DESENVOLVIMENTO DE UMA DERRIÇADORA PORTÁTIL PARA COLHEITA DE CAFÉ

Simpósi de Pesquisa ds Cafés d Brasil DESENVOLVIMENTO DE UMA DERRIÇADORA PORTÁTIL PARA COLHEITA DE CAFÉ Lucian Trres CARVALHO, UFV - E-mail: ltrres@aluns.ufv.br. Daniel Marçal QUEIROZ, UFV - E-mail: queirz@mail.ufv.br. Mauri Martins TEIXEIRA, UFV - E-mail: mauri@mail.ufv.br. Harld Carls FERNANDES, UFV - E-mail: hfernand@mail.ufv.br. RESUMO: A clheita d café é cmparativamente mais difícil de ser executada d que a de utrs prduts, em razã d frmat da planta, da desunifrmidade de maturaçã, d ter de umidade elevad ds fruts e da necessidade de muita mã-de-bra. A mecanizaçã da clheita d café vem se trnand uma alternativa para aumentar a capacidade prdutiva da mã-de-bra, cntribuind significativamente para desenvlviment da cultura, para a btençã de um prdut de melhr qualidade e para minimizar s prblemas de escassez de mã-de-bra n períd da clheita. Este trabalh teve cm bjetivs prjetar e cnstruir um prtótip de uma derriçadra elétrica prtátil, empregand técnicas de CAD (Prjet Auxiliad pr Cmputadr), e avaliar desempenh deste prtótip, na peraçã mecanizada de derriça. O princípi de funcinament da máquina adtad fi de vibraçã. O cmprtament dinâmic d sistema de vibraçã da máquina de derriça fi analisad pel prgrama cmputacinal ADAMS e, psterirmente, fi feita a timizaçã d prjet. Os resultads demnstraram que a derriça mecanizada, reduziu us de mã-de-bra, prém huve um aument da desflha, e que frmat da planta, a desunifrmidade de maturaçã ds fruts influenciaram n desempenh efetiv da derriça. PALAVRA CHAVE: Prjet de máquina, mecanizaçã, clheita, derriça, café. ABSTRACT: The cffee harvesting is cmparatively mre difficult f being executed than the ne f anther prducts because f the size and shape f the plant, the nn-unifrmity f the ripeness, the high misture cntent f the fruits and the necessity f mre manual peratins. The mechanizatin f the cffee harvesting is imprtant fr increasing the prductive capacity f the labr, cntributing significantly t the develpment f the crp, btaining a prduct f better quality and minimizing the prblems f labr shrtage in the harvesting perid. The bjectives f this wrk were t design and t build a prttype f a prtable electric cffee harvesting machine, using CAD techniques (Cmputer Aided Design), and t evaluate the perfrmance f the prttype in the mechanical harvesting. The principle f harvesting was based n vibratin. The dynamic behavir f the vibratin system in the harvesting machine was analyzed by ADAMS sftware and the ptimizatin f the prttype design was dne. The results shwed that the mechanized harvesting reduced the use f labr, hwever it increased the leaves remval. It was fund that the shape f the plant and the nn-unifrmity f ripeness f the fruits influenced the effective perfrmance f the harvesting machine. KEYWORDS: Machine design, mechanizatin, harvester, cffee. INTRODUÇÃO A clheita d café é cmparativamente mais difícil de ser executada d que a de utrs prduts, em razã d frmat da planta, da desunifrmidade de maturaçã e d ter de umidade elevad ds fruts. N Brasil, a clheita manual d café pde ser cnsiderada cnvencinal pr ser a mais utilizada, e é feita predminantemente pel prcess denminad derriça. Este prcess cnsiste em se crrer à mã semifechada ns rams ds cafeeirs, derruband s fruts n pan, n chã u em cests. Cm a intrduçã da mecanizaçã na clheita d café, aumentu a capacidade prdutiva da mã-de-bra, cntribuind significativamente para desenvlviment da cultura, para a btençã de um prdut de melhr qualidade e para minimizar s prblemas de ''escassez de mã-de-bra n períd da clheita. O sistema de clheita mecanizada nã dispensa ttalmente us de serviç manual, pis a máquina nã cnsegue clher tds s fruts da planta. Os fruts que permanecem após a derriça mecânica, sã retirads pr mei de uma peraçã manual denminada repasse. Segund MATIELLO e PINTO (1998), nas pequenas prpriedades, em plantis adensads e, principalmente, em áreas mntanhsas, a clheita só pde ser feita manualmente, ns últims ans vêm send intrduzids equipaments derriçadres. 1109

Pós-clheita Nas Regiões Sul e Zna da Mata de Minas Gerais, tem-se bservad a falta de mã-de-bra para a clheita d café. Esse fat revela a necessidade da substituiçã d trabalh manual pr mecanisms cm ptência superir à humana. Uma das alternativas para estas regiões é sistema semi-mecanizad cm derriçadra prtátil, segund SILVA et al. (1997). Na clheita mecânica, s sistemas mais prmissres sã s que utilizam derriça pr vibraçã e/u impact cm princípi de funcinament ds equipaments. Esses sistemas requerem cnheciment da freqüência de vibraçã, para destacar s fruts ds pedúnculs. Segund SILVA e SALVADOR (1998), muitas lavuras nã fram implantadas e manejadas para empreg da mecanizaçã. Verificu-se que a freqüência e temp de aplicaçã de sistemas vibradres sã aumentads para a btençã de uma derriça satisfatória. Pr essa razã, apresentam prblemas de desflhament e quebra excessiva de rams e galhs. Mdernas técnicas cmputacinais, cm a análise pr elements finits e a simulaçã de sistemas mecânics, vêm send cada vez mais utilizadas n prjet de máquinas. A utilizaçã dessas ferramentas permite que prjet das máquinas seja realizad cm ecnmia de temp e de recurss financeirs, uma vez que se reduz a necessidade d númer de testes experimentais para se chegar à máquina ideal. Tend em vista a necessidade de desenvlver máquinas para derriça de café em regiões cm tpgrafia acidentada, em plantis adensads u em pequenas prpriedades, este trabalh teve s seguintes bjetivs: - prjetar e cnstruir uma derriçadra prtátil de café pr mei de vibraçã e impact ds rams e fruts; - avaliar desempenh da derriçadra de café. MATERIAL E MÉTODOS Este trabalh fi realizad na Universidade Federal de Viçsa, n Labratóri de Mecanizaçã Agrícla d Departament de Engenharia Agrícla (DEA), na área experimental d Departament de Fitpatlgia e na Fazenda Itatiaia, lcalizada n municípi de Canaã, regiã da Zna da Mata de Minas Gerais. Os testes fram cnduzids em duas lavuras de café, espécie Cffea arabica L., da variedade Catuaí Vermelh, denminadas A e B, cm diferentes características. O prjet fi direcinad para a btençã de uma máquina derriçadra de café prtátil, leve, de baix cust e que pudesse perar em regiões de tpgrafia acidentada. O prjet e a cnstruçã d prtótip fram baseads na derriça pr vibraçã. Para determinar cmprtament dinâmic d mecanism de vibraçã, fi utilizad prgrama cmputacinal ADAMS. A vibraçã é prduzida pr hastes (varetas) que atuam diretamente sbre s rams ds cafeeirs prvcand desprendiment ds fruts, tant pel seu impact diret sbre estes, cm pela vibraçã ds rams ns quais se prendem. O mviment alternad que resulta na vibraçã das varetas fi feit pr um eix acplad a mtr elétric. O mecanism de vibraçã fi fixad na pnta da haste de alumíni, cm 1.500 mm de cmpriment e 25 mm de diâmetr. A utra extremidade da haste de alumíni fi fixada a mtr elétric. A máquina fi desenvlvida para ser acinada pr um mtr elétric de furadra manual, cm as seguintes características: mdel BOSCH, ptência de 500 W, rtaçã ajustável de 0 a 2000 rpm, tensã de 110 V e pes de 2,5 kg. Fi utilizad um geradr elétric prtátil para gerar energia necessária a funcinament d mtr elétric, cm as seguintes características: mdel YAMAHA 3000, rtaçã de 4500 rpm, ptência nminal de 3675 W d mtr mncilíndric 4 temps a gaslina, ptência n geradr de 3000 W, tensã de 110 V. A mdelagem da máquina utilizada na derriça de café fi feita utilizand prgrama cmputacinal ADAMS, desenvlvid para a análise de sistemas mecânics. O prtótip fi avaliad cm a finalidade de caracterizar seu desempenh, bem cm bservar desempenh ds mecanisms prjetads. Para a avaliaçã d desempenh, s testes de camp fram realizads em duas lavuras de café da espécie Cffea arabica Var. cultivar Catuaí Vermelh. As características bservadas fram: idade da lavura, declividade d terren, espaçament das plantas, altura média das plantas, diâmetr da saia, estande calculad, carga de frut média, prduçã estimada e estádi de maturaçã ds fruts, apresentadas n Quadr 1. A prdutividade na lavura A fi aprximadamente de 25 sacs/ha, send cnsiderada baixa. Para a avaliaçã da lavura de café, fram esclhidas ruas de um talhã, send a derriça realizada manual e mecanicamente. A derriça manual (testemunha) fi feita sbre pan, pr um trabalhadr experiente, dentr de um ritm nrmal de trabalh. A derriça mecanizada fi realizada também sbre pan, utilizand a derriçadra prtótip em três níveis de freqüência de vibraçã (10, 15, e 20 Hz), cmbinand três tamanhs de varetas vibratórias (150, 200 e 250 mm). 1110

Simpósi de Pesquisa ds Cafés d Brasil Quadr 1 Caracterizaçã das lavuras nde fram realizads s testes Parâmetrs analisads Lavuras A (UFV) B (Fazenda Itatiaia) Idade da lavura (ans) 5 6 Declividade d terren (%) 10 15 Espaçament das plantas(m) 2,5 x 0,8 4,0 x 1,0 Altura média das plantas (m) 1,60 1,70 Diâmetr da saia (m) 1,10 1,60 Estande calculad (planta /ha) 5.700 2.500 Carga de frut média (kg/planta) 0,84 5,30 Prduçã estimada (sacs/ha) 25 60 Fruts verdes (%) 7 28 Fruts cerejas (%) 13 26 Fruts secs (%) 80 46 Em ambs s lcais, a massa de café derriçada sbre pans fi peneirada, separada das flhas e ds galhs e pesada. Para cada parcela cm cinc plantas derriçadas, fram registrads: - temp gast na derriça (min); - prduçã (kg); - massa de frut de café que permanecem na planta após a derriça (kg); - percentagens de café verde, madur e passa (%); - massa de flha e rams arrancads (kg); - percentagem de umidade ds fruts (%); e - capacidade de derriça (prdut clhid em cinc plantas/ temp gast na derriça em kg min -1 ). Para delineament estatístic ns testes na lavura A, seguiu-se esquema fatrial 3 x 3, adtand as freqüências de vibraçã 10, 15 e 20 Hz e tamanh das hastes vibratórias 150, 200 e 250 mm. Ns testes realizads na lavura B, seguiu-se esquema de delineament inteiramente casualisad, cm três repetições, cm freqüências de vibraçã 10, 15 e 20 Hz e tamanh da haste vibratória 200 mm. RESULTADOS E DISCUSSÃO O prtótip desenvlvid neste trabalh tinha as seguintes características técnicas - Freqüência 10, 15 e 20 Hz - Dimensões principais Cmpriment 1500 mm Largura 200 mm - Hastes vibratórias Cmpriment 150, 200 e 250 mm Quantidade 8 un. Amplitude 62 mm - Cmpriment da haste 3200 mm principal - Pes 7,50 kg - Ptência nminal d mtr 500 W elétric Os resultads de prduçã, classificaçã ds fruts, temp de derriça e a desflha da lavura A sã apresentads n Quadr 2. Analisand s dads, verifica-se que a prduçã, em cada teste, variu de 0,6 a 1,1 kg de fruts de café pr planta, cnsiderada uma prduçã baixa, pdend resultar em baixa capacidade de derriça. Os resultads de prduçã, classificaçã ds fruts, temp de derriça e desflha da lavura B sã apresentads n Quadr 3. Analisand s dads, verifica-se que a prduçã, em cada teste, variu de 5,1 a 5,7 kg de fruts de café pr planta, cnsiderada uma prduçã alta, pdend resultar em alta capacidade de derriça. Quant a estádi de maturaçã ds fruts, a lavura A apresentu 80% de fruts passa e 7% de fruts verdes, cntra 46% de fruts passa e 28% de fruts verdes da lavura B. Observu-se que a derriça da lavura A fi mais fácil, devid a estádi de maturaçã avançad ds fruts e a mair prcentagem de fruts de café passa, pis a freqüência de vibraçã necessária para derriçar este frut é menr que aquela 1111

Pós-clheita usada para derriçar frut verde e cereja, segund CIRO (1997). A execuçã da derriça na lavura B fi difícil, pis a maturaçã estava atrasada, que cmprmeteu desempenh da máquina. Analisand s dads apresentads ns Quadrs 2 e 3, verifica-se que, na derriça manual, um hmem requer 2,5 minuts para derriçar 1 kg de frut na lavura A, que apresentu menr carga pendente pr planta (0,84 kg/planta), e 1,5 minut para derriçar 1 kg de frut na lavura B, que apresentu mair carga de fruts pr planta Quadr 2 Resultads médis de prduçã, classificaçã ds fruts, temp de derriça e desflha, cnsiderand três repetições de cinc plantas derriçadas em cada teste na lavura A Teste Haste Freqüência Prduçã Classificaçã d frut Temp Desflha (mm) (Hz) Derriça Repasse Verde Cereja (%) Passa Derriça (kg) (kg) (kg) (%) (%) (min) Prtótip 150 10 4,94 0,73 5,3 13,6 81,1 7,25 1,38 Prtótip 150 15 3,12 0,43 9,2 14,1 76,7 4,57 0,81 Prtótip 150 20 5,12 0,45 13,4 18,0 68,6 4,70 1,41 Prtótip 200 10 3,18 0,40 8,8 9,1 82,1 5,63 0,10 Prtótip 200 15 4,65 0,26 3,0 19,6 77,4 4,45 0,73 Prtótip 200 20 3,15 0,18 4,5 12,7 82,7 3,28 0,93 Prtótip 250 10 4,41 0,32 9,7 17,0 73,3 4,77 1,10 Prtótip 250 15 2,71 0,22 1,7 4,1 94,3 3,89 1,04 Prtótip 250 20 3,16 0,14 3,2 12,9 83,9 3,06 0,98 Manual - - 3,35 0,18 6,5 13,0 80,5 8,98 0,58 Quadr 3 Média ds resultads de prduçã, classificaçã ds fruts, temp de derriça e desflha, para três repetições de cinc plantas derriçadas em cada teste na lavura B Teste Hast Freqüência Prduçã Classificaçã ds fruts Temp Desflha e (Hz) Derriça Repasse Verde Cereja Passa (%) derriça (kg) (mm ) (kg) (kg) (%) (%) (min) Prtótip 200 10 24,10 1,33 32 28 40 26,74 3,43 Prtótip 200 15 25,63 1,08 25 27 48 22,97 3,23 Prtótip 200 20 25,50 1,28 31 25 44 23,70 3,47 Manual - - 28,73 0,00 30 25 45 43,38 2,57 Pde-se inferir que a carga de frut pr planta influenciu diretamente n temp de derriça, u seja, quant mair a carga pendente pr planta, menr temp para derriçar 1 kg de frut de café. Cm prtótip, melhr temp de derriça bservad fi de 0,9 minut para derriçar 1 kg de frut de café nas lavuras A e B. Tericamente, temp de derriça da lavura B teria que ser menr d que bservad n teste, pis a carga pr planta era mair, prém estádi de maturaçã da lavura (28% de fruts verdes) dificultu a derriça mecânica. Neste cas, pde-se inferir que, para a derriça mecânica, é necessári que as plantas estejam cm baixa percentagem de fruts verdes. CONCLUSÕES Nas cndições em que s experiments fram realizads, s resultads permitiram as seguintes cnclusões: - Para prtótip, a melhr eficiência de derriça (95,8%) fi cnseguida na freqüência de 20 Hz e cm haste de 250 mm. 1112

Simpósi de Pesquisa ds Cafés d Brasil - Cm s dads bservads de prduçã, pde-se bservar que a derriçadra prtótip nã derriçu ttalmente s fruts de café, necessitand de repasse manual. - O aument da freqüência das varetas vibratórias nã teve efeit significativ na desflha e na capacidade de derriça. - O estádi de maturaçã ds fruts influenciu diretamente na capacidade de derriça mecanizada. - Para bm desempenh da derriça mecânica é necessári que a lavura esteja cm alta carga e cm baixa percentagem de fruts verdes. - Os resultads cmparativs entre a derriça feita pel prtótip e a d prcess manual de derriça mstraram que a máquina teve um capacidade de média de 2,2 vezes a capacidade de derriça de um hmem, prém prtótip desflhu mais as plantas de café. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CIRO, H. J. Estudi dinâmic de la rama de café para el desarrll de la csecha mecânica pr vibracin. Medelin, Clmbia: Universidad Nacinal de Clmbia, 1997. 98p. Dissertaçã (Mestrad) - Universidad Nacinal de Clmbia, 1997. MATIELLO, J. B. e PINTO, J. F. Cmparativ de rendiment em diverss prcesss de clheita manual de café. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE PESQUISAS CAFEEIRAS, 27, 1998, Pçs de Caldas, MG. Anais... Pçs de Caldas, MG: p. 13-14, 1998. SILVA, F., SALVADOR, N. Mecanizaçã da lavura cafeeira Lavras, MG: Universidade Federal de Lavras, 1998. 55p. SILVA, F. M., CARVALHO, G. R., SALVADOR, N. Mecanizaçã da clheita d café. Infrme Agrpecuári, v. 18, n. 187, p. 43-54, 1997. 1113