Desenvolvimento e avaliação do desempenho de um protótipo cortador/enleirador na colheita de feijão (página 2)

Este trabalho foi conduzido na Universidade Federal de Viçosa, nos Laboratórios de Mecanização Agrícola, Água e Solos, e Armazenamento do Departamento de Engenharia Agrícola (DEA) e em áreas experimentais do Departamento de Fitotecnia (DFT) localizados nos municípios de Viçosa, MG (área A₁), com altitude de 645 m, longitude (WGr) 42^o 52’ 40" e latitude 20^o 45’ 20" S e em Coimbra, MG (área A₂), com altitude 7l6 m, longitude (WGr) 42^o 48’ 06" e latitude 20^o 51’ 22" S, no período de janeiro a setembro de 1996.

Por não encontrar nas literaturas equações específicas para quantificar os esforços exigidos pelo protótipo, todos os componentes foram dimensionados de acordo com as reações opostas advindas do solo e da cultura, obtidas por meio de equações citadas por BEKKER (1962), BERNACKI et al. (1972) e PERDOK (1978).

O projeto foi direcionado para obtenção de uma máquina de boa qualidade e baixo custo com materiais de fácil aquisição no mercado. O protótipo foi desenvolvido para ser acoplado na parte dianteira do trator com o objetivo de possibilitar maior visibilidade ao operador, eliminação de ajustagens freqüentes das bitolas do trator e a eliminação de abridores de linha para rodas do trator, que em muitas das vezes são complicados e de custo elevado.

Na Figura 1 é apresentada uma vista parcial do protótipo e suas principais partes constituintes são descritas a seguir:

a) Conjunto de fixação trator/protótipo: aproveitou-se o suporte do lastro dianteiro do trator, no qual se fixou uma cantoneira de aço SAE 1010 de abas iguais de 0,1016 m x 0,0952 m, com comprimento de 1 m. Sobre essa cantoneira foram soldados dois perfis de seção tubular quadrada de 0,0794 m x 0,0476 m, com 0,47 m de altura, utilizadas como torre de sustentação do braço superior.

b) Braços de ligação e levantamento: utilizaram-se dois perfis retangulares de aço SAE 1010 de 0,0540 m x 0,0159 m, com 0,52 m de comprimento para os braços inferiores e dois perfis retangulares de aço SAE 1010 dispostos em paralelo de 0,0540 m x 0,0159 m, com 0,64 m de comprimento para o braço superior.

c) Sistema de levantamento: utilizou-se um sistema de elevação hidráulico por meio de um cilindro hidráulico de simples ação, ligado ao "controle remoto" do trator por meio de mangueiras flexíveis de alta pressão.

d) Barra porta ferramentas: utilizou-se um perfil de seção tubular quadrada de aço SAE 1020 de 0,0794 m x 0,0476 m, com 2 m de comprimento, no qual foram soldadas a torre com perfis retangulares de aço SAE 1020 de 0,0635 m x 0,01270 m, com 0,39 m de altura e cavilhas para acoplamento dos braços inferiores para fixação dos braços pantográficos e para proporcionar várias regulagens para as ferramentas de corte, em razão da variação dos espaçamento entre linhas no plantio do feijão.

e) Braços pantográficos: cada braço pantográfico foi constituído de um conjunto de 4 barras chatas de perfis retangulares de aço SAE 1010 com dimensões de 0,0381 m x 0,0127 m, com comprimento de 0,34 m, dispostas em paralelo, sendo um par na parte superior e o outro na inferior, com o objetivo de permitir movimentos na direção vertical, acompanhando as irregularidades do terreno, permitindo assim, o corte à mesma profundidade.

f) Conjunto de ligação ferramenta de corte e roda de controle de profundidade ao braço pantográfico: em cada conjunto foram soldados duas cantoneiras de abas iguais de aço SAE 1010 de 0,0508 m x 0,0635 m, com comprimento 0,43 m, dispostas em paralelo, formando um perfil em "U" para fixação das ferramentas de corte e os garfos das rodas. Na parte interna dessas cantoneiras soldaram-se duas outras cantoneiras com as mesmas dimensões, dispostas em paralelo, formando um ângulo de 90^o com as mesmas para ligação do conjunto ao braço pantográfico.

FIGURA 1. Vista lateral do protótipo: 1. ferramentas de corte; 2. enleiradores; 3. rodas controladoras de profundidade; 4. braços pantográficos; 5. barra porta ferramentas; 6. braços inferiores; 7. torre da barra porta ferramenta; 8. braço superior, e 9. torre de sustentação do braço superior.

g) Ferramentas de corte: utilizaram-se dois discos recortados de 0,52 m de diâmetro, segundo modelo construído por NAGAOKA (1995). Os sistemas de fixação dos discos foram constituídos de eixos de aço SAE 8620 maciço, de formato circular, com diâmetro 0,03 m, cubos de rodas traseiras de automóveis da marca "FIAT" funcionando como mancal e um conjunto de chapas perfuradas de aço SAE 1010, com espessura de 0,0127 m, para fixação do eixo e permitir várias regulagens dos ângulos de corte.

h) Rodas para controle de profundidade: aproveitaram-se as rodas de controle de profundidade de semeadoras-adubadoras de tração animal de ferro fundido, com diâmetro de 0,24 m e largura de 0,05 m.

i) Enleiradores: foram construídos dois enleiradores, nos moldes desenvolvidos por NAGAOKA (1995), constituídos de vergalhões dispostos lado a lado, em cada uma das laterais, a fim de provocar o enleiramento de cada duas fileiras cortadas durante a colheita.

O trator utilizado foi o VALMET Sincro-o-Mático 65 id, com bitola traseira de l,42 m e dianteira de l,40 m.

Nas áreas experimentais A1 e A2 o solo foi caracterizado como Podzólico Vermelho-Amarelo câmbico, fase terraço, textura argilosa, com pequenas irregularidades e declividades, sendo os testes efetuados em agosto e setembro de l996.

A cultivar utilizada na área A1 foi a Meia-Noite e na área A2 foi a Pérola. O plantio foi efetuado em solo preparado convencionalmente, ou seja, uma aração seguida de duas gradagens. A semeadura foi mecanizada, utilizando-se uma semeadoraadubadora de quatro linhas, com espaçamento entre linhas de 0,50 m.

Antes do início dos testes, foram testadas várias marchas e rotações para selecionar as velocidades ideais para os testes de desempenho. As marchas e rotações selecionadas, com as respectivas velocidades foram: 1^ª reduzida com 1000 rpm -V₁ = 0,41 m s^-1 (1,44 km/h); 1ª reduzida com 1700 rpm -V₂ = 0,73 m s^-1 (2,56 km/h); 2^ª reduzida com l700 rpm -V₃ = 1,11 m s^-1 (4,00 km/h); 1^ª simples com 1700 rpm -V₄ = 1,75 m s^-1 (6,30 km/h).

Antes da passagem do protótipo, foram coletadas amostras de solo e efetuadas as leituras de resistência mecânica do solo à penetração por meio de um penetrógrafo para posterior caracterização da área.

Para o cálculo da produtividade média em kg ha^-1, da população final de plantas por hectare e da umidade média dos grãos, coletaram-se amostras antes da passagem da máquina e efetuaram-se as leituras.

Na área A₁ foi avaliado apenas o número de plantas não-cortadas/arrancadas porque a cultivar, no momento do teste, encontrava-se com as vagens em estádio avançado de maturação e as plantas estavam bastante acamadas por causa das fortes chuvas que antecederam a colheita.

Antes da passagem do implemento foram recolhidas as vagens e as plantas caídas para o cálculo das perdas pré-colheita.

Efetuou-se, após a passagem da máquina, a contagem de plantas não-arrancadas e danificadas para o cálculo das plantas não-cortadas/arrancadas e as perdas por danos (PPD), respectivamente, seguindo-se a metodologia adotada por NAGAOKA (1995).

Para a determinação da capacidade de campo teórica do arranquio mecânico foram utilizadas as quatro velocidades médias obtidas no teste de desempenho e a largura de corte de 1 m, por ser o espaçamento entre as fileiras de 0,50 m, utilizando a seguinte expressão:

Cronometrou-se o tempo gasto para que cinco funcionários executassem o arranquio de vinte linhas de 70 m lineares de plantas para obtenção da média das velocidades. Com essas velocidades, determinou-se a capacidade de campo teórica utilizando a eq.(9), adotando-se uma largura útil de corte de 0,50 m.

As potências demandadas foram obtidas na área A2, no dia posterior ao do teste de desempenho, por meio de um dispositivo desenvolvido no Departamento de Engenharia Agrícola da UFV por LOPES et al. (1995). Esse dispositivo visa a predizer a potência efetiva de motores em função da diferença de temperatura entre os gases da combustão e o ar ambiente, medida por termopares posicionados no filtro de ar e no coletor de descarga do trator, utilizando para leituras das tensões um milivoltímetro conectado às saídas dos termopares.

Inicialmente, foram obtidas as leituras das tensões para o cálculo da potência demandada pela resistência ao rolamento das rodas do trator, utilizando as mesmas velocidades dos testes de desempenho, num percurso de 70 m lineares, com a máquina na posição de transporte e manobras. Para as leituras das tensões para o cálculo da potência total demandada pelo conjunto trator/máquina, utilizaram-se as mesmas velocidades e o comprimento de percurso, adotando, para cada velocidade, três repetições com a máquina na posição de trabalho. As leituras das tensões obtidas foram substituídas no modelo matemático obtido por LOPES et al. (1995), eq.(10), para obtenção das respectivas potências demandadas:  

Para cada área, os dados foram analisados de acordo com o delineamento em blocos casualizados, com quatro velocidades médias: V₁ = 0,41m s^-1, V₂ = 0,73 m s^-1 , V₃ = 1,11 m s^-1 e V₄ = 1,75 m s^-1 e cinco repetições. Posteriormente, efetuou-se a análise de regressão.

Os solos da área A1 e A2 caracterizados como Podzólico Vermelho-Amarelo câmbico, fase terraço, textura argilosa, apresentaram durante os testes uma umidademédia em torno de 29,03% e 38,58% e Índice de Cone médio de 1,92 MPa e 0,46 MPa a uma profundidade de 0 a 0,15 m, respectivamente. No momento da coleta de dados para o cálculo da potência demandada pelo protótipo na área A2, o solo apresentou-se um pouco mais compactado por estar mais perto da estrada: encontrando-se com umidade média em torno de 42,34% e Índice de Cone médio 0,51 MPa a uma profundidade de 0 a 0,15 m.

As cultivares utilizadas, Meia-Noite na área A1 e Pérola na área A2, durante os testes, encontravam-se com umidade média de 14,38% b.u. e 19,07% b.u., respectivamente. A população final da área A1 foi estimada em 250.000 plantas por hectare e uma produção média de l.550 kg ha^-1, e a área A2 tinha uma população final de 240.000 plantas por hectare e uma produção média de 1.305 kg ha^-1 .

A porcentagem de plantas não-cortadas/arrancadas, conforme mostra a Tabela 1, foi maior com a menor velocidade. A porcentagem do número de plantas nãocortadas/arrancadas da área A2 foi menor do que a da área A1, em razão de melhor ajuste, afiamento dos discos de corte e por ter a cultivar Pérola apresentado menor resistência ao corte/arranquio.

Na Figura 2 pode-se notar que à medida que se aumentaram as velocidades de trabalho, melhor foi o desempenho do protótipo. Houve um acréscimo na porcentagem do número de plantas não-cortatadas/arrancadas com a velocidade V4, em razão da maior dificuldade de dirigibilidade. Por causa de praticamente todas as plantas da área A2 terem sido arrancadas/cortadas, não se efetuou análise estatística dos dados obtidos.

 As porcentagens de perdas por danos foram relativamente pequenas, conforme pode-se verificar na Tabela 2. Dos quesitos considerados para o cálculo das perdas por danos, apenas o de vagens soltas caídas no solo apresentou variação significativa, resultado este esperado devido à grande perda pré-colheita estimada em 5,44%, correspondente a 75,4 kg ha^-1 aproximadamente, em sua maioria, de vagens soltas e plantas acamadas no solo.

Observa-se na Figura 3 que houve um acréscimo nas perdas por danos, especificamente no número de vagens soltas com o aumento das velocidades. Esse aumento deve-se, principalmente, à dificuldade de dirigibilidade.

Na Tabela 3 pode-se observar, pelos valores das capacidades de campo teórica manual e mecânica, que houve um elevado ganho na produção do arranquio pela máquina em relação ao arranquio manual, principalmente com a maior velocidade média (V4 = 6,30 km/h) que correspondeu a 20,59 homens/ha, o que é capaz de proporcionar um ganho de tempo suficientemente grande em relação ao arranquio manual, como também ser capaz de suprir o acréscimo nas perdas por danos e no número de plantas não-arrancadas com o aumento das velocidades.

As potências demandadas pela resistência ao rolamento das rodas do trator foram: 0,38 kW para V1; 1,76 kW para V2; 2,62 kW para V3, e 5,49 kW para V4.

Observa-se na Figura 4 que houve um acréscimo linear na potência demandada pela máquina à medida que se aumentaram as velocidades.

A potência máxima demandada pela máquina foi em média de 1,31 kW, uma vez que os discos são utilizados somente para o corte do feijão, com uma penetração apenas superficial no solo.

Nas condições em que o experimento foi realizado, os resultados permitiram as seguintes conclusões:

BERNACKI, H., HAMAN, J., KANAFOJSKI, C.Z. Agricultural machines: theory and construction. Washington, D.C.: Department of Agriculture and the National Science Foundation, 1972. v.1, p.88-311.

BEKKER, M.G. Theory of land locomotion. Ann Arbor: University of Michigan, 1962. p.186-94.

LOPES, J.D.S., DIAS, G.P., JÚLIO, W.G. Predição da potência efetiva de motores em função da diferença de temperatura entre os gases da combustão e ar ambiente. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA AGRÍCOLA, 24, 1995, Viçosa, MG. Resumos... SBEA/UFV. p.375.

NAGAOKA, A.K. Desenvolvimento de dois tipos de cortadores-arrancadores de feijão e avaliação de seus desempenhos em cultivar com crescimento do tipo III. Viçosa, MG, 1995. 50p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola, área de concentração Mecanização Agrícola) -Universidade Federal de Viçosa.

PECHE FILHO, A., COELHO, J.L.D. Aspectos gerais de mecanização na cultura do feijão. In: SILVEIRA, G.M. Ciclo de estudos sobre mecanização agrícola. Campinas: Fundação Cargill, 1990. p.37-149.

PERDOK, U.D. A prediction model for the selection of tyres for towed vehicles on tilled soil. Journal of Agricultural Engineering Research, Wageningen, v.23, p.369-83, 1978.

POMPEU, A.S. Melhoramento do feijoeiro. In: FUNDAÇÃO CARGILL. Feijão, fatores de produção e qualidade. Campinas: Fundação Cargill, 1987. p.1-28.

SILVA, C.C., OLIVEIRA, E.T., CARNEIRO, J.S., AIDAR, H., FAGUNDES, S.A., DALSENTER, W., WINTER, C.V., BASSIN, R.A.T., FONSECA, J.R. Colheita mecanizada do feijão (Phaseolus vulgaris L.). Goiânia: EMBRAPA-CNPAF, 1994. 27p. (Boletim de Pesquisa, 8).