência com 85% do torque de A1. Verifique ainda o rendimento energético, o rendimento termo-mecânico e justifique as deficiências observadas. Máquinas Agrícolas 31 onde: Pt = peso total, (kgf); T = peso traseiro, (kgf); D = peso dianteiro, (kgf). onde: LE = peso do lado esquerdo, (kgf); LD = peso do lado direito, (kgf); Máquinas Agrícolas 32 onde: C = calço de dimensões definidas; DE + C = peso dianteiro elevado + calço, (kgf); Y2 = altura do calço, (mm). onde: C = altura da barra de tração, (mm); D1 = raio do rodado dianteiro, (mm); D2 = raio do rodado traseiro, (mm); E = distância entre eixos, (mm). Máquinas Agrícolas 33 Equacionamento: TD EDX + = . (3.19) 1 11 sen )'()cos( β β ⋅ ⋅−⋅⋅+= tP EDEEDDY (3.20)     −     = tP LELDBTZ . 2 (3.21)      −= E DDtgarc 21θ (3.22) 31 βθβ += (3.23) θβ cos.arcsen 1223      −+= E DYD (3.24) 3coscos β θ ⋅    =′ EE (3.25) " EXEMPLO 3.3 Determine o centro de gravidade de um trator CBT, modelo 8240, submetido ao ensaio que apresentou as seguintes características ponderais: Pt = 6780 kg T = 4030 kg D = 2750 kg LD = 3380 kg LE = 3400 kg DE + C = 2910 kg C = 230 kg DE = 2680 kg Y2 = 710 mm D2 = 560 mm E = 2350 mm C = 300 mm BT = 1675 mm D1 = 420 mm Solução: Máquinas Agrícolas 36 ! Devido à força no 3o ponto. Equacionamento: 01 '' 2 =⋅+⋅−⋅ dwxwxR tt (3.30) x dwR x dw x xwR ttt ⋅−=⋅−⋅= 21 '' 2 (3.31) ! Devido à estabilidade lateral. Equacionamento: Máquinas Agrícolas 37 0=∑ MM 2 Bwyw VH ⋅=⋅ 2cossen Bwyw ⋅⋅=⋅⋅ αα y Btg ⋅= 2α (3.32) terrenododeclivdadetg __100 =⋅α onde: wH = carga horizontal, (kgf); wV = carga vertical, (kgf); " EXERCÍCIO 3.1 Um determinado trator pesando 3560 lbf tem o peso distribuído da seguinte forma: 2600 lbf no rodado traseiro e 960 lbf no rodado dianteiro. Supondo que o referido está exercendo uma tração na barra de 1750 lbf, calcule: a) a carga verdadeira nos pneus; b) o coeficiente de tração das rodas traseiras. Dados: X3 = 23’’ X2 = 589,4 lbf Wt real = 3176,5 lbf X1 = 85’’ Y1 = 18’’ CT = 0,55 " EXEMPLO 3.5 De acordo com a tabela de CT (coeficiente de tração), determine a tração máxima na barra que o trator do problema anterior é capaz de exercer. O trator está em perigo de inclinar para trás? Justifique. Qual seria a força de tração na BT necessária para elevar as rodas dianteiras do solo? (Concreto: CTMax = 0,75). Máquinas Agrícolas 38 Solução: )(85.62.3560. )( )(23.356085.. 2 1 IIIWYPM II CT PW W PCT IWYPM TB T T DA =+⇒∑ =⇒= =+⇒∑ Substituindo (II) em (III), tem-se: lbfPPPPPP 5,2586 33,85 62.356062.3560.3,113.2885. 75,0 62.356028. =⇒=⇒−=−⇒=+ De (I), tem-se: lbfWWW DDD 55,41585 18.5,258623.356023.356085.18.5,2586 =⇒−=⇒=+ Logo, %43 960 55,415 == estD dinD W W lbfPPPWM DA 8,454818 23.356023.356018.85. =⇒=⇒=+⇒∑ Máquinas Agrícolas 41 Supondo que iremos tracionar uma grade em tandem de 14 discos de 32’’. Quantos cv disponíveis na barra necessitaríamos para tracionar esse implemento à 8,3 km/h? " EXERCÍCIO 3.3 Qual seria a exigência em cv de um subsolador de 3 hastes operando a uma velocidade de 7 km/h à 500 mm de profundidade em solo arenoso? Máquinas Agrícolas 42 4. Preparo Inicial do Solo Ele compreende as operações necessárias para criar condições de implantação de culturas, em áreas não utilizadas anteriormente com essa finalidade. A principal operação que se caracteriza em tal processo é a de desmatamento. Essa inicia-se com a eliminação da vegetação, seguida de uma limpeza do solo visando a erradicação de pequenas raízes ou ramos. 4.1. Fatores Levados em Consideração ! Vegetação. Um dos principais fatores a ser considerados, já que em função de seu reconhecimento, é escolhido o método a ser utilizado no processo de desmatamento, tempo necessário para desempenhar tal trabalho e custos envolvidos. Constitui-se da verificação do número e tamanho das árvores, densidade da vegetação, sistema radicular (formato das raízes), cipós, etc. ! Finalidade do uso do terreno. Refere-se à função que o terreno possuirá, como rodovias, barragens, culturas, etc. ! Topografia. Os acidentes de topografia afetam e/ou limitam a utilização normal de determinados equipamentos. ! Condições climáticas. Afetam as operações desde o corte até a queima. ! Especificação do trabalho. Determinam o grau de desbravamento, prazos de execução e seleção adequada do equipamento. 4.2. Tipos de Equipamentos Responsáveis pelo Desbravamento a) Lâminas Anglodozer e Buldozer Lâminas Anglodozer são especialmente utilizadas na remoção e derrubada de vegetação de diâmetro até 20 cm. Máquinas Agrícolas 43 Lâminas Buldozer são lâminas especiais utilizadas na derrubada de vegetais com diâmetro que varia de 20 a 70 cm. Estas duas lâminas, em especial, apresentam defletores e esporões responsáveis pelo corte e aceleração do momento de queda do vegetal. Figura 4.1 – Esquema de uma lâmina Anglodozer e Buldozer. b) Correntões Acoplam-se a tratores de alta potência e de esteira. São recomendados para cerrado e cerradão (diâmetros de vegetação até 10 cm). Figura 4.2 – Esquema do uso de correntões. Máquinas Agrícolas 46 c) Manual É um processo simples, o qual são utilizadas ferramentas manuais como enxadas e machados. 4.3. Levantamento Densométrico e Determinação do Desempenho Operacional Para que o levantamento densométrico seja obtido é necessário que sejam levantados os dados a seguir. a) Densidade da vegetação com menos de 30 cm de diâmetro. Densa – acima de 1500 árvores/ha; Média – entre 1000 e 1500 árvores/ha; Rala – abaixo de 1000 árvores/ha; b) Presença de madeiras duras (madeiras de lei) expressa em porcentagem, bem como cipós. c) Somatória dos diâmetros, em metros, de todas as árvores por ha, com mais de 180 cm de diâmetro ao nível do solo. O desempenho operacional é dado pela Equação (4.1). E, pela Equação (4.2), por exemplo, se a eficiência de campo for de 82,5%. 10 vlP ⋅= (4.1) onde: P = desempenho operacional, (ha/h); l = largura de corte, igual à de corte nominal da lâmina, (m); v = velocidade do trator, (km/h). e Máquinas Agrícolas 47 825,0 10 ⋅⋅= vlP (4.2) A estimativa de desempenho é feita calculando-se o tempo necessário para trabalhar um hectare, por exemplo, em operações de corte. É dada pela Equação (4.3). )( 44332211 FDNMNMNMNMBAXT ⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅⋅= (4.3) onde: T = tempo por hectare, em minutos; A = fator de concentração ou presença de cipós que afetam o tempo básico; X = fator de concentração de madeiras de lei que afetam o tempo básico; B = tempo básico para cada trator, por ha; M = minutos por árvore, em casa classe de diâmetro; N = número de árvores por hectare, em cada classe de diâmetro, obtido no levantamento no campo; D = soma dos diâmetros, em metros, de todas as árvores por hectare, com diâmetro acima de 180 cm ao nível do solo, obtida no levantamento no campo; F = minutos por metro de diâmetro para árvores com mais de 180 cm de diâmetro. A porcentagem de madeiras de lei afeta o tempo total do seguinte modo: 75 a 100% - somar 30% ao tempo total (X = 1,3) 25 a 50% - não altera o tempo (X = 1) 0 a 25% - subtrair 30% do tempo total (X = 0,7) A determinação da produção de máquinas com uso de correntões é realizada através das equações seguintes. 3 cL = (4.4) onde: L = largura de corte, (m); Máquinas Agrícolas 48 c = comprimento do correntão definido em função da potência do trator, (m). 10 EfvLP ⋅⋅= (4.5) onde: P = desempenho operacional com arrepio, (ha/h); L = largura de corte, (m); v = velocidade do trator, (km/h). Ef = eficiência de trabalho. OBS.: a) Quando a operação é realizada com arrepio, trabalha-se com 75 % da velocidade do trator (velocidade operacional). b) A eficiência para o uso de correntões varia entre 0,45 e 0,65. Normalmente, trabalha-se com o valor médio. 20 EfvLP ⋅⋅= (4.6) onde: P = desempenho operacional sem arrepio, (ha/h); L = largura de corte, (m); v = velocidade do trator, (km/h). Ef = eficiência de trabalho. " EXEMPLO 4.1 Calcule a produção de corte (derrubada) de um trator de esteira marca FIAT modelo AD14 com 155 HP de potência, equipado com lâmina lisa, o qual trabalhará nas seguintes condições: - remoção de tocos em operação separada; - terreno com 5,0 % de declividade, solo firme e bem drenado; - o levantamento densométrico apresentou o seguinte: 90 % de madeiras duras e a seguinte contagem de árvores por hectare: Máquinas Agrícolas 51 5. Preparo Periódico do Solo São as operações realizadas após o preparo inicial do solo, em que a mobilização da camada superficial é realizada com implementos de órgãos ativos: discos (lisos ou recortados), hastes, lâminas ou enxadas e ferramentas, cuja conformação se destina à erradicação de plantas daninhas. Destacam-se como equipamentos principais os arados, as grades e os subsoladores. 5.1. Arados Os arados podem ser de aivecas ou de discos. 5.1.1. Arados de Aivecas É um dos implementos mais antigos utilizados no preparo do solo para instalação de culturas periódicas. Foram utilizados, além de outros povos, pelos chineses, os quais inicialmente possuíam formatos triangulares ou quadrados e, posteriormente, curvados, sendo estes utilizados até os dias de hoje sem grandes modificações. Figura 5.1 – Arados de aiveca chineses. a) triangular e b) quadrangular. Máquinas Agrícolas 52 Figura 5.2 – Arado de aiveca utilizado atualmente. Podem ser classificados como segue: ! Quanto a forma de acionamento Tração animal Tração mecânica ! Quanto a forma de acoplamento à fonte de potência De arrasto Montado Semi – montado ! Quanto a movimentação do órgão ativo Fixo Reversível ! Quanto ao número de órgãos ativos Monocorpo Corpos múltiplos A constituição das aivecas é ilustrada na figura a seguir. Máquinas Agrícolas 53 Figura 5.3 – Constituição de uma aiveca: 1 – Aiveca, 2 – Relha, 3 – Rasto, 4 – Suporte, 5 – Coluna. 5.1.2. Arados de Discos O arado de discos apareceu em substituição aos arados de aivecas e sua origem teve como ponto de partida a grade de discos. Este tipo de arado é uma das máquinas mais estudadas e aperfeiçoadas pelos engenheiros, técnicos e fabricantes de maquinaria agrícola. Figura 5.4 – Ilustração de um arado de disco. Foi construído para ser usado em terrenos secos e duros, porém não pode-se desprezar o uso do arado de aivecas pela simples razão de que nenhum arado de um só tipo e tamanho pode preparar todos os tipos de solo, nem ser utilizado em todas as estações do ano com iguais resultados. Eles apresentam como principal vantagem, quando comparados com os de aiveca, o fato de possuírem como órgãos ativos, os discos que, para executar sua função, trabalham com um movimento de rotação e, portanto, são menos suscetíveis a impactos, uma vez que, ao encontrar um obstáculo qualquer, o disco rola sobre o mesmo, diminuindo a influência Máquinas Agrícolas 56 # ângulo de trabalho dos discos : vertical e horizontal. Figura 5.8 – Ângulo de trabalho dos discos. # concavidade dos discos – relação f/d. solos duros e compactados f/d = 0,12 solos médios f/d = 0,15 solos leves f/d = 0,20 Figura 5.9 – Concavidade dos discos. # mola da roda guia Quanto maior a pressão na mola, menor a profundidade de penetração. A variação de ângulos na roda guia permite as correções de dirigibilidade do conjunto (ajuste fino). 5.2. Grades Máquinas Agrícolas 57 Sua função é completar o serviço executado pelos arados, embora elas possam ser utilizadas antes ou até mesmo em substituição a estes em algumas situações. Também têm a função de complementar o preparo do solo, no sentido de desagregar os torrões, nivelar a superfície do solo para facilitar a semeadura, diminuir vazios que resultam entre os torrões e destruir os sistemas de vasos capilares que se formam na camada superior do solo, para evitar a evaporação de água das camadas mais profundas. As grades de discos podem ser basicamente de três tipos: a) Simples ação Sua característica básica é a inversão do solo com uma passada. Estes sistemas são empregados somente no controle de plantas daninhas (capina superficial). Figura 5.10 – Grade de discos de simples ação. b) Dupla ação São sistemas providos de discos, os quais permitem a mobilização do solo, ou seja, o solo é removido e depois sofre uma desestruturação. Utilização marcante em operações de nivelamento superficial do solo após a mobilização pela aiveca ou arado de discos. Figura 5.11 – Grade de discos de dupla ação. c) Tandem ou off-set Máquinas Agrícolas 58 São aquelas utilizadas para mobilização profunda do solo em substituição aos arados de discos ou aivecas. Também conhecido como grade aradora. Figura 5.12 – Grade de discos tandem ou off-set. A constituição das grades é ilustrada na figura a seguir. Figura 5.13 – Constituição de uma grade: 1 – Eixo, 2 – Calota, 3 – Mancal, 4 – Suporte do mancal, 5 – Discos, 6 – Carretel espaçador. " O acoplamento das grades podem ser de três tipos: a) Arrasto Utilizam a barra de tração (BT) para movimentação e ação dos órgãos ativos. b) Montados Máquinas Agrícolas 61 ! Pela pressão exercida no solo pelos pneus e esteiras dos tratores; ! Pelo tráfego constante das máquinas sobre o solo; ! Pela ação dos órgãos ativos (discos, hastes e enxadas) durante a operação de mobilização do solo. Figura 5.17 – Distribuição de tensões sob uma roda e uma esteira. Os efeitos da compactação podem ser: ! Redução da macroporosidade do solo (esmagamento das partículas do solo); ! Redução do sistema radicular das culturas; ! Erosão superficial. A eficiência da subsolagem está correlacionada com o teor de água presente no solo; quanto menor a umidade do solo, maior a eficiência da subsolagem. Ela requer alta potência para realizar seu trabalho. 5.3.1. Métodos de Avaliação da Camada Compactada Máquinas Agrícolas 62 ! Visual: Linhas naturais de sulco; ! Penetrômetro de mola: Possui pontas cônicas com ângulo de base variando de 45o a 60o, sendo o primeiro para solos argilosos e, o segundo, para solos arenosos. Figura 5.18 – Penetrômetro de mola. Constituição: a) empunhadura onde se aplica uma força F, m) mola circular, M) micrômetro, d) diâmetro da mola sem compressão, d-x) diâmetro da mola com uma compressão x, h) haste, c) ponta do penetrômetro. ! Penetrômetro de Impacto Stolf: Máquinas Agrícolas 63 Figura 5.19 – Penetrômetro de impacto. (I) condição inicial, (II) condição após a queda da massa (m) com uma penetração (x) no perfil. a) manopla, g) guia da massa, b) batente de impacto da massa, h) haste, c) cone, H) altura de queda de massa, r) régua (opcional), e) limitador superior, p) placa de referência de profundidade de penetração (opcional). " EXEMPLO 5.1 Determinação da compactação com penetrômetro de impacto para uma área qualquer. Profundidade (cm) Nº de Impactos Valores Calculados 00 – 09 1 1,11 09 – 13 2 5,00 13 – 17,5 2 3,64 17,5 – 23 2 3,33 23 – 29 2 3,33 29 – 35 2 3,33 35 – 41 2 1,74 Para a obtenção dos Valores Calculados, foi efetuado o seguinte cálculo: Máquinas Agrícolas 66 n = número de hastes; p = profundidade de penetração das hastes (cm). d) Tração requerida durante a operação É dada pela Equação (5.5): npRTr ⋅⋅= (5.5) onde: Tr = tração requerida (kgf . cm); R = resistência do solo (kgf); p = profundidade de penetração das hastes (cm). n = número de hastes; e) Produção horária É dada pela Equação (5.6): 10 EfvLP ⋅⋅= (5.6) onde: P = produção horária (ha/h); L = largura de trabalho (m); v = velocidade média (km/h); Ef = eficiência de trabalho. " EXEMPLO 5.2 Deseja-se efetuar uma subsolagem utilizando um trator de esteiras, marca Caterpillar modelo CAT D6C, com 140 HP. Após levantamentos na área a ser subsolada, verificou-se que a camada compactada estava situada a 50 cm de profundidade. Utilizou-se nesta operação um subsolador de hastes normais. Determine o rendimento da operação sabendo que a resistência do solo à penetração é de 33,0 kgf/cm2. Considere uma camada arável acima da camada compactada de 10 cm. Máquinas Agrícolas 67 Dados Ef = 80% e v = 4 km/h. Solução: a) Comprimento da haste - Tem-se comprimento da camada arável (10 cm) e comprimento da camada compactada (50 cm). Então: Comprimento da haste = 60 cm. b) Espaçamento entre as hastes (e) - Pela Equação (5.1), pe = , já que a profundidade de penetração das hastes não foi superior a 70 cm. c) Nº de hastes (n) Pela Equação (5.3), tem-se: 92,2 608,0 140 8,0 = ⋅ = ⋅ = p HPn n= 3 hastes d) Produção (ha /h) Pela Equação (5.4), tem-se: 603 ⋅=⋅= enL L = 180 cm E pela Equação (5.6): Máquinas Agrícolas 68 10 8,0480,1 10 ⋅⋅=⋅⋅= EfvLP P = 0,576 ha/h " EXEMPLO 5.3 Realizar a operação de subsolagem utilizando um trator Valmet 1580 4X4, com 143 HP, considerando a camada compactada localizada a 70 cm de profundidade. Determine a produção de subsolagem. Considere uma camada arável acima da camada compactada de 10 cm. Dados Ef = 80% e v = 4,3 km/h. Solução: a) Comprimento da haste - Tem-se comprimento da camada arável (10 cm) e comprimento da camada compactada (70 cm). Então: Comprimento da haste = 80 cm. b) Espaçamento entre as hastes (e) - Pela Equação (5.2), pe ⋅= 5,1 , já que a profundidade de penetração das hastes foi superior a 70 cm. c) Nº de hastes (n) Pela Equação (5.3), tem-se: 23,2 808,0 14 8,0 = ⋅ = ⋅ = p HPn n= 2 hastes d) Produção (ha /h) Máquinas Agrícolas 71 ! Manual. São acionadas pelo próprio operador; Figura 6.1 – Semeadora manual. Constituição: 1 – Roda de terra, 2 – Rabiça, 3 – Depósito de sementes, 4 – Roda compactadora, 5 – Marcador de linhas. ! De tração animal. São acionadas por animais. No Brasil, normalmente esse são mulas ou bois; Figura 6.2 – Semeadora de tração animal. Constituição: 1 – Roda de acionamento, 2 – Engrenagem motora, 3 – Engate, 4 – Depósito de adubo, 5 – Depósito de semente, 6 – Corrente, 7 – Facão, 8 – Cobridor de sementes, 9 – Roda compactadora, 10 – Regulagem de profundidade, 11 – Alavanca para controle de acionamento. ! Motorizadas. Possuem dosadores acionados por motor de combustão interna independente. O deslocamento da semeadora é feito através de uma outra forma de acionamento; ! Tratorizadas. São semeadoras acionadas e deslocadas pelos tratores agrícolas. Elas podem ser montadas (acopladas ao sistema hidráulico de levantamento de três pontos), Máquinas Agrícolas 72 semi-montadas (acopladas apenas nos dois pontos inferiores do sistema hidráulico de levantamento de três pontos) e de arrasto (acoplada em um único ponto ao trator, normalmente à barra de tração). Figura 6.3 – Semeadoras-adubadoras tratorizadas. A)Montada, B) De arrasto. c) Ao mecanismo dosador de semente. Tem por função dosar as sementes requeridas e conduzi-las a uma abertura de saída. Podem ser classificadas como segue: Em linha: ! Disco perfurado – vertical, horizontal e inclinado; ! Correia perfurada; ! Discos alveolados; ! Dedos prensadores; ! Orifício regulador; ! Pneumático – mais utilizado atualmente. A lanço: ! Rotor centrífugo; ! Canhão centrífugo; ! Difusor – não mais utilizado (sistema que utiliza rosa sem-fim. d) Ao material dosado. Máquinas Agrícolas 73 ! Semeadora. Apenas as sementes são dosadas e colocadas no solo; ! Semeadora-adubadora. Além das sementes, a máquina dosa e coloca no solo o adubo a ser utilizado na cultura; ! Semeadora-adubadora-calcareadora. Além das sementes e adubos, a máquina dosa e coloca o calcário destinado a corrigir a acidez do solo. 6.2. Fatores que Afetam a Semeadura a) Quantidade de sementes. É considerado fator básico para o início de uma cultura. Ela depende da fertilidade do solo, quantidade de umidade disponível, controle de ervas, cultivo e colheita. A previsão da quantidade de sementes necessária por unidade de área pode ser obtida pela equação (6.1). purezaciasobrevivênaçãoger áreaorecomendadplantasnúmeroáreasementesNúmero %%min% /__/_ ⋅⋅ = (6.1) b) Uniformidade das sementes. É necessário para que possam ser preparadas e manuseadas pelos mecanismos dosadores. c) Uniformidade de cobrimento das sementes. Em relação ao solo, deve-se considerar o preparo e tipo do solo para semeadura, teor de umidade, temperatura, compactação do solo sobre as sementes e formação de crostas. Em relação à máquina a ser utilizada, é de grande importância o tipo de dispositivo de cobertura (apresenta cerca de 7% de perda por injúria mecânica*)e dosador de sementes (apresenta cerca de 3 a 4% de perda por injúria mecânica). * = injúria mecânica significa quebra das sementes pelos componentes da máquina e por pressão entre as mesmas. 6.3. Constituição das Semeadoras Máquinas Agrícolas 76 - Velocidade operacional: 5,0 km/h; - No de linhas de semeadura: 3. II – Dados Operacionais: - Vitalidade das sementes no solo: 74,97%; - Sementes por metro de sulco: - em peso: 1,87 gramas; - em número: 6 a 7 sementes; - vazão prevista: 156 g/min - peso das sementes/ha: 18,7 kg; - peso total das sementes a ser utilizado: 187 kg; - número de reabastecimento da máquina: 11 a 12. Solução: Para a obtenção dos dados operacionais, descritos anteriormente, foram realizados os cálculos seguintes. Utilizando a Equação (6.2), tem-se que a vazão prevista é de: t p v EPLvQ ⋅ ⋅⋅⋅= 000.600 97,74000.600 128000.500,5 ⋅ ⋅⋅⋅=pQ Qp = 156 g/min a) Peso das sementes. Como 5 km/h = 83,33 m/min, e Qp = 156 g/min, então: 33,83 156=Peso Peso = 1,87 g/m b) Número de sementes. Máquinas Agrícolas 77 Como o peso de 100 sementes é de 28 g, tem-se que o peso de 1 semente é de 0,28g. Se o peso das sementes é de 1,87 g/m, então: 28,0 87,1=N N = 6 sementes/m Considerando que 1 ha possui 100 linhas espaçadas de 1 m e cada linha com 100 m de comprimento. Portanto, a distância percorrida por cada máquina será de 10.000 m. O peso de sementes / ha é de: 87,1000.10/ ⋅=haPeso Peso / ha = 18,7 kg Mas como a área a ser utilizada é de 10 ha: Peso = 187 kg c) Número de reabastecimento Como o peso volumétrico é de 830 g/litro e considerando um reservatório de 20 litros, tem-se que o peso das sementes contidas no reservatório é de: 20830 ⋅=P P = 16,6 kg O peso a ser utilizado, calculado anteriormente é de 187 kg, então o número de reabastecimento é: 6,16 187=N N = 11,26 (de 11 a 12 reabastecimentos) Máquinas Agrícolas 78 7. Máquinas para Colheita A colheita é a última operação realizada no campo, no processo de produção agrícola. Nos primórdios da agricultura, toda a operação de colheita era realizada manualmente. A operação de colheita manual, da mesma forma que os demais processos manuais, é de baixa capacidade operacional e, portanto, viável economicamente apenas em pequenas propriedades, onde a finalidade principal da produção é subsistência do agricultor e sua família. Com o aumento das populações e a necessidade de se produzir mais alimentos, com um número de pessoas empregadas na agricultura cada vez menor, as operações de colheita começaram a ser mecanizadas. A primeira colhedora de cereais foi construída em Michigan, EUA, em 1836, por Moore e Hascaii. Esta colhedora não obteve do sucesso em Michigan, porém foi utilizada com sucesso na Califórnia em 1854. Nesse mesmo estado, em 1880, iniciou-se a produção em escala comercial de colhedoras. 7.1. Classificação das Colhedoras As colhedoras classificam-se em: a) Automotrizes (combinadas) São máquinas autopropelidas que realizam todas as operações necessárias à colheita. b) Montadas São dependentes de um trator agrícola para a realização de suas funções. c) De Arrasto Possuem um motor a auxiliar independente ou são acionadas pela tomada de potência e tracionadas pela barra de tração por um trator. 7.2. Colhedoras de Cereais A colheita de cereais envolve as etapas de corte, alimentação, trilha, separação e limpeza. Máquinas Agrícolas 81 8. Pulverizadores Definição: São máquinas nas quais os líquidos são bombeados sob pressão através de orifícios (bicos) e explodem ao serem lançados contra o ar, por descompressão. Função dos bicos: Subdividir o líquido em gotículas e distribuí-las, de forma uniforme, sobre toda superfície (área foliar) a ser tratada. Classificação das máquinas utilizadas no tratamento fitossanitário, de acordo com o tipo de veículo utilizado (característica do produto: sólido, líquido ou gasoso): Veículo Forma de aplicação Tipo de máquina Tipo de trabalho Sólido Em pó Em grânulos Polvilhadoras Granuladoras Manual, motorizado, aéreo Manual, tratorizado, aéreo, animal Líquido Por veia líquida Gotas (MMD > 150µ) Fumigadoras Pulverizadoras Aplicação de formicidas Manuais, costais, motorizados, aérea Gasoso Gotas 50 – 150µ Gotas (MMD < 50µ) Atomizadoras Nebulizadoras Tratorizadas, aéreas, manual e tratorizadas 8.1. Tipos de Pulverizadores a) Manuais. São máquinas costais que apresentam um rendimento de 10 a 20 m2/bico. b) Motorizados. São do tipo costais motorizados, cujo bombeamento do fluido é feito por um motor 2 tempos de alta rotação. Apresentam um rendimento de 60 a 100 m2/bico. c) Tratorizados. Possuem reservatórios que variam de 400 a 5000 litros de capacidade. São montados nos três pontos ou na barra de tração e são acionados pela tomada de potência. Têm como componentes básicos: - depósitos com agitadores, - bomba, - filtros, - reguladores de pressão, - bicos. Máquinas Agrícolas 82 8.2. Formas de Aplicação do Produto a) Alto Volume. Aplica-se 500 a 3000 litros/ha com gotas de 0,3 a 3 mm de diâmetro. Utilizam-se os Pulverizadores Costais. b) Baixo Volume. Aplica-se 10 a 150 litros/ha com gotas de 100 a 250 µ de diâmetro. Utilizam-se os Pulverizadores Tratorizados. c) Ultra Baixo Volume. Aplica-se até 5,0 litros/ha com gotas de diâmetro menor que 100µ. Utilizam-se os Atomizadores. 8.3. Dimensionamento dos Pulverizadores Os pulverizadores podem ser dimensionados pela determinação do tamanho do depósito e da capacidade da bomba. Para isso, segue as equações seguintes: a) Tamanho do depósito 5000 QbLT ⋅⋅= (8.1) onde: T = capacidade do tanque, (litros); L = comprimento da faixa a ser tratada, (m); b = largura da faixa de trabalho, (m); Q = vazão máxima dos bicos. b) Capacidade da bomba 600 zvbDP ⋅⋅⋅= (8.2) onde: P = capacidade da bomba, (kg/min); D = quantidade aplicada por hectare, (kg/ha); b = largura de trabalho, (m); v = velocidade de trabalho, (km/h); z = número de elementos de trabalho. Máquinas Agrícolas 83 Bibliografia - BALASTREIRE, Luiz Antônio. Máquinas Agrícolas. São Paulo: Editora Manole LTDA, 1987, 307p. - BARGER, E. L. et al. Tratores e seus Motores. São Paulo: Editora Edgard Blücher LTDA, 1963, 398p. - CAÑAVATE, Jaime. Ortiz. Las Máquinas Agrícolas y su Aplicacion. Espanha: Ediciones Mundi Prensa, 487p. - CAÑAVATE, Jaime. Ortiz e HERNANZ, José Luiz. Tecnica de la Mecanizacion Agraria. Espanha: Ediciones Mundi Prensa, 1989, 3o Edição, 487p. - MIALHE, Luiz Geraldo. Manual de Mecanização Agrícola. 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