IT-154 MOTORES E TRATORES Laboratório de Máquinas e Energia na Agricultura Professor: Carlos Alberto Alves Varella Engenheiro Agrônomo, UFRRJ, 1983 Modalidade Engenharia Agrícola Mestre em Fitotecnia, UFRRJ, 2000 Sistemas de preparo do solo Doutor em Engenharia Agrícola, UFV, 2004 Agricultura de precisão E-mail: varella@ufrrj.br Web: http://www.ufrrj.br/institutos/it/deng/varella/ Celular: (21)9763-4591 Março - 2010
MOTORES E TRATORES AGRÍCOLAS histórico e desenvolvimento
O desenvolvimento de tratores agrícolas veio da necessidade de se cultivar grandes áreas para a produção de alimentos. Preparo do solo Plantio
Antes do trator a fonte de potência era Humana ou Animal O trator teve importante papel no desenvolvimento da mecanização agrícola; Homem menos que 0,1 kw de potência em trabalho contínuo; Potência Homem Animal Trator
Potência média de animais Raça P, cv Tração, kgf V, km.h -1 Peso, kg Peso/Tração Bretão (pesado) 4,2 208 5,4 1080 0,19 Mestiço 3,0 195 4,1 830 0,23 Fonte: Boletim da Divisão de Mecanização Agrícola, DEMA, Secr. Agr. Est. São Paulo,1957
Objetivos da Mecanização Agrícola Aumentar a produtividade do Homem ; Tornar o trabalho menos árduo e mais agradável; Melhorar a qualidade das operações agrícolas. Agrishow, Ribeirão Preto-SP, 2007.
Importância da Mecanização Agrícola Segundo a Academia Nacional de Engenharia-USA A Mecanização Agrícola é a 7ª. maior invenção da Engenharia do século XX, à frente do computador, do telefone e das naves espaciais. http://www.greatachievements.org/
Importância do trator agrícola O trator foi o principal responsável pelo desenvolvimento da mecanização agrícola durante o século XX.
Evolução do Trator Inicialmente foi um substituto da força animal; Hoje é projetado para múltiplos usos: Tração Acionamento de outras máquinas Transporte Irrigação Sistemas remotos de controle hidráulico entre outros.
Evolução do Trator Agrícola no Brasil
Estados produtores de máquinas agrícolas: variação 1990-2004 Em 1990 o Estado de São Paulo liderava a produção com 56,4%
Estados produtores de máquinas agrícolas: variação 2005-2006 Em 2006 o Estado do Rio Grande do Sul liderava a produção de máquinas agrícolas com 46,2% da produção nacional
Tendência da produção de tratores de rodas: 1960-2006 Análise de curto prazo 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Produção Polinômio (Produção)
Tendência da produção de tratores de rodas: 1960-2006 Análise de longo prazo 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Produção Linear (Produção)
Frota brasileira de tratores e colhedoras Tratores Colhedoras Brasil Mundo USA Brasil Mundo 450.000 26.253.568 4.800.000 48.000 4.126.763 Ano de 2000
Tratores: Brasil x USA USA; Tratores; 4.800.000 Brasil USA Brasil; Tratores; 450.000
Disponibilidade de áreas agrícolas por país Fonte: http://www.rlc.fao.org/es/prioridades/bioenergia/pdf/bioenergiapor.pdf
Produção de cereais em milhões de toneladas Ano 2008 Argentina Brasil Colombia Mexico USA 7% 14% 1% 6% 72% Fonte: http://www.fao.org/docrep/011/ai473e/ai473e06.htm
Introdução ao estudo dos motores
Motores são conjuntos de mecanismos que transformam qualquer tipo de energia em energia mecânica. Eólicos: fluxo de ar; Hidráulicos: pressão de óleo; Elétricos: corrente elétrica; Térmicos: calor;
DESENVOLVIMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO Até início de 1800 o calor era considerado um fluido chamado calórico; 1783: LAPLACE e LAVOISIER introduziram o conceito de calor especifico; 1842: MAYER e POISSON calcularam a equivalência do trabalho em calor e definiram a equação do gás ideal;
DESENVOLVIMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO 1652: Padre HAUTEFOILLE propõe a construção de um motor aproveitando a força expansiva dos gases provenientes da combustão da pólvora num cilindro fechado; 1821: W. CECIL desenvolveu um motor que funcionava com mistura de ar e hidrogênio, que foi realmente o primeiro motor a funcionar com sucesso.
Invenção dos motores OTTO e DIESEL 1878: Nicolaus OTTO, alemão, caixeiro viajante e sócio de uma fábrica de motores a gás, é o inventor do motor de combustão por centelha; 1893: RUDOLF DIESEL, alemão, engenheiro, é o inventor do motor de combustão por compressão;
MOTORES TÉRMICOS DE COMBUSTÃO EXTERNA produção externa de calor; motores de locomotivas a vapor atualmente o princípio é utilizado em usinas termoelétricas e nucleares para geração de energia elétrica.
MOTORES TÉRMICOS DE COMBUSTÃO INTERNA produção de calor no interior do próprio motor; tipos de motores que vamos estudar; utilizados na propulsão de tratores e máquinas agrícolas.
PRINCÍPIOS TERMODINÂMICOS A Termodinâmica estuda transformações de energia. 1ª LEI DA TERMODINÂMICA: Todas as formas de energia são mutuamente conversíveis. E ainda: A energia de um sistema fechado e isolado permanece constante (1847).
PRINCÍPIOS TERMODINÂMICOS 2ª LEI DA TERMODINÂMICA: A temperatura da fonte de calor superior ao meio circulante fornece calor ao meio em busca de equilíbrio (1865).
EQUAÇÃO DOS GASES P V = m M R T ou P V T = k P = pressão absoluta, dyna.cm -2 ; V = volume do gás, cm 3 ; m = massa do gás (g); M = peso molecular (g.mol -1 ) R = constante dos gases; T = temperatura do gás. n = m M n = número de moles;
RELAÇÕES PVT SISTEMA ISOLADO Caso de Pressão constante V T =k ou V 1 T 1 = V 2 T 2 Neste caso o aumento da Temperatura ocasionará também um aumento do Volume para manutenção da pressão constante
RELAÇÕES PVT SISTEMA ISOLADO Caso de Volume constante P T =k ou P 1 T 1 = P 2 T 2 Neste caso o aumento da Temperatura ocasionará também um aumento da Pressão para manutenção do volume constante.
TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA NOS MOTORES TÉRMICOS principais componentes do motor no processo são: cilindro pistão biela - manivela COMBUSTÍVEL Processo de transformação ENERGIA MECÂNICA
Os motores térmicos transformam calor em energia mecânica FIM