5/8/2013. Programa. Universidade Federal de Campina Grande UFCG Centro de Ciências e Tecnologia Agroalimentar CCTA

Transcrição

1 Universidade Federal de Campina Grande UFCG Centro de Ciências e Tecnologia Agroalimentar CCTA Aula 3: Formas de energia e fontes de potência Disciplina: Máquinas e mecanização agrícola Prof.: Marcos Eric Barbosa Brito Programa Introdução ao estudo da potência aplicada à agricultura; Métodos de conversão de energia Potência para agricultura Potência humana Potência animal; Potência eólica; Potência hidráulica; Potência solar; Potência elétrica; Máquinas agrícolas; Potência de biomassa; Introdução ao estudo da potência aplicada à agricultura Potência: é a capacidade de produzir trabalho (Energia) Potência na agricultura: captação de qualquer forma de energia para transformar em energia mecânica. Engenhosidade humana Utilização do fogo (primeira experiência descrita) Habilidade para alterar o meio Introdução ao estudo da potência aplicada à agricultura Consumo de energia pelo homem Consumo de energia pelo Homem Energia disponível na natureza Sobrevivência Alimentação Conforto físico Elevações de Padrões de vida Figura 1. Consumo diário de energia para sociedades em 6 estágios de desenvolvimento. 1

2 Como obter a energia da natureza??? Introdução ao estudo da potência aplicada à agricultura Fontes de Energia Natural (grande significância) Radiação solar Calor do interior da Terra Energia das marés Fontes alternativas (menor expressão) Humana Animal Solar Captação e conversão direta Bioconversão: biocombustíveis, carvão vegetal Eólica Hidráulica Geotérmica Marés Nuclear Métodos de conversão de energia Considerando a energia mecânica e elétrica as principais formas de utilização da energia Nem todas formas de energias podem ser aproveitadas quase diretamente Conversores de energia: Eólicos: Um dos mais antigos conversores O ar em movimento gera energia cinética e potencial nos chamados cata-ventos que é transformada em trabalho util (bombeamento...) Hidráulicos Tem-se os monjolos e rodas d agua como exemplo Convertem energia potencial e cinética em trabalho útil (elétrica e moagem...) 2

3 Métodos de conversão de energia Conversores de energia Conversores térmicos de combustão externa Queima do combustível (lenha, carvão, etc.) ocorre fora do motor. Ex.: queima combustível na caldeira produz vapor, aumenta a pressão movimentando o motor de êmbolos ou turbina gerando potência mecânica. Conversores térmicos de combustão interna a queima do combustível ocorre no interior do motor EX: Motor ciclo Otto Motor ciclo Diesel Conversores de turbinas de combustão interna (turbina à gás. avião) Conversores de reação ( motores de foguete) Motores de combustão externa Motores de combustão interna Ciclo Otto Ciclo Diesel 3

4 Métodos de conversão de energia Potencia para a agricultura Conversores de energia termonucleares Convertem energia nuclear em energia elétrica: a) Reatores usuais b) Reatores do tipo especial (breeder reactor) Pilhas de combustível (trator) Converte diretamente energia dos gases em eletricidade, (tratores gera até 20 HP) Termossolar Captam radiação solar em painéis aquecendo sódio líquido e o Trocador de calor (caldeira) produz vapor que move a turbina do gerador. Magneto dinâmica Energia gases combustão superaquecidos é convertida em eletricidade quando partículas carregadas eletricamente cortam o campo magnético do imã. Máquina motora Órgãos destinados transmitir efeito de forças e transformar a energia, em trabalho útil. Orgãos 1. Receptor (energia forma original) 2. Transformadores (recebe receptores, como movimento, energia mecânica) 3. Operadores (recebe transf, coloca em ação) 4. Reguladores (regulariza o funcionamento das maquinas, equilibra momento motor e resistente) Utilização Preparo de solo, elevação de água, transporte de insumos... Tipos Móveis Estacionárias Potencia para a agricultura Principais fontes utilizadas para fins agrícolas: Potência humana Potência animal; Potência eólica; Potência hidráulica; Potência elétrica; Motores de combustão; Potência solar (biomassa) Potência humana Ponto da vista físico (homem motor), é ineficiente, capacidade da trabalho traduzido em cv é pequena. 0,1 HP em trabalho contínuo. Operação Capacidade de campo do homem Roçar Cortar pasto Cortar pasto Revolver terra Capinar Semear a lanço Plantio de sorgo, feijão, Plantio de milho +/ m 2 /dia +/ m 2 /dia c/ foice +/ m 2 /dia c/ gadanha +/- 100 m 2 /dia c/ enxada +/ 500 m 2 /dia c/ enxada 2 ha/dia 1 ha/ 4,5 horas c/semeadora 1 ha / 12 horas c/ enxada A capacidade de trabalho esgota-se ao percorrer 25 a 30 km/dia Conduzindo 1 animal o rendimento é equivalente ao de 10 homens 4

5 Potência Animal Uso: transporte de cargas (no dorso ou carroças), preparo do solo, plantio cultivos, etc. Potência animal Principais animais utilizados Bovinos: boa força (1/3 dos animais domésticos) Bubalinos: boa força (1/6) Eqüinos: Boa força (1/6) Asininos: fáceis de treinar, mais usado em regiões áridas (1/6) Muares: maior força que eqüinos (1/6) Outros Camelos, lhamas, cachorro, carneiro, etc. Tipos de trabalhos Transporte de carga no dorso a cangalha com bolsas de couro ou balaios (bruacas); Movimentação de máquinas estacionárias: atafonas; Tração de veículos, principalmente em período de chuvas; Carro de boi, consta de mesa de madeira, na qual se fixa um eixo com duas rodas Tração de máquinas e implementos agrícolas : arado, grades, semeadoras pulverizadores, subsoladores,capinadoras, etc não tem água!!! 5

6 Potência Animal Potência Animal Vantagens Torna o trabalho do produtor mais ameno; Aumenta a produtividade do agricultor; E uma tecnologia de menor custo; Produção e alimentação no local da exploração; Possuem grande reserva de força para emergências (de 70 a 75 % do peso vivo em força de tração). Desvantagens Competem com outros sistemas de produção 0,3 UA Requerem alimentação quando não trabalham São "motores" de baixo rendimento termodinâmico (9,5 12,0%); Exigem períodos de recuperação (Boi - 1/2 dia); A velocidade de trabalho e baixa; Nao são eficientes no acionamento de maquinas estacionarias; Susceptivel a doenças infecto-contagiosas (equinos) Potência Pot força * distância tempo Potência Animal Potência Eólica Capacidade de tração Espécie Veloc. (m/s) Força (%P.V.) P.V. (Kg) T. Trab (h/dia) Eqüino 0,8-1,0 10 a 15% 430 a Asininos 0,5-0,8 20% Muares 0,5-0,8 10 a 20% 350 a Bovinos 0,6-0,8 15 a 20% Vaca igual a 50% do boi Adequação animal Animais de tração: 57 a 58% do peso Uso Limitado Recalque de água Energia Quebra de grãos (algumas propriedades) Altamente dependente da existência de vento Tipos Rotor de árvore vertical: a superfície movél se desloca a favor do vento Rotor de árvore horizontal: o movimento do rotor é perpendicular a direção do vento Moinho PV = x³ * 40(kg) PV = C² * L * 92,656(kg) +22,7 Vento 6

7 Potência Hidráulica Potencia hidráulica Uso limitado Acionamento de máquinas estacionárias Geração de eletricidade Recalque de água Semi-árido tem alta limitação devido aos recursos hídricos Tipos Rodas d água Turbinas Carneiro hidráulico Turbinas Francis Pelton Kaplan Potencia Hidráulica Carneiro hidráulico Potência Hidráulica Carneiro hidráulico q Q H h 7

8 Potência Solar Uso Aquecimento de sistemas hidráulicos Utilzação direta em ambientes domésticos e industrias de secagem Potência Elétrica Uso: Convertida em energia mecânica Acionando bombas d água Enleiradoras Ordenhadeiras mecânicas Classificação de máquinas elétricas Quanto a voltagem (porte) 100v; 220v; até 440v Quanto ao nº de fases: Monofásicos; trifásicos De acordo com a ABNT Motor pequeno Motor médio Motor de grande potência Máquinas agrícolas Máquina: Conjunto de órgãos, constrangidos em seus movimentos por obstáculos fixos e de resistência suficiente para transmitir o efeito de forças e transformar energia. (motor do trator, arado de discos). Uso Tracionar máquinas e implementos de arrasto (BT); Acionar máquinas estacionárias (TOP ou polia e correia); Tracionar máquinas simultaneamente com acionamento de seus mecanismos (BT, TOP, Tres pontos); Tracionar e carregar máquina e implementos montados (três pontos com levantamento hidráulico) Máquinas Agrícolas Avanços tecnológicos na mecanização 8

9 Máquinas agrícolas Evolução do custo de máquinas Tabela: Evolução do custo de um trator médio em função da cultura implantada Máquinas Agrícolas Constituição do trator Motor embreagem Caixa de marchas Coroa, pinhão e diferencial Redução final Rodados Tomada de potência Sistema hidráulico Reguladores Máquina Agrícolas Classificação De acordo com o tipo de rodado Rodas Esteiras De acordo com o uso Semi-agrícolas Florestais Agrícolas 9

10 5.Classificação dos tratores (Daniel, 2002) 5.1.Quanto à Aplicação 5.Classificação dos tratores 5.2.Quanto ao sistema de locomoção e direção (rodado) Trator agrícola Trator florestal a.trator de esteira metálica ou borracha b.trator de semi-esteira Trator industrial c.trator de rodas 5.Classificação dos tratores 5.2.c.1.Tipos de rodas 5.Classificação dos tratores 5.2.c.2.Transmissão tratória c.1.1.rodas Metálicas c rodas pneumáticas convencional Tração traseira ( 4 x 2) Tração traseira com dianteira auxiliar ( 4 x 2 TDA) ou traçado c rodas pneumáticas duplo rodado c r. p. triplo rodado Tração traseira/dianteira simultânea ( 4 x 4) 10

11 5.Classificação dos tratores 5.2.c.4.Número de eixos 5.Classificação dos tratores 5.2.d.Tratores especiais Dois eixos (tradicional) Cafeeiro e fruteiro (bitola estreita) Trampos (pulverização) Mono-eixo (motocultivadores, trator de rabiças) Três eixos ou mais ( super tratores) Triciclo Trator UPF (Field Power Unit) 5.Classificação dos tratores 5.3.Quanto a potencia nominal do motor Micro < 30 cv Pequeno cv Leve cv Médio cv Grande cv Super > 180 cv Leve micro Super Potência de Biomassa Biocombustíveis É qualquer combustível de origem biológica, que não seja de origem fóssil Uso Substituição de fontes fósseis de combustível para motores de combustão interna ou externa Principais tipos: Bioetanol Biodiesel Biogás Vantagens Balanço ambiental positivo Limitação Necessecidade de grandes áreas 11

12 Potência de Biomassa Potência de Biomassa Bioetanol É o etanol produzido a partir de biomassa e ou da fracção biodegradável de resíduos para utilização como biocombustível Principais fontes Cana de açucar (Brasil) Milho (EUA) Biodiesel ester metílico e/ou etílico, produzido a partir de óleos vegetais ou animais, com qualidade de combustível para motores diesel Principais fontes Girassol Mamona Pinhão-manso Potência de Biomassa Biogás É o gás combustível produzido a partir de biomassa e ou da fracção biodegradável de resíduos, que pode ser purificado até à qualidade do gás natural, para utilização como biocombustível, ou gás de madeira Pricipais fontes Resíduos da agricultura que possa sofre fermentação Nova Fonte de Energia... 12

13 Hidrogênio Hidrogênio Bateria Hidrogênio O2 do Ar Liberação de e - Liberação de H 2 O Hidrogênio 13

14 Obrigado pela Atenção Endereço eletrônico: 14