AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DE TRATORES AGRÍCOLAS 4x2 TDA EM FUNÇÃO DA VELOCIDADE DE DESLOCAMENTO E DA RELAÇÃO ENTRE O PESO E A POTÊNCIA

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1 XL Congresso Brasileiro de Engenharia Agrícola - CONBEA 2011 Cuiabá - MT, Brasil, 24 a 28 de julho 2011 AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DE TRATORES AGRÍCOLAS 4x2 TDA EM FUNÇÃO DA VELOCIDADE DE DESLOCAMENTO E DA RELAÇÃO ENTRE O PESO E A POTÊNCIA FABRÍCIO C. MASIERO 1, KLÉBER P. LANÇAS 2, GABRIEL A. LYRA 3, GUILHERME OGURI 4, GUSTAVO K. MONTANHA 5 1 Eng o Agrônomo, Doutorando em Agronomia (Energia na Agricultura), Depto. de Engenharia Rural, Faculdade de Ciências Agronômicas, UNESP, Botucatu SP, Fone: (0XX14) , fmasiero@fca.unesp.br 2 Eng o Mecânico, Prof. Titular, Depto. de Engenharia Rural, FCA/UNESP, Botucatu SP. 3 Eng o Agrônomo, Mestrando em Agronomia (Energia na Agricultura), Depto. de Engenharia Rural, FCA/UNESP, Botucatu SP. 4 Eng o Florestal, Mestrando em Agronomia (Energia na Agricultura), Depto. de Engenharia Rural, FCA/UNESP, Botucatu SP. 5 Tecnol. Informática, Doutorando em Agronomia (Energia na Agricultura), Depto. de Engenharia Rural, FCA/UNESP, Botucatu SP. Apresentado no XL Congresso Brasileiro de Engenharia Agrícola - CONBEA a 28 de julho de Cuiabá-MT, Brasil RESUMO: A adequação do peso nos tratores agrícolas é um fator importante para maximizar o seu desempenho na barra de tração. Neste trabalho objetivou-se avaliar as relações de lastro (697, 735 e 762 N.kW -1 ) dos tratores nas velocidades de trabalho de 5, 7 e 9 km.h -1, na condição de máximo rendimento na barra de tração dos tratores. Para a realização do experimento, utilizou-se a Unidade Móvel de Ensaio na Barra de Tração UMEB, FCA/UNESP, Botucatu SP avaliando-se doze tratores agrícolas 4x2 TDA, em solo firme. Os dados obtidos foram avaliados com um arranjo fatorial 3x3, sendo submetidos à análise de variância através do teste de Tukey a 5% de probabilidade, para a comparação das médias. O valor médio de rendimento na barra de tração foi inferior para os tratores com a menor relação peso e potência e diretamente proporcional à velocidade do trator, com médias de 43,9%, 57% e 63,9%, respectivamente. Os valores médios de patinagem e consumo específico de combustível não apresentaram diferenças significativas entre as condições de lastro. Houve aumento significativo dos valores de patinagem e consumo específico de combustível inversamente proporcional à velocidade. PALAVRAS-CHAVE: ensaio de máquinas, consumo específico, adequação de peso no trator. PERFORMANCE EVALUATION OF AGRICULTURAL TRACTORS (4 WD) IN FUNCTION OF FORWARD SPEED AND THE RELATIONSHIP BETWEEN ITS WEIGHT AND POWER

2 ABSTRACT: The adequacy of weight on the tractors is an important factor to maximize their performance in the drawbar. This work had as objective to evaluate the relations among ballasts (697, 735 and 762 N.kW -1 ) of the tractor for the forward speeds of 5, 7 and 9 km.h -1, providing the maximum force in the tractor drawbar. For the accomplishment of the experiment, it was used the UMEB Mobile Unit for Drawbar Pull Test, belt by the College of Agronomic Sciences, São Paulo State University FCA/UNESP, Botucatu-SP, Brazil. Twelve agricultural tractors were evaluated all 4WD on firm soil surface. Data were evaluated using a randomized design with a 3x3 factorial arrangement, being subjected to analysis of variance using the Tukey test at 5% of probability for the statistical analysis. The average value of drawbar was lower for tractors with less weight and power ratio and directly proportional to the speed of the tractor, with averages of 43.9%, 57% and 63.9%, respectively. The average values of wheel slip and specific fuel consumption showed no significant differences between the conditions of ballast. A significant increment in wheel slip values and specific fuel consumption was inversely proportional to the speed. KEYWORDS: machine test, specific fuel consumption, adequate weight on the tractor. INTRODUÇÃO A caracterização ponderal é a parte do ensaio de uma máquina agrícola que trata especificamente da caracterização e mensuração relativas ao peso do espécime considerado (MIALHE, 1996). A relação peso/potência do trator influi diretamente no seu desempenho em trabalho de campo (MÁRQUEZ, 1990). A relação peso/potência dos tratores agrícolas fabricados e comercializados no Brasil varia, basicamente, em função da marca e modelo do trator e da potência do motor. É importante salientar que estes dados são parâmetros que auxiliam na seleção dos tratores e na otimização do uso dos mesmos, visando à redução dos custos agregados nas máquinas agrícolas (SCHLOSSER et al., 2005). A redução de peso dos tratores agrícolas provoca diminuição da resistência ao rolamento, com importante decréscimo da potência perdida e induz ao uso de equipamentos com engate no sistema hidráulico de três pontos, que proporcionam transferência de carga dinâmica às rodas motrizes, substituindo com vantagem o lastro fixo. A redução de peso imprime versatilidade ao trator; entretanto, em operações que demandam grande esforço de tração determinam uma alta dependência de lastro (BIONDI et al., 1996). MONTEIRO et al. (2009), em estudos realizados, constataram que a adição de peso ao trator obedecendo a critérios de relação entre peso e potência, acarreta em melhorias em termos de rendimento operacional, aumento da força trativa, redução da patinagem, do consumo horário e específico de combustível. Segundo ZOZ e GRISSO (2003), o principal ponto a ser observado nos tratores agrícolas é o seu desempenho na barra de tração. A potência na barra de tração dos tratores é definida pelo produto da força na barra multiplicada pela velocidade de deslocamento. A patinagem é a denominação que se dá ao deslizamento entre a superfície da banda de rodagem do pneu ou das sapatas das esteiras e o solo, sendo ela um fator determinante para que ocorra a tração. Durante uma operação agrícola, a patinagem pode ser facilmente visualizada pelo movimento giratório das rodas motrizes do trator, com pequeno ou nenhum avanço das mesmas, o que acontece devido à falta de aderência das rodas ao solo (GAMERO e LANÇAS, 1996).

3 A ASAE (1997) recomenda, para obtenção de máxima eficiência de tração, uma patinagem de 8 a 10%, em solos descobertos e não mobilizados. O consumo específico de combustível é um dos indicadores mais consistente para a avaliação do desempenho de um trator (Cordeiro, 2000). A seleção dos conjuntos moto-mecanizados e o desempenho operacional dos tratores agrícolas estão diretamente relacionados com o seu peso, sendo importante sua adequação para a execução de determinadas operações onde as necessidades de força de tração podem variar. Neste trabalho objetivou-se avaliar as relações entre peso e potência (697, 735 e 762 N.kW -1 ) dos tratores nas velocidades de trabalho de 5, 7 e 9 km.h -1, na condição de maior força de tração dos tratores, ou seja, máximo rendimento na barra de tração. MATERIAL E MÉTODOS O experimento foi desenvolvido na Fazenda Experimental Lageado, pertencente à Faculdade de Ciências Agronômicas FCA, Universidade Estadual Paulista - UNESP, Campus de Botucatu, Estado de São Paulo. Os ensaios foram realizados no NEMPA Núcleo de Ensaios de Máquinas e Pneus Agroflorestais, do Departamento de Engenharia Rural, em uma pista de solo firme com 400 metros de comprimento e 20 metros de largura, totalizando 8000 m 2 de área. A pista apresentava declividade de 0,3% no sentido do comprimento e de 1 % na largura. As coordenadas geográficas da área experimental são: 22º51 00 S, 48º25 00 O e altitude de 770m. O solo da área experimental foi classificado por CARVALHO et al. (1983) como Terra Rocha Estruturada, sendo adaptado à classificação da EMBRAPA (1999) como Nitossolo vermelho distroférrico com relevo plano e textura argilosa. O experimento foi realizado utilizando-se um equipamento descrito por GABRIEL FILHO et al. (2008) e MONTEIRO et al. (2007) que simula forças na barra de tração do trator chamado UMEB Unidade Móvel de Ensaio na Barra de Tração (Figura 1). Figura 1 - Unidade Móvel de Ensaio na Barra de Tração UMEB. Foram utilizados neste trabalho doze tratores agrícolas de diversas marcas, modelos e potência nominal. Em cada trator ensaiado variou-se as relações entre o peso e a potência do motor nos valores: 697, 735 e 762 N.kW -1 (52, 55 e 57 kgf.cv -1 ) e as velocidade teóricas adotadas de 5, 7 e 9 km.h -1. A rotação nominal do motor dos tratores foi a mais próxima daquela que gera a maior potência do motor (rated speed), conforme o catálogo dos

4 fabricantes. A distribuição utilizada de peso entre eixos dos tratores foi de 35% na parte dianteira e 65% na parte traseira. Os valores da força na barra de tração foram obtidos através de uma célula de carga marca SODMEX, modelo N400, com sensibilidade de 2,16 mv/v e escala nominal de 100 kn, instalada no cabeçalho da UMEB (Figura 2). Figura 2 - Célula de carga instalada no cabeçalho da UMEB. A determinação da patinagem das quatro rodas do trator foi obtida utilizando-se geradores de pulsos, modelo GIDP-60-U-12V, com uma freqüência de 60 pulsos por volta (Figura 3). Figura 3 - Geradores de pulsos instalados nos rodados dos tratores. Para medição do consumo horário e específico de combustível foram utilizados dois fluxômetros volumétricos M-III, da FLOWMATE fabricados pela OVAL Corporation do Japão, modelo LSN41L8-M2, vazão de 1 ml por pulso (Figura 4), sendo um instalado entre os filtros e a bomba injetora do motor do trator e o outro no retorno do combustível ao tanque. O consumo final foi calculado pela diferença entre os valores dos pulsos gerados pelos fluxômetros. Os ensaios foram realizados após a aplicação e estabilização da carga de tração, tracionando a UMEB, sendo que para cada condição de configuração, os tratores foram submetidos a uma força constante na barra de tração, num percurso de 30 metros, obtido através da roda odométrica da UMEB. O valor da carga inicial na barra de tração dos tratores dependeu da potência do trator ensaiado. Cada avaliação subseqüente apresentou um aumento

5 de carga na barra de tração de, aproximadamente, 5 kn, sendo realizadas, no mínimo, quatro avaliações por condição, obtendo-se então a força máxima desenvolvida pelos tratores para cada condição, até que o motor apresentasse uma diminuição na rotação de trabalho (abaixo de 2000 rpm) ou que a patinagem das rodas fosse excessiva (acima de 20%). Figura 4 - Fluxômetros volumétricos instalados nos tratores. Cada parcela foi definida pelo ponto de maior rendimento na barra de tração de cada condição de ensaio realizada (lastros x velocidades) e obtida através de curvas de melhor ajuste (polinomial de 2º grau) onde, para cada condição, se obteve os valores de rendimento máximo na barra de tração para as curvas avaliadas, através da derivada da equação de cada curva igualada a zero, com os respectivos dados de patinagem e consumo específico de combustível. Os dados obtidos foram avaliados utilizando-se o delineamento de blocos casualizados, com um arranjo fatorial 3x3 (relações entre o peso e a potência do motor x velocidades adotadas) sendo submetidos à análise de variância, aplicando o teste de Tukey a 5% de probabilidade para a comparação das médias. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os valores de rendimento máximo na barra de tração dos tratores ensaiados variaram em função da relação entre o peso e a potência apresentando menor valor médio de rendimento na barra (51,2%) na menor relação peso/potência (Tabela 1), concordando com os resultados obtidos por MÁRQUEZ, (1990) e BIONDI et al. (1996), onde uma maior força de tração dos tratores foi dependente, dentro de uma faixa, da adição de lastro. Tabela 1 - Valores médios de rendimento na barra de tração dos tratores em diferentes configurações de relação entre peso e potência. Relação Peso/Potência Rend. Barra de Tração N.kW -1 (kgf.cv -1 ) (%) 697 (52) 51,2 B 735 (55) 57,2 A 762 (57) 56,4 A As médias seguidas de mesma letra não diferem entre si, pelo teste de Tukey, a 5% de probabilidade. DMS = 2,91; CV = 9,49 %.

6 Os valores de rendimento na barra de tração apresentaram diferenças significativas com a variação da velocidade de deslocamento, sendo crescentes os valores de rendimento na barra conforme se aumenta a velocidade (Tabela 2), concordando com ZOZ e GRISSO (2003), onde o valor de potência na barra de tração é diretamente proporcional a velocidade do trator. Tabela 2 - Valores médios de rendimento na barra de tração dos tratores para as diferentes velocidades. Velocidade (km.h -1 ) Rend. Barra de Tração (%) 5 43,9 C 7 57,0 B 9 63,9 A As médias seguidas de mesma letra não diferem entre si, pelo teste de Tukey, a 5% de probabilidade. DMS = 2,91; CV = 9,49 %. A patinagem dos rodados, de modo geral, apresentou diferenças significativas em relação às velocidades de deslocamento adotadas de forma inversamente proporcionais, reduzindo-se os valores de patinagem com o aumento da velocidade. As relações entre peso e potência influenciaram os valores de patinagem dos rodados somente na velocidade de 5 km.h -1, apresentando gradual aumento nos valores de patinagem quando se aumentou a relação peso/potência. Na velocidade de 9 km.h -1 os valores médios de patinagem obtidos corroboram com os determinados pela ASAE (1997), onde para uma máxima eficiência de tração em superfície de solo descoberto e não mobilizado a patinagem ideal é de 8 a 10% (Tabela 3). Tabela 3 - Valores médios de patinagem (%) dos rodados dos tratores em diferentes configurações de relação entre peso e potência e velocidades adotadas. Relação Peso/Potência Velocidade (km.h -1 ) N.kW -1 (kgf.cv -1 ) (52) 12,7 B a 13,1 A a 10,0 A b 735 (55) 13,9 AB a 11,1 A b 8,0 A c 762 (57) 15,1 A a 11,8 A b 7,9 A c As médias seguidas pelas mesmas letras maiúsculas no sentido das colunas e minúsculas no sentido das linhas, não diferiram significativamente entre si, pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade. DMS = 2,33; CV = 19,97%. Os valores de consumo específico de combustível foram mais influenciados pelo fator velocidade onde, de modo geral, com o aumento da velocidade ocorreu redução nos valores e consumo específico. Os valores de consumo específico em relação ao fator peso/potência diferiram estatisticamente somente na menor velocidade adotada (5 km.h -1 ), sendo maior na relação peso potência de 735 N.kW -1 e menor na relação de 697 N.kW -1. Na velocidade de 9 km.h -1 ocorreu uma tendência de redução de consumo específico com o aumento da relação entre peso e potência, evidenciando um aumento da eficiência energética dos tratores com o aumento da carga sobre os rodados nesta velocidade, concordando com os resultados obtidos por MONTEIRO et al. (2009), nesta velocidade de deslocamento (Tabela 4).

7 Tabela 4 - Valores médios de consumo específico de combustível (kg.kw -1.h -1 ) dos tratores em diferentes configurações de relação entre peso e potência e velocidades adotadas. Relação Peso/Potência Velocidade (km.h -1 ) N.kW -1 (kgf.cv -1 ) (52) 0,357 B a 0,342 A ab 0,317 A b 735 (55) 0,402 A a 0,335 A b 0,310 A b 762 (57) 0,379 AB a 0,337 A b 0,299 A c As médias seguidas pelas mesmas letras maiúsculas no sentido das colunas e minúsculas no sentido das linhas, não diferiram significativamente entre si, pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade. DMS = 0,026; CV = 7,82%. CONCLUSÕES Os valores de rendimento máximo na barra de tração dos tratores variaram com velocidade utilizada sendo diretamente proporcionais. A menor relação entre o peso e potência do trator apresentou menor valor de rendimento máximo na barra de tração. Foram obtidos menores valores de patinagem com o aumento da velocidade de deslocamento do trator. Os valores das relações entre o peso e a potência influenciaram os valores de patinagem dos rodados somente na velocidade de 5 km.h -1, apresentando gradual aumento nos valores de patinagem quando se aumentou essa relação. O aumento da velocidade dos tratores resultou na redução dos valores de consumo específico e em relação à relação entre o peso e a potência diferiram estatisticamente somente na menor velocidade adotada (5 km.h -1 ), sendo maior na relação peso potência de 735 N.kW -1 e menor na relação 697 N.kW -1. AGRADECIMENTOS: O presente trabalho foi realizado com apoio do CNPq, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Brasil. REFERÊNCIAS AMERICAN SOCIETY OF AGRICULTURAL ENGINEERS. Agricultural tractor test code SAE J708. In: ASAE standards 1997: standards engineering practices data. 44. ed. St. Joseph: ASAE, p BIONDI, P. et al. Technical trends of tractors and combines ( ) based on Italian type- approval data. Journal of Agricultural Engineering Research, v.65, p CARVALHO, W.A.; ESPÍNDOLA, C.R.; PACCOLA, A.A. Levantamento de solos da Fazenda Lageado - Estação Experimental "Presidente Médici". Boletim Científico da Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP, Botucatu, n.1, p.1-85, CORDEIRO M.A.L. Desempenho de um trator agrícola em função do pneu, da lastragem e da velocidade de deslocamento f. Tese (Doutorado em Agronomia/Energia na Agricultura) Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista, Botucatu, 2000.

8 EMBRAPA. Centro Nacional de Pesquisa de Solos. Sistema brasileiro de classificação de solos. Rio de Janeiro: Embrapa, 412p GABRIEL FILHO, A.; LANÇAS, K. P.; GUERRA, S. P. S.; PAULA, C. A.; MONTEIRO, L. A. UMEB Unidade móvel para ensaio na barra de tração. Engenharia Agrícola, v. 28, n. 4, p , out/dez GAMERO, C.A.; LANÇAS, K.P. Ensaio e certificação das máquinas de mobilização periódica do solo. In: MIALHE, L.G. Máquinas agrícolas: ensaios e certificação. Piracicaba: Fundação de estudos agrários Luiz de Queiroz, p MÁRQUEZ, L. Solo Tractor 90. Madrid: Laboreo, 198 p MIALHE, L. G. Máquinas agrícolas: Ensaios e certificação. Piracicaba: Fundação de estudos agrários Luiz de Queiroz, p. MONTEIRO, L. A.; LANÇAS, K. P.; GABRIEL FILHO, A.; GUERRA, S. P. S.; TOSIN, R. C.; PAULA, C. A. Construção e avaliação da Unidade Móvel para Ensaio na Barra de Tração. In: XXXVI Congresso Brasileiro de Engenharia Agrícola. Anais... Bonito: SBEA, CD- ROM. MONTEIRO, L. A.; LANÇAS, K. P.; MASIERO, F. C. Conjuntos: Adição de lastro e quando colocar. Panorama Rural, Ribeirão Preto, SP, n. 125, p , jul SCHLOSSER, J. F.; DEBIASI, H.; WILLES, J. A.; MACHADO, O. D. C. Análise comparativa do peso específico dos tratores agrícolas fabricados no Brasil e seus efeitos sobre a seleção e uso. Ciência Rural, Santa Maria, v. 35, n. 1, p , jan/fev ZOZ, F. & GRISSO, R.D. Traction and tractor performance. ASAE Distinguished lecture Series, 27. St. Joseph, Mich.: ASAE, 2003.