Concepção e utilização de um vibrador multidireccional na colheita mecânica de pinha (Pinus pinea L.)

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1 Concepção e utilização de um vibrador multidireccional na colheita mecânica de pinha (Pinus pinea L.) Pinheiro, Anacleto C. 1 ; Peça, José O. 2 and Reynolds de Souza 3, D. 1 e 2 Universidade de Évora, Departamento de Engenharia Rural, Apartado 94, Évora, Portugal pinheiro@uevora.pt 3 Reynolds & Oliveira, Monte da Granja Santa Maria, 7100 Estremoz. Portugal Palavras chave: Desenho e Concepção de Máquinas e Componentes, Outras Máquinas Resumo O pinheiro manso ocupa em Portugal uma área total de 85,8 mil hectares. A colheita de pinha é efectuada, quase na sua totalidade, recorrendo a mão-de-obra. Recentemente, começaram a ser utilizados equipamentos automotrizes, importados, cujo preço elevado dificulta a sua utilização generalizada. Nesta comunicação descreve-se o vibrador de tronco desenvolvido e a sua adaptação ao tractor agrícola. Os ensaios realizados mostram que existem aspectos a melhorar, nomeadamente no que se refere aos meios auxiliares que permitam apoiar o operador nas tomadas de decisão. Abstract With a total area of 85.5 thousand hectares of umbrella pine in Portugal, pine harvesting is, however, still relying in intensive manual labour. Self-propelled trunk shakers have been recently imported. High ownership cost, limit their use to contractors. This paper describes a trunk shaker developed to be mounted on the front-end-loader of an agricultural tractor. Field trials reveal that developments should be oriented towards a sensor based information system helping the operator to adapt power input to optimise pine detachment. Introdução Os projectos de investigação realizados na área da olivicultura despertaram, nos autores, interesse por outras fileiras de produção. A ideia de que os equipamentos desenvolvidos e utilizados, naqueles projectos pudessem, com as adaptações necessárias, vir a ser utilizados nessas fileiras, começou a ganhar forma. Constatou-se que o pinhão, fruto do pinheiro manso (Pinus pinea L.), tem grande procura tanto no mercado nacional como internacional e que representa, para as zonas onde vegeta, uma importante fonte de receita para os produtores florestais. Verificou-se, igualmente, que a colheita da pinha é feita manualmente o que encarece o produto final e que envolve riscos profissionais elevados. Assim elaborou-se uma proposta de projecto que foi submetida ao programa AGRO, que promove acções de Desenvolvimento Experimental e Demonstração (DE&D). Esta proposta de projecto materializou-se no projecto AGRO 200 Colheita mecânica de pinha (Pinus pinea L.), cujo financiamento obtido tem permitido realizar as acções que apresentamos na presente comunicação. Acção 1 - Constatar, questionar Cerca de 68% dos 85,8 mil hectares de pinheiro manso (Pinus pinea L.) existentes em Portugal encontra-se no distrito de Setúbal onde esta actividade tem elevado peso no rendimento das explorações florestais. A procura do pinhão tem vindo a aumentar, sendo crescente a sua exportação. A colheita da pinha tem estado exclusivamente dependente da mão-de-obra. Para ser realizada, os operadores têm de subir aos pinheiros, o que envolve riscos de queda, principalmente em dias húmidos. A segurança e o bem estar dos agentes envolvidos é, muitas vezes, descurada. Com a crescente redução da mão-de-obra disponível, e com o aumento do seu valor, a viabilização da colheita da pinha, passa forçosamente pela sua mecanização. Recentemente, começaram a ser utilizados, em Portugal, equipamentos automotrizes (Fig.1), importados, com pesos elevados por eixo que, ao deslocarem-se em solo húmido, provocam

2 2 compactação e destruição da estrutura do solo. Fig. 1 Vibrador automotriz Devido ao seu preço elevado, só os grandes proprietários e os industriais os podem adquirir. Sendo caros e tendo um período de utilização limitado, têm custos fixos elevados o que, consequentemente, encarece os custos de produção do pinhão. Por outro lado estando estes equipamentos maioritariamente na posse do sector industrial do pinhão, vibram as árvores com pouco critério, comprometendo as produções dos anos seguintes, já que vibram durante um período de tempo demasiadamente longo, provocando a queda da pinha dos anos seguintes. De realçar que durante a época da colheita o pinheiro tem pinhas maturas com três anos, que são o alvo da colheita, mas tem igualmente as pinhas com dois anos e com um ano que não podem ser derrubadas sob pena de se comprometerem as produções dos dois anos seguintes. O período de colheita de pinha, fixado pela portaria 528/99 de 10 de Dezembro, decorre entre 15 de Dezembro e 30 de Março em cada ano. Neste período os tractores agrícolas têm pouca utilização não entrando, assim, esta actividade em competição com as outras actividades que decorrem nas explorações agrícolas e/ou florestais. Outras fontes de potência, como o caso dos carregadores telescópicos podem ser igualmente utilizados com estes vibradores. Assim, já que tanto os tractores agrícolas como os carregadores telescópicos têm outras utilizações durante o ano, os custos fixos são diluídos pelas actividades em que são utilizados, tornando a produção de pinhão mais aliciante. O peso por eixo é igualmente menor podendo os tractores, e os carregadores telescópicos serem equipados com pneus de forma a reduzir a compactação do solo e a aumentar o número de dias em que estes equipamentos podem ser utilizados, mesmo em condições climáticas adversas. O facto de se poder utilizar tractores agrícolas e carregadores telescópicos como fonte de potência para estes vibradores permitirá aos grandes produtores florestais ter os seus próprios equipamentos, reservando às associações de produtores florestais a missão de alugar tractores e cabeças de vibração aos seus associados. É nossa convicção que as empresas prestadoras de serviços alargarão a sua actividade a esta área. Acção 2 - Desenvolver, concretizar A experiência adquirida pelos autores em projectos de investigação relacionados com a colheita mecânica da azeitona em associação com a empresa Reynolds & Oliveira, empresa com larga experiência no desenvolvimento de vibradores para o destaque da azeitona, tendo inclusivamente recebido em 1992 o galardão The Agricultural Engineering 50 atribuído pela revista Agricultural Engineering da American Society of Agricultural Engineers ASAE, permitiu desenvolver e adaptar um vibrador mecânico, para destaque da pinha, a um tractor agrícola com 104 kw de potência (Fig. 2). Este vibrador, desde que efectuadas modificações pode utilizar, igualmente, como fonte de potência um carregador telescópico (Fig. 3).

3 3 Fig. 2 - Vibrador montado num tractor agrícola Fig. 3 Vibrador montado num carregador telescópico O vibrador desenvolvido é formado por uma cabeça de vibração, uma estrutura de ligação ao tractor e uma unidade de potência hidráulica. A cabeça de vibração é constituída por dois sistemas: sistema de vibração e sistema de ligação à árvore. O primeiro comporta uma massa excêntrica montada num veio apoiado em duas chumaceiras incluído numa caixa de construção soldada. Um motor hidráulico de pistões acciona directamente o veio da massa excêntrica. O sistema de ligação à árvore é composto por uma frente de encosto fechada por duas maxilas (Fig. 4) e está revestido por almofadas e por camadas de tela de borracha para não danificar o tronco da árvore. Durante a aproximação à árvore o carregador frontal sobe ou desce de forma a que as maxilas abracem o tronco à altura considerada aconselhável. As maxilas prendem solidamente o vibrador à árvore através de cilindros hidráulicos de duplo efeito (Fig. 5). Fig. 4 Equipamento em aproximação a um pinheiro Fig. 5 Início da vibração duma árvore A cabeça de vibração está suspensa por cinoblocos numa estrutura de construção soldada que se liga directamente ao carregador frontal do tractor. A estrutura tem capacidade de alterar o angulo de ataque da cabeça de vibração por forma a se adaptar à eventual inclinação do tronco. A unidade de potência hidráulica montada na traseira do tractor, para efeito de equilibragem do conjunto (fig. 6), é constituída por: depósito de óleo; grupo de duas bombas de pistões e uma bomba de carretos montadas num multiplicador accionado via veio de cardan pela tomada de força do tractor; sistema de filtragem do óleo; sistema de arrefecimento; sistema de segurança sensível à temperatura; distribuidor hidráulico e circuito hidráulico de pilotagem e controlo.

4 4 Fig. 6 Vista da traseira do tractor e da unidade de potência hidráulica Fig. 7 Pormenor de montagem das bombas A bomba de carretos destina-se ao circuito hidráulico de pilotagem. A segunda bomba de pistões destina-se a adicionar caudal à primeira bomba de modo a ter dois modos de vibração, menor ou maior frequência conforme as características das árvores (Fig. 7). Acção 3 - Avaliar Nos povoamentos onde foram implementados os ensaios as árvores foram identificadas, numeradas e marcado o nível do perímetro à altura do peito (1,30m). Foram determinadas as posições relativas de todas as árvores, pela medição das suas coordenadas polares, sendo ainda utilizada uma classificação de árvores individuais adaptada ao pinheiro manso. Em todas as árvores foram medidos os seguintes parâmetros dendrométricos: perímetro à altura do peito; altura total; altura da base da copa; altura do fuste e raios de copa (Norte, Sul, Este, Oeste). Assim cada árvore está perfeitamente identificada o que permite quantificar o desempenho do equipamento por classe de árvores. Cada parcela tem 120 árvores de modo a poder permitir a realização da colheita mecânica em três datas distintas: início meio e fim da campanha. A apanha manual é efectuada na primeira data da colheita mecânica. Os trabalho de campo são realizados em quatro povoamentos distintos de forma a utilizar o equipamento em condições consideradas representativas. Foram registadas variáveis como a massa e número de pinhas maduras destacas, massa de pinhas com um ano e com dois anos, altura de cintagem do vibrador ao pinheiro. (Fig. 8 e 9). Os tempos de vibração e o tempo de deslocação entre pinheiros foram igualmente registado. Depois de efectuada a vibração a massa de pinhas não derrubadas foi colhida manualmente para avaliação da eficiência da vibração. Os tempos de colheita manual foram igualmente registados. As informações recolhidas e que seguidamente apresentamos referem-se apenas a um ano de campanha.

5 5 Fig. 8 Avaliação da massa de pinhas caída Fig. 9 Medida da altura de cintagem do vibrador Os resultados obtidos permitem constatar a sua elevada capacidade de trabalho, quer no que se refere ao número de árvores, quer à massa de pinha destacada por unidade de tempo. A grande diversidade de árvores existentes nos povoamentos tradicionais no que se refere à altura, volume de copa e diâmetro do tronco, faz com que as árvores tenham de ser abordadas de maneira diferente. No que se refere à capacidade de trabalho podemos constatar a enorme vantagem da colheita mecânica relativamente à apanha manual. Como exemplo refere-se que num dos povoamentos em que o equipamento foi utilizado registaramse 17 segundos como tempo médio desde que o vibrador começa a fechar as maxilas até terminar a vibração da árvore e 25 segundos como tempo médio de deslocação entre árvore. Este último tempo é registado desde que o vibrador inicia a abertura das maxilas numa árvore até encostar à árvore seguinte. Comparativamente no mesmo povoamento foram gastos, em média 5 mim e 40 segundos para colher manualmente cada pinheiro. Este tempo refere-se ao tempo gasto pelo homem desde que inicia a subida da árvore até à descida não contabilizando os tempos mortos entre árvores que são dependentes do operador e de se este é pago à jorna ou se recebe em função da massa de pinha colhida por dia de trabalho. Acção 4 - Melhorar Aspectos relacionados com a fiabilidade de alguns componentes, nomeadamente as maxilas são aspectos a melhorar. Uma vez que este equipamento é montado no carregador frontal do tractor o seu peso, além de ser transmitido ao eixo frontal, provoca ainda uma deslocação do peso do eixo traseiro para o dianteiro o que danifica os pneus e obriga a uma lastragem traseira. Uma diminuição da massa deste equipamento será de ter em atenção por forma a reduzir as cargas por eixo com os benefícios que daí resultarão no que se refere à compactação do solo e à melhoria das condições de transitabilidade. Os pinhais tradicionais são muito heterogéneos, no que se refere à idade das árvores que constituem os diferentes povoamentos. Assim encontram-se no mesmo povoamento árvores com grande discrepância no que se refere à idade e como tal à altura, ao volume de copa e ao diâmetro do tronco. Esta diferença obriga a que cada árvore tenha de ser encarada de maneira particular, já que tanto a frequência como o tempo de vibração têm de estar de acordo com as suas características. Um operador menos criterioso derruba a maior massa de pinhas possível, independentemente dos danos que possa provocar na árvore e nas produções dos anos subsequentes. Derruba a produção do ano como a dos anos seguintes. O levantamento dos povoamentos no que se refere à caracterização das árvores como os dados obtidos referentes ao desempenho do equipamento permitirão modelar a actuação do vibrador. Meios auxiliares que, numa primeira fase, permitam em função do modelo previamente desenvolvido, informar o operador das características e do procedimento mais correcto a ter, ou numa fase mais adiantada automatizar a actuação do vibrador, permitirão não só aumentar as

6 capacidades de trabalho do equipamento e como tal reduzir os custos de utilização, como também minimizar os efeitos negativos quer sobre a árvore quer sobre as produções nos anos seguintes. São aspectos que consideramos fundamentais e que merecem a nossa atenção nos passos seguintes de desenvolvimento deste equipamento e para os quais deixamos o desafio aos presentes. Referências A. Peruzzi, M.Mazzoncini, D. Ciomei, G. Senesi, Meccanizzazione delle Operazioni di Raccolta Degli Stobili di Pino Domestico (Pinus pinea L.), Riv.di Ing. Agr. Vol. 4, 1989, pp J.A.Miles, J.J. Mehlschau, S. Moini, Factors Affecting Harvest of Loblolly Pine Cones Transactions of the ASAE, 1981, pp Samad Moini, J.A. Miles, Conifer Cone Harvesting: An Experimental Approach, Transactions of the ASAE, 1981, pp