DIMENSIONAMENTO DE MÁQUINAS AGRÍCOLAS

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1 INSTITUTO FEDERAL DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO RIO GRANDE DO SUL CAMPUS SERTÃO SETOR DE MECANIZAÇÃO AGRÍCOLA APOSTILA DE MECANIZAÇÃO DIMENSIONAMENTO DE MÁQUINAS AGRÍCOLAS Prof. Dr. David Peres da Rosa Eng. Agríc. Dr. em Eng. Agrícola Sertão, 2011

2 Método do passo a passo Existem vários métodos utilizados em planejamento de uma lavoura agrícola, onde a função de cada um é facilitar o planejamento do sistema motomecanizado. Este método passo a passo é o mais utilizado pelos, digamos Planejadores de mecanização agrícolas pois é um método prático e retroalimentativo, ou seja, pode ser alimentado ao longo do tempo, visto que ao passar do tempo o ganho de experiência do projetista pode ser incorporado ao método como um estabelecimento da implantação de uma operação com mais precisão. Abaixo tentamos fazer um resumo de todas as etapas do planejamento utilizando este método Dados da propriedade Nesta etapa devem-se levantar as características da área que será trabalhada, planejando a distribuições dos lotes (caso de arroz). Aqui também entra o histórico, registros a verificação de tratamento fitossanitário, correções que se deve fazer. Vamos imaginar uma lavoura de arroz, por que precisamos fazer a sua discretização?, Primeiro isso serve para sabermos que dia devemos utilizar tal trator naquele talhão, ou em uma área específica, e em função do formato da área, nos planejarmos para o planejamento das manobras na área, visto que esta é responsável por mais de 80% das perdas por eficiência. Podem existir áreas que não precisam fazer um tratamento fitossanitário prévio, ou devido a localização de baixada, deve-se esperar para haver a drenagem da área. 2. Cronograma de trabalho Nesta etapa deve-se estabelecer o calendário de trabalho, onde engloba-se o calendário das operações a serem utilizadas sejam: Preparo da terra, Tratamento fitossanitário, dessecação da área, Semeadura, colheita. Se pararmos para pensar, cada cultura terá um determinado calendário, pois temos além da variação dependente do clima para cada cultura, ainda temos o tipo de manejo que irá influenciar. Por exemplo, a cultura do arroz irrigado, se formos fazer o planejamento, teremos que prever o tempo para fazer o preparo do solo, constituído de plainamento da área, construção das quadras; correção do solo, para após pensarmos em semeadura. Caso fosse soja, sob sistema de semeadura direta, aí termos apenas a dessecação da área para após realizarmos a semeadura e, em ambos os casos o controle fitossanitário. Alem disso ainda

3 temos o ciclo de estabelecimento da cultura que pode variar também, tudo isto deve ser contabilizado. Na tabela abaixo existe uma ilustração de um calendário de semeadura o qual cada região possui a sua, sendo estipulado por órgãos de pesquisa ou extensionista do estado. 3 Tabela 1. Estabelecimento de cultura de soja ciclo precoce no estado do Rio Grande do Sul Município Período de semeadura 2 (CAD 50) 3 (CAD 50) Acegua NI 30 a 34 Água Santa Agudo Ajuricaba Alecrim Fonte: EMBRAPA TRIGO (2006) No Rio Grande do Sul, quem realiza o zoneamento agroclimático é a EMBRAPA TRIGO para o milho e sorgo, e soja é a EMBRAPA clima temperado, já em Santa Catarina é a EPAGRI. 2.1 Cronograma de atividades Período É o espaço de tempo entre o início ao término de uma determinada operação, podendo ser fixo ou flexível. Período fixo é aquele que não pode ser alterado sem afetar a produção de uma cultura. Período flexível é aquele que pode ser alterado em função do planejamento. Fatores que determinam a fixação dos períodos: - Características fisiológica da cultura - Comportamento climático da região Para o estabelecimento do calendário deve-se usar períodos, sendo estipulado a vontade do projetista, pode ser período de 7 dias, ou mais, pois assim, pode-se realizar um controle minucioso das operações no campo. Abaixo está ilustrado o estabelecimento do calendário de operações de uma área onde era realizada integração lavoura pecuária no Rio Grande do Sul. Operações a serem executadas Janeiro Fevereiro Dessecação Semeadura da soja Semeadura do milho Adubação de cobertura 1ºAplicação de herbicida 1ºAplicação de inseticida 1ºAplicação de fungicida 2ºAplicação de fungicida/inseticida Ensilagem Transporte de silagem Transporte produto a CR Colheita da soja 2008 Março Abril Figura 2. Cronograma ilustrado de trabalho. Maio Junho Se pararmos para pensar em como planejar o tratamento fitossanitário?, isto na prática geralmente é realizado quando aparece algo (inseto, bactéria...) na lavoura que exiga o tratamento, mas o planejamento desta etapa com a experiência adquirida pelo planejador ao longo do tempo possibilita que o mesmo planeje esta operação antes do fato, fazendo o chamado tratamento preventivo o qual pode ser previsto uma aplicação após 15 dias de emergido a cultura, e 30 dias após.

4 4 3. Dias disponíveis de trabalho - Tempo disponível Nesta etapa realizamos a contabilização do tempo disponível para realizamos todas as operações que foram previstas no cronograma de atividades. O cálculo deste tempo é relativamente simples, pois é uma conta matemática simples, onde devemos contabilizar os dias de domingos, feriados, dias indisponíveis por causa da chuva ou vento (pulverização), ou seja, todos aqueles dias que não teremos trabalho. É claro que em algumas situações, na grande maioria, trabalhamos todos os dias, mas o importante aqui e levantar os dias disponíveis por mês. Para o cálculo do tempo disponível para execução de uma operação agrícola realiza-se o seguinte cálculo: T d (h) = [N (n df + n du )] x J(h) Onde: Td é o tempo disponível; N é o número de dias do período da operação; ndf é número de domingos e feriados; ndu é o número de dias indisponíveis devido a umidade do solo; J é a jornada de trabalho. 3.1 Dias úmidos E agora, como contabilizar isto?, o teor de água no solo afeta diretamente a trafegabilidade do solo, onde não podemos operar em solo úmido devido os problemas oriundos da compactação do solo. Relacionado a trafegabilidade este é um item difícil de ser inferido, visto a grande fontes de variáveis que se possui, ressalta-se: Referente ao solo Textura do solo Porosidade Capacidade de suporte do solo Consistência do solo Referente a máquina Pressão de contato pneu/solo Alguns autores tentaram no passado estabelecer relações, segue abaixo uma delas. Umidade do solo/operação Figura 3. Umidade do solo para realização de operações agrícolas Existe um fator utilizado para aproximação da quantidade de dias úmidos que não podemos efetuar operação agrícola. Esse fator não é preciso, visto a grande fonte de variáveis que este parâmetro possuí, mas é uma aproximação muito boa, de grande aceitação pelos projetistas. O fator é:

5 5 Solo argiloso 1,5 vezes o dia de chuva Solo arenoso 1,2 vezes o dia de chuva Assim se temos no mês de maio 10 dias de chuva, e o solo em questão é argiloso, devemos ter 15 dias indisponíveis para trabalho no solo (10 x 1,5). Para uma aproximação mais precisa recomenda-se que se obtenha dados pluviométricos de no mínimo 5 anos. Estes dados podem ser obtidos no site do INMET (instituto nacional de meteorologia) ou em órgãos como a EMBRAPA, EPAGRI ou IAPAR para o caso da região sul. Abaixo está uma ilustração de uma tabela utilizada para o cálculo do tempo disponível para cada operação agrícola. Figura 4. Tabela de ilustração do cálculo do tempo disponível. 4. Determinação do ritmo operacional O ritmo operacional ou também chamado de capacidade efetiva, serve para verificarmos quantos hectares devemos realizar por hora, ou por dia para vencer o cronograma planejado. Aqui empregamos o seguinte cálculo: Ce (ha h -1 ) = área (ha) / tempo disponível (h) Após realizarmos este cálculo devemos estipular a velocidade de operação e a eficiência de trabalho onde podemos utilizar da norma da ASAE. Após o calculo plota-se um gráfico da distribuição do ritmo operacional para avaliarmos como está sua distribuição e podermos trabalhar nas reduções de picos, pois isto trás sérios problemas como falta de maquinários e outros. Distribuição semanal do ritmo operacional 12 Ritmo Operacional (ha/h) jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Semana/mês/ano Figura 5. Distribuição do ritmo operacional.

6 6 Como reduzir os picos do ritmo operacional? Aumentar o período de execução dos períodos flexíveis. Aumentar a jornada de trabalho nos períodos de pico. Suprimir folgas. Proporcionar aluguel ou empréstimo de máquinas Procurar outras atividades econômicas. Prever atividades de manutenção e reforma. Tabela 2. Eficiência e velocidade de operação de máquinas e implementos agrícolas. Operação Eficiência de Velocidade de campo (%) operação (km h -1 ) Aração ,0-10,0 Subsolagem ,0-9,0 Gradagem pesada ,5-10,0 Gradagem leve ,0-10,0 Grade vibratória ,0-10,0 Rolagem ,0-12,0 Enxada rotativa ,0-7,0 Semeadura direta ,0-6,5 Colheita ,0-6,5 Distr. De fertilizante (a lanço) ,0-8,0 Pulverização tratorizada ,0-11,5 Fonte: ASAE D230-4 (1984) Agora para que serve estes parâmetros? Isto serve para obtermos a largura de trabalho, pela seguinte equação: Ce (ha h -1 ) = (V (km h -1 ) x L (m) x Ef )/10 L (m) = 10 x Ce (ha h -1 ) / (V (km h -1 ) x Ef) Aqui podemos inferir sobre a largura, pois se olharmos a fórmula a capacidade efetiva não pode ser alterada, pois foi obtida através do cronograma planejado, ou seja, temos que fazer esta produção por dia para vencermos o calendário, a velocidade e a eficiência que pode ser alterada, a eficiência vai do projetista em saber se pode alterar ou não, visto que o mesmo conhece as suas máquinas. Sob posse da largura determina-se a quantidade de máquinas ou órgãos ativos que se necessita. A seguir uma tabela resume estas equações. Tabela 3. Equações de cálculo da quantidade de máquinas. Implemento Semeadoras, Plantadeira, escarificador Arado, Grade, plaina, pulverizador Colhedora Equação Quantidade de linhas = Lt (m) / espaçamento (m) Lt Largura da plataforma (m) = Lt (m)

7 7 5. Determinação da potência do trator 5.1 Demanda de tração É o esforço resultante solicitado ao trator pelo implemento. Este depende: De fatores da máquina: Velocidade; Largura de trabalho; Profundidade de trabalho; Dimensões do componente ativo. E de fatores do solo: Tipo de solo; Umidade do solo; Manejo do solo. Para calcularmos a potencia do implemento devemos primeiramente achar a demanda de tração do mesmo para após calcular a sua potencia. Para a obtenção do esforço existe várias aproximações de alguns autores, sendo a mais empregada as seguintes. Segundo a ASAE D497.4 FEB03 Ftt = F i x [A + B(S) + C(S)²] x W x T Onde: Ftt = Força de tração do implemento (N); F = ajuste da textura do solo (adimensional) tabelado; i = relativo a textura do solo, 1 textura fina; 2 textura média; 3 textura grossa; A, B e C = parâmetros do equipamento tabelado; S = velocidade de trabalho (km h -1 ); W = Largura do equipamento (m) ou número de linhas ou ferramentas; T = profundidade de trabalho (cm); para semeadoras e ferramentas de preparo menores valor adimensional e igual a 1. A obtenção dos parâmetros tabelados são: Tabela 4. Dados para o calculo de esforço de tração

8 8 Obtenção do esforço por Silveira (1998) Para a obtenção do esforço de tração de grade Onde: P(kgf) é o peso da grade Para arado e escarificador Ft(kgf) = 1,2 x P(kgf) Ftt (kgf)= Rs(kgf cm -2 ) x P(cm) x L (cm) Onde: Rs é a resistência específica oferecida pelo solo; P é a profundidade de trabalho; L é a largura de trabalho Tabela 4. Resistência específica para obtenção do esforço de tração Tipo de solo Resistência específica (kgf cm -2 ) Arenoso 0,20-0,30 Franco arenoso 0,25-0,45 Franco siltoso 0,35-0,50 Franco argiloso 0,40-0,60 Argiloso 0,50-0,80 Argila 0,80-1,00 Argila de alta atividade 1,00-1,25

9 9 5.2 Determinação da potência do implemento Agora sob posse dos dados de força, a potência é determinada pela seguinte equação: P (cv) = (F (kgf) x V (km h -1 ))/ 270 P (kw) = (F(kN) x V (km h -1 )) /3,6 Onde: P é a potência do implemento, V é a velocidade. 5.3 Determinação da potencia do trator A potência do implemento não é a mesma do motor do trator, pois temos perdas no motor devido os sistemas de transmissão, e perdas devido a eficiência tratória do mesmo. Existem duas maneiras de estimar a potência no motor: Método prático Método de Bowers, fator 0,86 Método técnico - ASAE O método prático de Bower estabelece um índice, um fator, que tenta fazer uma aproximação da potência do motor para as várias condições que possamos encontrar no terreno. Este método é baseado na seguinte forma, se você está com um trator que possui um motor de 100cv de potência e deseja-se quanto terá disponível na barra de tração em um solo arenoso (solo solto) você parte então que o a = 100cv, e tem que descobrir o valor de g. Vamos olhar o esquema abaixo. EQUAÇÃO a = Potência no motor b = a x 0,86 - Potência máxima na TDP c = b x 0,86 - Potência máxima na B.T. (concreto) d = c x 0,86 - Potência máxima na B.T. (solo firme) e = d x 0,86 - Potência útil na B.T.(solo firme) f = e x 0,86 - Potência útil na B.T. (solo cultivado) g = f x 0,86 - Potência útil na B.T. (solo solto) EXEMPLO potencia disponível na barra de tração Condição Potência Desenvolvimento Resposta Potência no motor a = 100cv b =100cv x 0,86 86cv Potência máxima na TDP b = 86cv c = 86cv x 0,86 73,96cv Potência máxima na B.T. (concreto) c = 73,96cv d = 73,96cv x 0,86 63,61cv Potência máxima na B.T. (solo firme) d = 63,61cv e = 63,61cv x 0,86 54,70cv Potência útil na B.T.(solo firme) e = 54,70cv f = 54,70cv x 0,86 47,04cv Potência útil na B.T. (solo cultivado) f = 47,04cv g = 47,04cv x 0,86 40,46cv Potência útil na B.T. (solo solto) g = 40,46cv EXEMPLO potencia disponível no motor Condição Potência Desenvolvimento Resposta Potência útil na B.T. (solo solto) g = 100cv f =100cv / 0,86 116cv Potência útil na B.T. (solo cultivado) f = 116cv e = 116cv / 0,86 135,21cv Potência útil na B.T.(solo firme) e = 135,21cv d = 135,21cv / 0,86 157,22cv Potência máxima na B.T. (solo firme) d = 157,22cv c = 157,22cv / 0,86 182,81cv Potência máxima na B.T. (concreto) c = 182,81cv b = 182,81cv / 0,86 212,57cv Potência máxima na TDP b = 212,57cv a = 212,57cv / 0,86 247,18cv Potência no motor a= 247,18cv

10 10 O outro método empregado pela ASAE, basea-se também em um fator, porém, engloba o tipo de trator. Figura 5. Método de determinação de potência pela ASAE Para o uso deste método devemos primeiramente escolhe o tipo de trator que será usado, e a condição de trabalho, ou seja, solo firme (argiloso, solo sob semeadura direta), cultivado (arenoso, ou solo sob cultivo convencional arenoso ou argiloso) ou solo solto (muito arenoso) Vamos fazer um exemplo, um implemento que necessite de 100cv, para um trator 4 x 2 TODA, em um Nitossolo Vermelho sob semeadura direta. Este é um solo firme, então devemos fazer a seguinte conta Potência na barra de tração = 100cv / 0,77 = 129,77cv Potência máxima no motor = 129,77cv / 0,83 = 156,47cv Ainda falta a correção da perda de potência devido a altitude, que deve seguir este desconto ilustrado na tabela abaixo. Para a correção é só descontar a porcentagem respectiva a altitude. Tabela 5. Perda de potência devido à altitude Perdas de Perda de potência (%) Altitude (m) C. Diesel C. Otto Após este cálculo escolhe-se o trator, não se esquecendo de pensar que o trator tem que ter a capacidade de tracionar o implemento de maior demanda, e o mesmo deve ser utilizado o máximo de horas no ano, pois assim, o seu valor é amortizado.

11 6. Tipos de planejamento 11 O planejamento pode ser realizado de três formas: Planejamento atrasado: Depois do período ótimo Planejamento avançado: Antes que termine o período ótimo Planejamento centrado: Mesmo intervalo do tempo ótimo 7. Referências: 1. ASAE - American Society of Agricultural Engineers. D 497.4: Agricultural machinery management data. St. Joseph: Agricultural Engineers Yearbook of Standards, p MIALHE, L.G. Manual de mecanização agrícola. São Paulo: Agronômica Ceres, p. 3. SCHOLOSSER, J.F. Planejamento da mecanização parte 1. Aula da disciplina de planejamento da mecanização agrícola no programa de pós graduação em Eng. Agrícola, UFSM. (pdf) 4. BORDIGNON, J.; BATISTA, V.; THOMAS, C.A.K.; SILVA, S.N.; CEPIK,C.; TREIN, C.R. Demanda de tração em linha de semeadura em função de diferentes profundidades de atuação da haste e velocidades de operação, em semeadura direta. Anais... In: Congresso Brasileiro de Engenharia Agrícola., 34. Canoas, CDROM. Zoneamento Fonte: