DCEEng - Departamento de Ciências Exatas e Engenharias
Curso de Engenharia Mecânica – Campus Panambi
NATANIEL CAVAGNOLLI
DESENVOLVIMENTO DE UMA BANCADA PARA TESTE DE
ADUBADORA A TAXA VARIÁVEL
Panambi 2016
DESENVOLVIMENTO DE UMA BANCADA PARA TESTE DE
ADUBADORA A TAXA VARIÁVEL
Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Mecânica apresentado como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Mecânico.
Orientador (a): Olavo Luiz Kleveston
Panambi 2016
NATANIEL CAVAGNOLLI
DESENVOLVIMENTO DE UMA BANCADA PARA TESTE DE
ADUBADORA A TAXA VARIÁVEL
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para a obtenção do título de BACHAREL EM ENGENHARIA MECÂNICA e aprovado em sua forma final pelo professor orientador e pelos membros da banca examinadora.
Panambi, junho de 2016
Prof. Orientador Mestre Olavo Luiz Kleverson
BANCA EXAMINADORA
BIOGRAFIA DO AUTOR
Nataniel Cavagnolli nascido em 1988, no município de Rodeio Bonito no estado do Rio Grande do Sul. Completou sua formação no Ensino Médio em 2007 na Escola Estadual de Ensino Médio Danilo Irineu Daris, em Rodeio Bonito - RS, está cursando o nono semestre do curso de Engenharia Mecânica na Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul - UNIJUI.
AGRADECIMENTOS
Primeiramente a minha família que sempre esteve ao meu lado me apoiando em todos os momentos.
Ao professor Olavo Luiz Kleverson pela colaboração e dedicação na ajuda como orientador neste trabalho.
Ao professor Antônio Carlos Valdiero pela dedicação ao desenvolvimento e construção deste trabalho e a disponibilização do laboratório de projetos.
Aos meus colegas e bolsistas e mestrando que se disponibilizaram para a ajuda na construção do protótipo.
À Universidade Regional do Noroeste do Rio Grande do Sul, pelos conhecimentos, ferramentas e disponibilização dos laboratórios e materiais necessários para a elaboração deste trabalho.
“O conhecimento nos faz responsáveis”. (Che Guevara)
RESUMO
Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma bancada experimental para testes de um dosador de adubo à taxa variável para aplicação na agricultura de precisão. O objetivo é projetar e construir uma bancada para a avaliação experimental do comportamento de um dosador de adubo acionado eletricamente. Os testes realizados na bancada experimental permitem determinar os parâmetros do modelo dinâmico do dosador de adubo, além da validação do controle à taxa variável. A metodologia utilizada é composta pelas fases de análise das necessidades, projeto conceitual, projeto preliminar e detalhado, construção do protótipo e testes experimentais. O protótipo experimental foi testado no Núcleo de Inovação em Máquinas Automáticas e Servo Sistemas (NIMASS) da UNIJUÍ com apoio da IMASA. Os testes do dosador de adubo montado na bancada permitiram a estimativa dos valores dos parâmetros do modelo matemático do dosador à taxa variável. Esta pesquisa visa contribuir para mecanização da agricultura de precisão de baixo custo, em especial o desenvolvimento de alternativas que atendam às necessidades da agricultura familiar e no desenvolvimento de inovações para transferência tecnológica em empresa nacional fabricante de semeadora-adubadora.
ABSTRACT
This paper presents the development of an experimental facility to test a fertilizer doser to variable rate application in precision agriculture. The goal is to design and build a bench for the experimental evaluation of the behavior of a fertilizer doser electrically powered. Tests conducted in experimental bench for determining the parameters of the dynamic model of the fertilizer doser, beyond the control of the validation to the variable rate. The methodology consists of the analysis phases of requirements, conceptual design, preliminary and detailed design, prototype construction and experimental testing. The experimental prototype was tested at the Innovation Center for Automatic Machines and Systems Servo (NIMASS) of UNIJUÍ with support from Imasa. The tests of the fertilizer dispenser mounted on the bench allowed the estimation of values of the parameters of the mathematical model of the dispenser at a variable rate. This research aims to contribute to the mechanization of low cost precision agriculture, in particular the development of alternatives that meet the needs of family agriculture and the development of innovations to technology transfer in national company seeder manufacturer.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Agricultura de Precisão ... 26
Figura 2: Partes da Plantadora ... 29
Figura 3: Plantadora de alta precisão com distribuição de sementes ... 30
Figura 4: Semeadora/adubadora de precisão ... 31
Figura 5: Dosador de Adubo ... 32
Figura 6: Mecanismo dosador de adubo do tipo helicoidal ... 34
Figura 7: Diagrama de um sistema de dosador de adubos ... 41
Figura 8: Sistema de controle... 42
Figura 9: Conexões de potência do inversor de frequência ... 43
Figura 10: Dosador de adubo FertiSystem ... 44
Figura 11: Motor Elétrico ... 45
Figura 12: Encolder incremental com destaque ao disco codificado defasado ... 46
Figura 13: Vista frontal da bancada ... 48
Figura 14: Vista superior da bancada principal ... 48
Figura 15: Desenho da bancada em 3D ... 49
Figura 16: Vista frontal da base do motor elétrico ... 49
Figura 17: Vista lateral direita ... 50
Figura 18: Vista isométrica da base do motor elétrico ... 50
Figura 19: Vista superior da base da adubadora... 51
Figura 20: Vista isométrica base adubadora ... 51
Figura 21: Componentes da bancada ... 52
Figura 22: Desenho da bancada experimental ... 52
Figura 23: Detalhamento da bancada experimental ... 53
Figura 24: Bancada principal ... 55
Figura 25: Base do motor elétrico ... 55
Figura 26: Base que suporta a adubadora. ... 56
Figura 27: Bancada montada com seus mecanismos ... 56
Figura 28: Pó retirado do adubo ... 58
Figura 29: Nível de adubo inserido no reservatório ... 59
Figura 31: Ferramentas utilizada na bancada de testes ... 60 Figura 32: Potenciômetro ... 61 Figura 33: Caixa de comandos com Potenciômetro ... 62
LISTA DE TABELAS
Tabela 1:Referências de velocidade de plantio e quantidade de adubo. ... 39
Tabela 2:Referência de quantidade de adubo de acordo com o tipo de dosado e o passo do helicoide. ... 40
Tabela 3: Descrição do Inversor de Frequência. ... 43
Tabela 4: Especificações do motor elétrico. ... 45
Tabela 5: Características do Encolder Incremental. ... 46
LISTA DE SIGLAS
ATV – Aplicações em Taxas Variáveis...25
CBAP – Comissão Brasileira de Agricultira de Precisão...23
GPS – Global Positioning System...26
NIMASS- Núcleo de Inovação em Máquinas Automáticas e Servo Sistema..47
NPK – Nitrogenio, Potássio e Fósforo ...59
RPM – Rotação por Minuto ...60
SIG – Sistemas de Informação geográfica...26
SIS- Sistema de Informação do Solo ...32
UFSM – Universidade Federal de Santa Maria ...27
USP – Universidade de São Paulo ...27
MM- Mílimetros...62
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ... 15
1.1 Generalidades ... 15
1.2 Metodologia ... 16
1.3 Objetivos e organização do trabalho ... 17
1.3.1 Objetivo geral ... 17
1.3.2 Objetivos específicos ... 18
1.3.3 Organizaçaõ do trabalho ... 18
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 19
2.1 Agricultura ... 19
2.1.1 Histórico da agricultura no Brasil ... 21
2.2 Agricultura de precisão ... 23 2.2.1 Histórico ... 26 2.3 Plantadoras ... 27 2.3.1 Histórico ... 28 2.3.2 Partes da plantadora ... 28 2.3.2.1 Chassi. ... 29 2.3.2.2 Linhas de sementes. ... 29 2.3.3 Tipos de plantadoras ... 32 2.4 Adubadora ... 33 2.4.1 Sistema de adubação ... 33
2.5 Projeção da bancada ou protótipo ... 35
2.6 Ensaios ... 37
3 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO DE UMA BANCADA PARA TESTE DE ADUBADORA A TAXA VARIÁVEL ... 39
3.1 Introdução ... 39
3.2 Análise da necessidade ... 39
3.3 Projeto conceitual ... 40
3.3.1 Concepção da bancada experimental ... 41
3.4 Projeto preliminar ... 41
3.4.1 Descrição do Dosador de Adubo ... 43
3.4.3 Encoder ... 45
3.5 Projeto detalhado ... 47
3.5.1 Bancada principal ... 47
3.5.2 Base do motor ... 49
3.5.3 Base adubadora ... 51
4 CONSTRUÇÃO E TESTE DA BANCADA EXPERIMENTAL ... 54
4.1 Construção da bancada ... 54
4.2 Testes ... 57
4.2.1 Potenciômetro ... 61
CONCLUSÃO ... 64
1 INTRODUÇÃO
1.1 Generalidades
O presente trabalho apresenta o projeto conceitual de uma bancada experimental para testes de um dosador de adubo à taxa variável acionado eletricamente.
Atualmente com o avanço da agricultura de precisão possibilitou um espaço para a pesquisa de adubação à taxa variável. Também, o uso de sistemas de controle eletrônico em máquinas agrícolas vem aumentando graças à ampla difusão dos sistemas de satélite de posicionamento global (GPS) e ao avanço da informática e da eletrônica (BALDO E MAGALHÃES, 2012).
Conforme (MOLIN,1991) a necessidade do tratamento localizado em determinadas propriedades do solo é tão heterogênea que não é possível ajustar uma dosagem adequada para toda a propriedade, o que proporciona uma produção menor e geralmente um custo maior que o necessário.
Segundo (MACHADO et al., 2015), comentam a importância a atuação precisa das máquinas agrícolas para o desenvolvimento da agricultura de precisão e do manejo localizado. Entretanto, as menores propriedades agrícolas nem sempre dispõe de recursos para adquirir as últimas tecnologias em mecanização agrícola.
Neste sentido, o incentivo ao incremento de produção de novos produtos, processos ou serviços tecnológicos em empresas que atendem a atividade agrícola é um elemento estratégico para o país, como é o caso das que compõe o Arranjo Produtivo Metal-Mecânico de cidade polo em Panambi/RS.
Considerando que a qualidade de aplicação de fertilizantes é um parâmetro essencial na produtividade e que as máquinas atuais aplicam o fertilizante com um coeficiente de variação de 12% (CASÃO, 2008), se torna necessário, conforme (REIS E FOCELLIN 2006), o desenvolvimento de equipamentos mais precisos para a aplicação e que atendam às necessidades dos clientes finais (AREND et al., 2005).
Além disso, o desenvolvimento de novas tecnologias aplicadas à agricultura pode permitir maior precisão, flexibilidade, confiabilidade e eficácia às diferentes fases
da produção. Para isso é essencial o aperfeiçoamento das máquinas e equipamentos utilizados, que devem produzir cada vez mais com o mínimo de recursos desperdiçados (SCARLETT, 2001).
Vários trabalhos abordam os sistemas de adubação à taxa variável (MACHADO et al., 2015); (UHRY, 2013); (GARCIA, 2011); (UMEZU, 2003); (MARTINS, 1999); (MOLIN, 1991), que testam sistemas de controle com diferentes mecanismos de acionamento, como: hidráulicos, elétrico ou pneumáticos.
(MACHADO et al., 2015) testaram a acurácia e tempos de resposta de máquinas para aplicação de defensivos agrícolas à taxa variável. (GARCIA, 2011) desenvolveu uma bancada de testes para o controle da vazão mássica de adubo com um dosador acionado por um motor elétrico de corrente contínua. (UMEZU, 2003) apresentou os resultados dos testes de um sistema dosador à taxa variável com acionado por um motor hidráulico desenvolvido para ser acoplado em uma semeadora adubadora.
Contudo, embora haja um avanço significativo na pesquisa e no desenvolvimento de equipamentos de precisão, em especial em dosagens às taxas variáveis, não há o mesmo interesse no desenvolvimento de projetos que contemplem equipamentos para uso da agricultura familiar (VALDIERO et al., 2015).
Nesse sentido busca-se num primeiro momento desenvolver uma bancada experimental para testes de um sistema de controle a taxas variáveis para posteriormente a construção de um protótipo que possa atender à necessidade de mercado da agricultura familiar.
1.2 Metodologia
Planejar é uma atividade característica aos aspectos da vida humana, sendo que um projeto que foi realizado com sucesso proporciona satisfação ao indivíduo. Na engenharia muitos pesquisadores estudam o processo de projeto objetivando em desenvolver e aprimorar metodologias para projetos.
Estas metodologias auxiliam o estudante e o engenheiro para desenvolver e organizar um projeto propondo meios de solucionar uma necessidade ou dificuldade proposta.
Segundo (VALDIERO, 2008) apresenta uma metodologia do processo de projeto de produtos industriais, onde utilizou as etapas para este trabalho, tais como:
Análises de necessidades – identifica uma oportunidade de mercado ou problema de engenharia. Etapa onde há uma abordagem do problema proposto na bancada, analisando a quantidade de adubo que o dosador despeja em função do giro do eixo do dosador que são responsáveis por depositar as sementes e o adubo no solo.
Projeto conceitual – com as informações da fase anterior e a sistematização da concepção mais adequada e apresentada uma solução conceitual para o problema de engenharia.
Projeto preliminar – a solução conceitual a partir deste ponto passa por uma análise aprofundada, desenvolve-se layout, desenhos preliminares e detalhados de pré-forma utilizando software SolidWorks e cálculos de engenharia. Então, a ideia abstrata inicia a tomar proporções físicas.
Projeto detalhado – depois de elaborado o layout definitivo no projeto preliminar, cabe ao projeto detalhado a fixação de formas, dimensões, tolerâncias de especificação material, disposição das peças entre outras, junto com o estudo da viabilidade técnica e econômica.
Construção do protótipo – nesta etapa são confeccionadas e montadas as peças detalhadas gerando então a versão primeira do produto.
Testes e modificações do protótipo – o protótipo é submetido a vários ensaios simulados na rotina de funcionamento do produto projetado, realizam-se avaliações e se necessárias modificações no projeto para otimizar o produto.
Estas etapas admitem algumas variações conforme o tipo de projeto. Também é percebido a execução de múltiplas etapas do processo de projeto que se baseiam em conceitos de engenharia simultânea, sendo muito utilizado atualmente em virtude das exigências e dinamismo do mercado.
1.3 Objetivos e organização do trabalho
1.3.1 Objetivo geral
Este trabalho objetiva em desenvolver uma bancada experimental para testes de um dosador de adubo à taxa variável para aplicação na agricultura de precisão.
1.3.2 Objetivos específicos
- Projetar a construção de uma bancada para a avaliação experimental do comportamento de um dosador de adubo acionado eletricamente.
- Testar a bancada experimental que permitem determinar os parâmetros do modelo dinâmico do dosador de adubo, além da validação do controle à taxa variável. 1.3.3 Organizaçaõ do trabalho
A organização deste trabalho apresenta a revisão bibliográfica onde foram analisados a história da semeadura, ou seja, o ato de semear e a forma como foi evoluindo até nossos dias. Outro item refere-se à plantadora, onde pesquisou-se a maneira como são plantadas as sementes no campo.
A seguir foi feita a análise da agricultura de precisão, as tecnologias aplicadas na agricultura atualmente. Ainda analisou-se a funcionalidade das adubadora onde a mesma deve distribuir tanto as sementes como o adubo adequadamente para se obter um bom resultado no campo.
No terceiro item é abordado o desenvolvimento de uma bancada experimental para testes de um dosador de adubo à taxa variável demonstrando através de figuras e tabelas.
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Agricultura
A agricultura brasileira caracteriza-se pela grande quantidade de extensas propriedades rurais, muitas altamente produtivas porque utilizam técnicas agrícolas modernas e outras destinadas à reforma agrária, muitas vezes improdutiva impedindo o acesso do trabalhador rural à terra. A maior parte da produção é destinada à exportação, isso se deve sobretudo a modernização do campo (GRISA, 2013).
Entre os equipamentos agrícolas estão os pulverizadores e colheitadeiras integrando os mais recentes avanços tecnológicos, onde os operadores destes equipamentos trabalham com todo o conforto possível, com acessórios eletrônicos embarcados que lhes proporcionam condições para trabalhos eficientes (GRISA E SCHNEIDER, 2015).
O ar condicionado e GPS já é coisa comum, mas computadores fornecem informações imediatas sobre as produções que estão sendo alcançadas e todos os sistemas hidráulicos permitem manobras mais sofisticadas com o mínimo esforço, tirando o máximo proveito da maneabilidade dos novos equipamentos (GRISA E SCHNEIDER, 2015).
Hoje, muitos produtores agrícolas contam com sofisticados laboratórios para a criação e seleção de novas variedades inclusive em pequenas propriedades, tudo exigindo tecnologias de ponta, que são transferidos para ganhos de produtividade, fazendo com que a agropecuária brasileira continue ampliando suas exportações, apesar do câmbio desfavorável, juros elevados e custos das ineficiências da infraestrutura (GRISA, 2013).
Para (BUAINAIN et al., 2014) as raízes mais promissoras da moderna agricultura brasileira nasceram na década de 1960, com a instituição do sistema de crédito rural e a implantação de um modelo inspirado no caso norte-americano.
Na década de 1970, tal modelo de modernização da agricultura baseou-se em um tripé: crédito rural, extensão técnica produtiva e pesquisa agrícola. Assim, tecnologia e conhecimento tornaram-se peças fundamentais para o crescimento da produtividade agrícola no Brasil (GRISA E SCHNEIDER, 2015).
O que era um setor atrasado e retardatário transformou-se num setor dinâmico, com efeitos de transbordamento para toda a economia, o que gerou crescimento do emprego e da renda (BUAINAIN et al., 2014).
O ajuste da tecnologia, conhecimento e capacidade de assimilar foi fundamental para o desenvolvimento da agricultura brasileira. A moderna agricultura tem a capacidade de integrar as inovações químicas potencializando ao mesmo tempo o uso das inovações mecânicas. A biotecnologia determina as trajetórias químicas e mecânicas (GRISA, 2013).
O resultado de todas as transformações tecnológicas vai além do aumento da produção e da produtividade agropecuária. O maior benefício é a redistribuição de renda e a diminuição dos preços dos alimentos, sendo importante para o controle inflacionário e também a redução da pobreza brasileira (GRISA e SCHNEIDER, 2015). Para (BUAINAIN et al., 2014) as políticas públicas voltadas ao fomento do setor agropecuário devem entender que o investimento é necessário não apenas para gerar novas tecnologias, mas para integrar conhecimento a toda cadeia de produção e oferecer insumos tecnológicos baratos e acessíveis aos agentes produtivos que demandam infraestrutura de serviços no espaço rural, até a distribuição dos produtos no mercado.
A criação do Pronaf - Programa Nacional de Fortalecimento da Agricultura Familiar pode ser considerada a tentativa do Estado brasileiro para facilitar o acesso dos pequenos agricultores às novas tecnologias de produção via concessão de crédito agrícola subsidiado e de ações específicas quanto à comercialização da produção e ao acesso à assistência técnica, entre outras políticas públicas (BUAINAIN et al., 2014).
A agricultura no Brasil teve forte incentivo na década de 1970 com pacotes tecnológicos no governo militar, sendo que este sistema foi sinônimo de crescimento econômico, sendo chamada de Revolução Verde (FILLIPE & CONTERATO, 2009).
O modelo de agricultura praticado nesse período era direcionado aos grandes produtores e contribuiu tanto para o aumento da produção no meio rural como para a liberação de mão de obra e o crescimento das indústrias (GRISA E SCHNEIDER, 2015).
Assim, os agricultores iniciaram a gastar com insumos agroquímicos para maximizar a sua produção e desta maneira seus produtos passaram a valer menos pela grande oferta de competitividade de preços. Demonstrou-se que a alta demanda de tecnologia e de insumos que esse modelo de agricultura necessita para atender suas necessidades, sendo que a questão ambiental não foi relevante (GLIESSMAN, 2009).
Atualmente, a agricultura é considerada a união de técnicas aplicadas no solo para o cultivo de vegetais destinados à alimentação humana e animal, produção de matérias-primas e ornamentação. A agricultura é uma atividade produtiva de grande importância para o homem, pois é a partir dela que temos o nosso sustento. Existem três fatores ligados à produção agrícola: o físico, como o solo e o clima; o fator humano, que corresponde à mão de obra em seu desenvolvimento; e o fator econômico, que se refere ao valor da terra e o nível de tecnologias aplicadas na produção (PENTEADO, 2012).
Para (GRISA E SCHNEIDER, 2015) existe a agricultura de subsistência que tem a finalidade de fornecer alimento e matéria-prima para os trabalhadores que estão envolvidos na produção e gerar uma produção excedente para ser comercializada no mercado local.
Conforme (GRISA E SCHNEIDER, 2015) a agricultura comercial destina-se à exportação ou mesmo ao mercado interno, na qual se usa grandes extensões de terra com aplicação de tecnologias que alcançam elevados índices de produtividade. 2.1.1 Histórico da agricultura no Brasil
A agricultura brasileira iniciou na região nordeste do Brasil, no século XVI, com a criação das chamadas “Capitanias Hereditárias” e o início do cultivo da cana.
Para (BUAINAIN et al., 2014) baseada na monocultura, na mão de obra escrava e em grandes latifúndios, a agricultura permaneceu basicamente restrita à cana-de-açúcar com alguns cultivos diferentes para subsistência da população da região, porém de pouca expressividade.
Só a partir do século XVIII com a mineração e o início das plantações de café, que a partir do século XIX seriam o principal produto brasileiro e o cultivo de outros vegetais começa a ganhar mais expressividade. Muitos engenhos são abandonados
e a atividade canavieira se estagna devido à transferência da mão-de-obra para a mineração e o cultivo do café (GASQUES et al., 2010).
Tal como ocorrera com o período de grande produção da cana-de-açúcar, o auge da cafeicultura no Brasil representou uma nova fase econômica. Por isso, pode-se dizer que a história da agricultura no Brasil está intimamente associada com a história do desenvolvimento do próprio país. Ainda mais, quando se considera o período a partir do século XIX quando o café se tornou o principal artigo de exportação brasileiro, logo após o declínio da mineração (GASQUES et al, 2010).
Mas o cultivo do café, que durante todo o século XIX faria fortunas e influenciaria fortemente a política do país, começa a declinar por volta de 1902 quando a crise atinge seu ponto culminante (GASQUES et al, 2010).
Desta forma, houve uma necessidade de diversificação da economia que, entre outras atividades além das estreantes indústrias, começava a valorizar outros tipos de culturas. Além do que, o aumento da urbanização do país exigia também, o aumento do cultivo de matérias-primas. Mas, esta mudança tomaria forma mesmo, só a partir da década de 1940 (BUAINAIN et al., 2014).
Para (GASQUES et al, 2010) a “revolução verde” aconteceu no final do ano de 1940. O processo de modernização agrícola veio com o propósito de aumentar a produção através do desenvolvimento em sementes, fertilização do solo e utilização de máquinas no campo que pudessem aumentar a produção.
As multinacionais passaram a exportar diversas tecnologias, incluindo capacitações de professores e técnicos, todos necessários para cultivar alimentos. Os governos incentivaram o processo de modernização das práticas agrícolas dando financiamentos para médios e grandes produtores rurais, promovendo pesquisas e também propagandas (BUAINAIN et al., 2014).
O sistema de “monocultura” foi adotado em vários países, o que não foi bom. Áreas foram totalmente transformadas em grandes lavouras de uma única plantação. As regiões ambientais que eram protegidas também sofreram impacto. Diversas florestas naturais passaram a serem pastagens e plantações. A intensa utilização de agrotóxicos e outros produtos químicos provocou a contaminação das águas e do solo dos locais (BUAINAIN et al., 2014).
No Brasil, diversos produtores rurais não conseguiram alcançar as margens esperadas de produção e acabaram com dívidas, tendo como escapatória vender suas propriedades para pagarem as contas (GASQUES et al., 2010).
Com a agricultura e a globalização da economia mundial, a tendência da década de 2000 é a agricultura brasileira voltar-se para segmentos mais competitivos, tornando-se mais eficiente pela adoção de inovações tecnológicas e de mão-de-obra mais qualificada. No Plano Agrícola, o governo teve como prioridade reforçar a agricultura brasileira, com maior volume de recursos para o crédito e com instrumentos de amparo à produção e à comercialização (GASQUES et al., 2010).
As políticas de apoio interno têm como objetivo tornar o setor agrícola mais eficiente, tanto na produção como na comercialização de seus produtos. A política de apoio às exportações tem como objetivo contrabalançar a redução dos subsídios às exportações agrícolas e preparar a agricultura brasileira para poder enfrentar a concorrência dos países produtores, sobretudo no âmbito do Mercosul, em que vigora uma tarifa externa comum (BUAINAIN et al., 2014).
2.2 Agricultura de precisão
A agricultura de precisão é uma prática agrícola na qual utiliza-se tecnologia de informação baseada no princípio da variabilidade do solo e clima. A partir de dados específicos de áreas geograficamente referenciadas, implanta-se o processo de automação agrícola, dosando-se adubos e agrotóxicos (BERNARDI et al., 2014).
Em 2012, o Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (Mapa), ao instituir a Comissão Brasileira de Agricultura de Precisão (CBAP), definiu a Agricultura de Precisão como “um sistema de gerenciamento agrícola baseada na variação espacial e temporal da unidade produtiva e visa ao aumento de retorno econômico, à sustentabilidade e à minimização do efeito ao ambiente” (BRASIL, 2012).
Ou seja, um sistema de gestão que leva em conta a variabilidade espacial do campo com o objetivo de obter um resultado sustentável social, econômico e ambiental (BRASIL, 2016).
Em 1997, com o uso do GPS o grande desafio foi dominar a tecnologia apresentada pelo receptor de GPS na automação, aplicá-la em máquinas agrícolas e viabilizá-las para apoiar a gestão operacional da lavoura, levando-se em consideração
a variabilidade espacial. O GPS é um sistema de navegação por satélite com um aparelho móvel que envia informações sobre a posição de algo em qualquer horário e em qualquer condição climática (BUAINAIN et al., 2014).
Nos dias atuais pode-se considerar que o mercado disponibiliza a maioria das ferramentas para o campo, sendo que seus desafios agora são colocados em prática. Assim, tanto as oportunidades de inovação como a complexidade no desenvolvimento de sistemas em máquinas agrícolas avançaram para o campo da TIC (tecnologia da informação e da comunicação) (BUAINAIN et al., 2014).
As máquinas para a agricultura de precisão conhecidas no mercado são as colhedoras de grãos, com grande capacidade para mapear a produção e as aplicadoras de adubos à taxa variada, por serem utilizadas para ilustrar o uso da agricultura de precisão. São dotadas de receptores GNSS e sistema de armazenamento e leitura de dados. (BERNARDI et al., 2014).
Existem trabalhos que buscam desenvolver e propor ferramentas para o uso da agricultura de precisão, inclusive a robótica, mas apenas alguns estão disponíveis e bem-sucedidos comercialmente como as colhedoras, os implementos com aplicação a taxa variada e mostrador de solo e todos com GNSS (BERNARDI et al., 2014).
Nas últimas décadas, a agricultura de precisão beneficiou-se com a automação de máquinas e implementos agrícolas através do uso de sistemas eletrônicos embarcados compostos por programas de computadores e dispositivos eletrônicos e de hardwares. No começo, os fabricantes desses sistemas se preocupavam com a confiabilidade, facilidade de instalação e de uso. O problema é que pouca atenção foi dada para que esses sistemas fossem facilmente integrados com outros disponíveis produzidos por outros fabricantes (HASSALL, 2010)
Assim, vários sistemas foram disponibilizados para o mercado com protocolos proprietários da comunicação porque não havia informações compartilhadas, sendo que desta maneira cada sistema demandava um terminal inteirando o operador da máquina com suas funções de controle e dentro desta máquina agrícola haviam muitos terminais e cabos que beneficiaram para um ambiente não otimizado, complexo e de interação do homem com a máquina (BUAINAIN et al., 2014).
Como exemplo pode-se citar que para um produtor não é suficiente saber que sua lavoura não produziu o esperado porque apenas com essa informação não
consegue combater a causa da baixa produtividade, ou se conseguir, será a um alto custo.
Mas a diferença está em saber em qual parte de sua propriedade o problema é mais crítico e neste local efetuar uma correção adequada, sem comprometimento do restante da área, do seu orçamento, e mais, do meio ambiente. Um produtor que obtém bons resultados sabe que isso faz a diferença: reduzir custos, aumentar produtividade e preservar o meio ambiente (GASQUES et al., 2010).
Portanto, é neste contexto que a agricultura de precisão se apresenta como uma ferramenta extremamente importante para o gerenciamento de todo o processo produtivo, passo a passo, ou mais precisamente, metro a metro. O conjunto da tecnologia da agricultura de precisão envolve-se as imagens de satélites, coleta de terra georreferenciada, análise dos solos, uso do GPS; aplicação de adubos em taxa variada e mapeamento da produção (GASQUES et al., 2010).
Para (VALDIERO et al., 2015) a agricultura de precisão é uma maneira moderna para gerenciar a agricultura em todas as etapas permitindo a aplicação e integração modular de várias tecnologias novas para tratar as culturas do local porque existe a variedade do espaço e dos aspectos que determinam a produção.
Atualmente existe um grande avanço das tecnologias aplicadas em maquinas e equipamentos agrícolas de grande porte, mas há uma deficiência grande de pesquisas e desenvolvimento de soluções tecnológicas adequadas para integrar no conceito de agricultura de precisão e agricultura familiar (VALDIERO et al., 2015).
Para (BUAINAIN et al., 2014) no Brasil, a agricultura de precisão está amplamente difundida no que se refere a monitores de rendimento de colheita e Aplicações em Taxas Variáveis (ATV) de adubos, utilizando-se máquinas que realizam a aplicação a lanço. Recentemente a indústria disponibilizou maquinas agrícolas a realizar a Aplicação em Taxas Varáveis utilizando as semeadoras.
Figura 1: Agricultura de Precisão
Fonte: Web imagens internet, 2010.
Na Figura 1 pode-se observar um exemplo do fluxo do trabalho dividido em etapas como a preparação do solo, plantio, acompanhamento da lavoura e a colheita. Para (VALDIERO et al., 2015) as tecnologias na agricultura de precisão: Sistema de Posicionamento Global (GPS), Sistema de Informações Geográficas (SIG), Sensoriamento remoto, Processamento Digital de Imagens, Automação e Instrumentação, Sistema de Aplicação a Taxa Variável, Mecanização Agrícola.
Na atualidade, observa-se o avanço da aplicação das tecnologias em máquinas e equipamentos agrícolas de grande porte, sendo que na agricultura familiar ainda falta pesquisa para desenvolver o conceito de agricultura de precisão.
2.2.1 Histórico
No Brasil, a agricultura de precisão foi introduzida em meados da década de 1990. A indústria de máquinas agrícolas teve uma participação importante nessa fase, com a introdução de conceitos como o mapeamento da produtividade das lavouras de grãos e de aplicações de georreferenciamento na agricultura. A introdução ocorreu com tecnologia totalmente importada, principalmente por empresas multinacionais (GRISA E SCHNEIDER, 2015).
Em 1996, na Universidade de São Paulo (USP) aconteceu o primeiro Simpósio sobre Agricultura de Precisão.
No início dos anos 2000, no Rio Grande do Sul surgiu o Projeto Aquarius, desenvolvido pela Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) em parceria com empresas privadas. Os produtores pioneiros tiveram contato muito próximo com as instituições de pesquisa, muitos deles oferecendo suas propriedades como áreas de teste (BERNARDI et al., 2014).
A agricultura de precisão, como é chamado no Brasil é o sistema de produção adotado por agricultores de países de tecnologia avançada que surgiu como um sistema de gerenciamento de informações e que teve seu crescimento potencializado a partir de avanços da tecnologia de referenciamento e posicionamento, como o GPS (do Inglês Global Positioning System) e de tecnologias de sensoriamento remoto (BERNARDI et al., 2014).
Conceitos surgiram a partir do emprego destas técnicas na agricultura, como os de aplicação de insumos em taxas variáveis e dos Sistemas de Informação Geográfica (SIG) (GRISA E SCHNEIDER, 2015).
A Embrapa também contribui com o desenvolvimento da agricultura de precisão no país organizando uma Rede de Pesquisa com mais de 200 pesquisadores e 19 Unidades de Pesquisa e diversos colaboradores de universidades, institutos de pesquisa e empresas (BERNARDI et al., 2014).
Para (GRISA E SCHNEIDER, 2015) as tecnologias de agricultura de precisão detectam, monitoram e orientam homens e mulheres do campo na gestão da propriedade, para melhorar a produtividade, a preservação do meio ambiente e a renda.
2.3 Plantadoras
Sabe-se que o agricultor investe na melhor semente, no adubo mais adequado quando realiza um plantio em sua propriedade. Para que o plantio seja de qualidade e bem desenvolvido precisa-se que a plantadora seja capaz de realizar o depósito das sementes no sulco de plantio com uma profundidade uniforme, observando a distribuição da semente por semente e de maneira equidistante sem ter falhas (SIQUEIRA, 2008).
2.3.1 Histórico
A semeadora surgiu em 1701, por Jethro Tull um inglês que com a semeadora aumentou sua produtividade em 800%. Em 1785, a semeadora passou por alterações e originou-se a semeadora de tração animal e em 1900, surgiram as semeadoras acopladas a adubadora (SIQUEIRA, 2008).
O fazendeiro inglês Jethro Tull inventou a máquina semeadora, a qual distribui automaticamente as sementes pela lavoura e permitia que os fazendeiros multiplicassem as sementes em filas bem espaçadas numa profundidade específica. Mas antes desta invenção, simplesmente jogava-se as sementes no chão, para que crescessem onde quer que caíssem. Algumas das sementes caíam em terra não preparada onde nunca germinavam, ou germinavam prematuramente e eram mortas por pragas, excesso de água ou fertilizante (REICHERT, REIS E DEMENECH, 2015).
Para (REICHERT, REIS E DEMENECH, 2015) com esta invenção os agricultores tiveram muito mais controle sobre a profundidade em que a semente era plantada e a habilidade de cobri-las sem ter que fazer outra volta. Este controle significava que as sementes germinavam com mais consistência e em terreno mais preparado.
Com o tempo, as semeadeiras tornaram-se mais avançadas e sofisticadas, mas a tecnologia permanece essencialmente a mesma. A primeira semeadeira era compacta o bastante para ser puxada por um único cavalo, mas o avanço da tecnologia com o advento de tratores e semeadeiras mais eficientes permitiram aos fazendeiros germinar vários acres (medida agrária em vários países) de terra em um único dia (REICHERT, REIS E DEMENECH, 2015).
A plantadora manual foi por muito tempo utilizada pelo homem, sendo que a partir de 1980 surgiram as plantadoras mecanizadas.
2.3.2 Partes da plantadora
As semeadoras são máquinas destinadas ao plantio de espécies vegetais, que se reproduzem por sementes, (milho, soja, arroz, feijão, forrageiras e outros.).
Segundo (SIQUEIRA, 2008) plantadoras são máquinas empregadas no plantio de culturas que se reproduzem por órgãos vegetativos, como as raízes, os colmos, os tubérculos e outros.
2.3.2.1 Chassi.
O chassi é uma estrutura de suporte para outros componentes que pode ser feita de aço, alumínio, ou qualquer outro material rígido. O chassi normalmente equipa tratores acima de 90 cv. Este tipo de estrutura foi desenvolvido com objetivo de não submeter a transmissão e nem o motor do trator a esforços de torção devido a tração desenvolvida pelo trator (REICHERT, REIS, DEMENECH, 2015).
A estrutura de chassi permite montar o motor sobre coxins de borracha, facilita o acoplamento de equipamentos frontais e facilita na adequação de pesos frontais. Na Figura 2 visualiza-se as partes da plantadora.
Figura 2: Partes da Plantadora
Fonte: Web imagens internet, 2010.
Nesta Figura 2 pode-se observar suas partes: 1 chassi; 2 cabeçalhos; 3 descansos; 4 sistemas de rodagem; 5 depósitos de sementes; 6 depósitos de adubo; 7 caixas de sementes fina (opcional).
2.3.2.2 Linhas de sementes.
A regulagem dos marcadores de linha é importante para obter-se um plantio com espaçamento uniforme, fazendo com que a linha da extremidade da semeadora
fique no mesmo espaçamento da última linha plantada, facilitando futuras operações (REICHERT, REIS E DEMENECH, 2015).
Para (SIQUEIRA, 2008) regular os marcadores de linha, deve-se saber o espaçamento entre linhas, o número de linhas a ser utilizado na operação e a bitola dianteira do trator.
Os marcadores de linha são alternativos, abaixa um depois outro, portanto, se durante o plantio antes de terminar a linha houver a necessidade de interromper o trabalho, aciona-se o pistão para que a semeadora suba e desça duas vezes para continuar trabalhando com o marcador do lado certo (REICHERT, REIS E DEMENECH, 2015).
Na Figura 3 uma imagem de uma plantadora de alta precisão com distribuição de sementes.
Figura 3: Plantadora de alta precisão com distribuição de sementes
Fonte: Web Imagens Internet, 2010.
Uma taxa de distribuição de sementes controlada, como por exemplo, sementes por hectare, ou quilogramas por hectare é desejada durante a implantação da maioria das culturas para obter a melhor produtividade. A dosagem das sementes é considerada uma das principais funções de qualquer semeadora (HASSAL, 2010).
Para (HASSAL, 2010) se a cultura é implantada em linhas distantes suficientes para permitir a operação de máquinas, como cultivadores e colhedoras, isto é um tipo de semeadura em linha, utilizada para culturas de milho, soja, feijão e sorgo.
A distribuição em linha é realizada por semeadoras de linha de precisão, em que existe espaçamento predeterminado entre linhas e sementes.
Se o espaçamento entre linhas é pequeno demais para permitir o cultivo ou outras práticas culturais é um tipo de semeadura com cobertura total da área, utilizada
para culturas de grãos, gramíneas e leguminosas, como trigo, aveia, sorgo, arroz, cevada, centeio, alfafa, feijão e soja (HASSAL, 2010).
A distribuição com cobertura total é realizada por semeadoras de linha contínua, em que existe apenas espaçamento predeterminado entre linhas, semeadoras de fluxo de ar e semeadoras a lanço (HASSAL, 2010).
Linhas de adubos. A semeadora/adubadora de precisão Figura 4 é uma máquina cuja função é colocar no solo, sementes e adubos dentro da densidade, espaçamento e profundidade para um eficiente desenvolvimento produtivo (SOUZA E LOBATO, 2004).
Figura 4: Semeadora/adubadora de precisão
Fonte: Imasa, 2016.
Para (SOUZA E LOBATO, 2004) o dosador de precisão possui a lubrificação permanente, garante fertilizante na medida da lavoura, gerando alta germinação e desenvolvimento uniforme das culturas com mais praticidade, precisão, eficiência e muito mais economia. Na Figura 5 um dosador de adubos que a empresa Imasa utiliza nas plantadoras.
Figura 5: Dosador de Adubo
Fonte: Próprio autor, 2016. 2.3.3 Tipos de plantadoras
Existem vários tipos de plantadoras:
Plantadoras com Sistema de Informação do Solo (SIS) tecnologia de análise de solo que utiliza sensores avançados de segmentação e de geoprocessamento para produzir informações de alta resolução (BALASTREIRE, 2007).
Plantadoras voltadas para a automação das áreas de corte, carregamento e transporte de cana-de-açúcar, por exemplo. As principais funções do lançamento são coordenar e otimizar as operações logísticas, sincronizar os recursos em operação na frente de colheita, efetuar a comunicação entre máquinas para habilitar o transporte e a sincronização de informações (BAAL et al., 2007).
Conforme (BALASTREIRE, 2007) as plantadoras que utilizam mapas de amostragem para a correção do solo, máquinas que auxiliam o plantio e sensores para o monitoramento da colheita. O SeedSense, um monitor que supervisiona o desempenho da plantadeira. O aplicativo Field View transforma as informações deste monitor em mapas, tudo em tempo real.
Existem linhas de semeadoras para todos os tipos de cultura e para os diferentes sistemas de distribuição de sementes: mecânica e pneumática. São de alta performance, utilizando linhas pantográficas de grande flutuação para maior uniformidade no plantio. Tanto para grãos finos ou grãos graúdos, tanto para ambos os tipos em sua linha múltipla, as semeadoras possuem o que há de melhor em tecnologia e produtividade como precisão, eficiência e robustez (BALASTREIRE, 2007).
A distribuição de semente para grãos finos é feita através do rotor acanalado helicoidal, fundido e usinado para a obtenção de distribuição de sementes mais uniformes. A regulagem da quantidade de sementes é feita de forma simples e prática, por meio de volantes situados nas laterais da máquina que promovem a abertura e o fechamento dos rotores (BAAL et al., 2007).
A distribuição de sementes para grãos graúdos, a distribuição é feita através de discos alveados, disponíveis em uma série de modelos para os mais variados tipos e tamanhos de semente (soja, milho, sorgo, feijão e girassol). Esse sistema de distribuição de semente conta com um reservatório tipo “pipoqueira”, montado sobre a linha de semeadura que proporciona agilidade no abastecimento (BALASTREIRE, 2007).
Para (BALASTREIRE, 2007) a distribuição do adubo o sistema roca sem-fim tem três tipos de roscas para o sistema de adubo da SHM e da SSM:1.3/4”, 1” e 2”, utilizadas de acordo com a quantidade de adubo distribuído. A base do distribuidor é confeccionada em material termoplástico que evita a corrosão dos componentes e é de fácil limpeza.
Segundo (BAAL et al., 2007) esse sistema está disponível somente para as plantadoras com reservatório em polietileno rotomoldado e aço-carbono. O reservatório de polietileno rotomoldado é composto por um sistema de rosca sem-fim, com os inéditos e exclusivos sistemas de cápsula e gaveta, para a interrupção da distribuição de adubo que proporcionam maior agilidade e rapidez na troca da rosca e na manutenção. Existem muitas plantadoras que possuem internet a bordo.
2.4 Adubadora
2.4.1 Sistema de adubação
Os mecanismos dosadores de adubos podem ser helicoidais rotores dentados, discos rotativos, rotor vertical impulsor, correias, correntes ou cilindros canelados. O sistema geralmente é instalado na parte inferior do depósito de adubo da máquina e conduz ou impulsiona o adubo até o orifício de saída. A sua regulagem é efetuada por sistema de transmissão por engrenagens ou controle da abertura de saída do adubo (LOPES, 2010).
O mecanismo dosador helicoidal da Figura 6 é composto por um helicoide fixado à um eixo rotativo colocado sob o depósito de fertilizante. O produto depositado no solo varia conforme o passo do helicoide utilizado ou da velocidade angular do eixo de acionamento. Normalmente as pré-regulagens do sistema de transmissão é feita por meio de engrenagens ou sistemas de corrente. Este é o tipo mais utilizado no Brasil (LOPES, 2010).
Figura 6: Mecanismo dosador de adubo do tipo helicoidal
Fonte: Web Imagens Internet, 2010.
O ponto de partida para um projeto consistente de adubação do sistema é uma boa análise do solo. Primeiro é preciso saber como está a fertilidade e equilibrar os nutrientes. Depois, cuidar da manutenção destes elementos, evitando que o solo se desgaste a cada colheita. Cada planta que emerge do solo é um indicador biológico de uma situação específica da presença ou não de nutrientes (YUAN et al., 2010).
Quando o solo está bem estruturado a adubação de sistema tem maiores chances de sucesso. No sistema de adubação é necessário ter em mente que requer plantio direto, com rotação de culturas e integrar gramíneas no sistema (YUAN et al., 2010).
A adubação de sistema nada mais é do que manter o solo em equilíbrio, fazendo com que as culturas do sistema estejam em condições de expressar seu potencial produtivo (YUAN et al., 2010).
A análise química do solo é muito importante ao se fazer uma recomendação de adubação, mas é necessário que se faça uma amostragem de solo criteriosa, de modo que a amostra represente as condições reais do campo (YUAN et al., 2010).
Uma técnica que permite o produtor avaliar se a adubação foi correta é análise foliar. O método pode ser um termômetro para o agricultor avaliar a adubação
adequadamente. É uma tecnologia importante para validar se a adubação foi correta, se a lavoura está sendo bem conduzida. A planta é o melhor sensor que se tem com relação à fertilidade e o manejo da cultura como um todo (YUAN et al., 2010).
Para utilização de taxa variável de adubos durante o processo de implantação de culturas a semeadora-adubadora deve ser adequada previamente. Para isto é necessário um sistema de controle eletrônico, responsável por definir a posição geográfica da máquina, associar esta posição a uma taxa de aplicação que veio de um mapa ou de sensores e comandar o acionamento dos dosadores de forma a atingir a quantidade desejada. Além disto, deve ser calibrado para corresponder entre a prescrição e a dosagem real (YUAN et al., 2010).
Conforme (GRISSO et al., 2011) os controladores eletrônicos para taxa variável são como dispositivos eletrônicos, normalmente microprocessados que têm a função de variar regulagens do equipamento para alterar a taxa de aplicação com base em informações obtidas dos sensores ou de um mapa de aplicação.
Para adequar a taxa de aplicação de adubos o controlador executa uma rotina de cálculos baseada em algoritmos os quais são instrumentos de programação computacional que definem uma sequência passo a passo de tarefas ou atividades que devem ser realizadas para resolução de cálculos, leitura de sinais de sensores, entre outras atividades e ainda adequar a sua dose (LOPES, 2010).
Segundo (GRISSO et al., 2011) o aumento da eficácia da aplicação de adubos está diretamente relacionado ao desenvolvimento de tecnologias capazes de aplicar a quantidade necessária em cada local da lavoura reduzindo erros ocasionados por diferentes fatores.
Para (YUAN et al., 2010) a agricultura de precisão através da tecnologia de aplicação a taxas variáveis, é uma das tecnologias que visam ao aumento da eficiência, redução de custos e de impactos ambientais. A taxa variável pode ser baseada em dois sistemas de prescrição: por mapas de aplicação georreferenciados ou por cálculos em tempo real por algoritmos abastecidos por dados de sensores.
2.5 Projeção da bancada ou protótipo
O desenvolvimento do produto procura fazer com que as pessoas envolvidas no desenvolvimento considerem, desde o início, todos os elementos do ciclo de vida
do produto, da concepção ao descarte, incluindo qualidade, custo, prazos e requisitos dos clientes (MACHADO E TOLEDO, 2008).
Para (BACK et al., 2008) o campo da metodologia proporciona a forma de métodos e ferramentas para conduzir as atividades do projeto e objetiva transformar as informações. Para o gerenciamento a metodologia dá apoio com processos gerenciais na execução dentro do ponto focado, tempo, custo e qualidade.
O campo do ciclo de vida contribui com informações para as decisões e soluções do projeto antecipando os problemas. O campo da tecnologia da informação oferece apoio computacional baseados em dados e ferramentas que conduzem as atividades do projeto com a aplicação da metodologia e o gerenciamento do projeto (BACK et al., 2008).
Considera-se então, que a engenharia simultânea é uma metodologia integrada ao trabalho e através de seus princípios busca dar suporte ao desenvolvimento de ferramentas para melhorar a prática do produto (BACK et al., 2008).
Para a projeção da bancada, num primeiro momento planejou-se o projeto observando estratégias de montagem e também da organização do trabalho a ser desenvolvido como um todo. Desenvolveu-se a estrutura do projeto identificando as partes envolvidas e os participantes como professores com as orientações, colegas com algumas informações e a pesquisa sobre o protótipo (MACHADO E TOLEDO, 2008).
Além disso, define-se as especificações do projeto, as tarefas que buscam definir alguns fatores que podem influenciar no projeto do produto como o mercado, os requisitos para o seu uso, a funcionalidade, as condições de trabalho humano, de segurança, de confiabilidade, de modelo, entre outros. Um requisito importante foi o objetivo a que o produto deve atender (MACHADO E TOLEDO, 2008).
A seguir determinou-se necessário buscar estabelecer a estrutura funcional do produto. Isso garantiu definir a função global a ser executado também as subfunções. Então, partiu-se para o estudo de estruturas funcionais alternativas objetivando selecionar a mais adequada, mas considerando a situação própria do projeto, o custo, os riscos de desenvolvimento e as metas de qualidade, segurança e de dependência (BACK et al., 2008).
Para (MACHADO E TOLEDO, 2008) com a concepção do produto, iniciaram-se os estudos para identificar os processos de iniciaram-semeadura e adubadora a iniciaram-serem utilizados, sendo que neste estudo ainda se considerou-se a segurança no produto do projeto. Após o formato e da elaboração da estrutura preliminar do protótipo, avaliou-se a análiavaliou-se de avaliou-segurança e a viabilidade econômica.
Para (BACK et al., 2008) com a orientação e as atualizações do plano do projeto, o protótipo é construído e são concluídos os testes e ensaios de laboratório e de campo, de acordo com os planos de fabricação e de testes emitidos na fase anterior. Durante a realização dos testes são aplicadas diversas análise como a segurança do protótipo ou os componentes do produto.
Na sequência, a preparação do produto através das orientações de equipe para a regulagem dos marcadores de linha obteve-se um plantio com espaçamento uniforme de sementes e adubos. Neste momento os procedimentos de montagem são testados para verificar as não conformidades no processo e também para o treinamento pessoal responsável pela montagem (MACHADO E TOLEDO, 2008).
Conforme (BACK et al., 2008) a validação do produto construído valida juntamente com o procedimento realizado e que foi aprovado. Atualizações do projeto como a avaliação do implemento de satisfação, o monitoramento da performance do produto, das informações sobre a segurança na utilização entre outros.
2.6 Ensaios
A precisão na dosagem de fertilizantes é um dos parâmetros mais importantes da avaliação do desempenho de semeadoras-adubadoras (ALTAMANN et al., 2010). Avalia-se em bancada de ensaio, o desempenho do sistema dosador e distribuidor de sementes em relação à variação da velocidade e da quantidade de punções utilizadas (BACK, et al., 2008).
No processo de ensaio da bancada para medir a velocidade rotacional do mecanismo dosador e distribuidor de sementes, utiliza-se um sensor magnético para captar pulsos a cada aproximação da punção, além de um sistema de aquisição de dados, composto de um computador portátil, um sistema de aquisição de dados (BACK et al., 2008).
Segundo (ALTMANN et al., 2010), os principais fatores que influenciam o funcionamento dos mecanismos dosadores de fertilizantes são: inclinação de trabalho, velocidade de acionamento e o tipo de fertilizante. Torna-se necessário conhecer o desempenho de tais mecanismos em condições de laboratório, com condições pré-estabelecidas, visando à identificação comportamental, a fim de se obter melhores resultados, quando utilizados em operações de semeadura no campo. Os ensaios de máquinas para semeadura podem ser realizados a campo, em pistas ou ainda em laboratório. Para isso existem normas que estabelecem um padrão de testes a serem realizados, permitindo que as avaliações possam ser repetidas em diferentes locais e os resultados comparados com demais trabalhos semelhantes (ALTMANN et al., 2010).
Uma metodologia para ensaios de regularidade de vazão de distribuidores centrífugos pode ser adaptada para avaliações de dosadores de fertilizantes de semeadoras-adubadoras em linhas (ALTMANN et al., 2010).
A bancada de testes construída para aplicação desta metodologia permite posicionar os mecanismos avaliados em diferentes inclinações. O acionamento dos dosadores é feito simultaneamente e o material por eles transportado é coletado em tempos regulares com auxílio de uma gaveta coletora (BACK et al., 2008).
Os dosadores avaliados devem-se informar os diâmetros interno e externo do helicoide transportador, a distância entre as cristas helicoidais, o comprimento desde a base fixadora do helicoide até o centro do tubo de descarga e o comprimento da helicoide (ALTMANN et al., 2010).
Esta metodologia aplica-se na avaliação de cinco dosadores de fertilizantes do tipo rotor helicoidal (rosca sem-fim) é possível detectar alterações no desempenho dos equipamentos quanto à inclinação longitudinal, velocidade de acionamento e tipo de fertilizante empregado (ALTMANN et al., 2010).
Conforme (BACK et al., 2008) a metodologia é de fácil operação e eficiente para realização dos ensaios com diferentes inclinações de trabalho, velocidades de acionamento, tipos de fertilizantes e níveis de enchimento do reservatório.
3 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO DE UMA BANCADA PARA
TESTE DE ADUBADORA A TAXA VARIÁVEL
3.1 Introdução
Apresenta-se uma breve análise da necessidade do desenvolvimento da pesquisa para adubações a taxas variáveis, bem como suas aplicações na agricultura familiar. Num segundo momento é apresentada o projeto conceitual com a concepção de uma bancada experimental instrumentalizada que servirá para os testes e para o desenvolvimento de um sistema de controle para adubação à taxa variável. Em um terceiro momento apresenta o projeto preliminar com algumas ferramentas utilizada para a bancada e por último o projeto detalhado onde há as imagens dos desenhos detalhados da bancada desenhados no software SolidWorks
3.2 Análise da necessidade
A análise das necessidades da adubação à taxa variável no domínio de máquinas e equipamentos para agricultura, em especial nas semeadoras-adubadoras, que são responsáveis por depositar as sementes e o adubo no solo, corrigindo a deficiência de nutrientes do terreno.
Estas máquinas possuem em sua grande maioria um sistema de dosagem fixa de adubo vinculado a engrenagem tocadas pelo giro da roda do equipamento. Este tipo de equipamento não permite ao produtor tratar de maneira diferenciada cada parte de sua propriedade de acordo com a necessidade local de nutrientes no solo.
Os fabricantes de semeadoras-adubadoras indicam uma faixa de velocidade para o plantio que leva em consideração a potenciado trator e as condições do relevo da propriedade. Podem indicar a quantidade mínima e máxima de quilogramas de adubo por hectare conforme a Tabela 1.
Tabela 1: Referências de velocidade de plantio e quantidade de adubo.
Referência Mínima Máxima
Velocidade do Plantio 4 km/h 12 km/h
Velocidade de Adubo por Hectare 140 kg/ha 363 kg/ha Fonte: BALL, 2007.
Então, a quantidade de adubo que o dosador despeja é uma função do giro do eixo do dosador, dada na Tabela 2 de acordo com o passo do helicoide. A unidade dos valores da Tabela 2 é dada em kg/min.
Tabela 2:Referência de quantidade de adubo de acordo com o tipo de dosado e o passo do helicoide.
Tipo de Dosador ¾” 1” 2”
Fertysistem 0.0115 0.022 0.0478
Politecno 0.00788 0.021196 0.058788
Monrizzo 0.0106 0.01849 0.03989
Fonte: REYNALDO, 2013.
Na Tabela 2 foram apresentados os resultados dos principais dosadores utilizados no mercado, porém de acordo com as empresas que fabricam semeadoras adubadoras o modelo Fertysistem em comparação aos outros da tabela é o único que pode ser considerado de precisão.
Assim como a quantidade de adubo por hectare é dependente da quantidade de giros do eixo do dosador é possível através de um sistema de acionamento alterar a quantia dosada mantendo constante a velocidade da máquina. Para isso, propõe-se um sistema de acionamento elétrico capaz de alterar a quantidade de adubo de acordo com a velocidade do eixo do dosador.
O desafio proposto é o desenvolvimento e a construção do protótipo de um sistema modular para dosagem de adubo à taxa variável apropriada às semeadoras/adubadoras da indústria local, de fácil programação, com regulagens apropriadas, fácil operação e manutenção, baixo custo, resistente e versátil, fácil montagem e desmontagem.
Para que o projeto alcance o sucesso de suas iniciativas, prevê-se a interação com a indústria local, fabricante do setor Metal-Mecânica de máquinas agrícolas, para transferência tecnológica dos protótipos e patentes com o objetivo da produção e comercialização dos equipamentos para os agricultores através de programas de financiamento.
3.3 Projeto conceitual
O projeto conceitual é aquela parte do processo de projeto onde as técnicas de criatividade, a elaboração de estruturas de funções, a procura por princípios de solução, suas combinações na síntese de concepções e as técnicas de avaliação são
aplicadas com o propósito de se chegar a uma solução conceitual viável e capaz de resolver o problema (VALDIERO, 2008).
3.3.1 Concepção da bancada experimental
Na concepção do projeto de uma bancada experimental deve-se se levar em consideração as características reais do que se pretende testar. Assim neste trabalho buscou-se projetar uma bancada que simule o comportamento de um sistema dosador de adubo, acionado por um motor elétrico, a fim de identificar as características e os parâmetros envolvidos. Esse sistema é subdivido em três partes conforme podemos ver no diagrama da Figura 7.
Figura 7: Diagrama de um sistema de dosador de adubos
Fonte: Próprio autor, 2016.
3.4 Projeto preliminar
O projeto preliminar estabelece o leiaute final do produto para definir a viabilidade técnica e econômica, sendo que nesta fase da elaboração do projeto do produto o trabalho é iniciado com a orientação da equipe de desenvolvimento sobre as atualizações do plano do projeto (BACK et al., 2008).
Para estabelecer o leiaute final precisa-se identificar as partes do projeto que tem relação de forma dimensionada e a sua posição, material, segurança, componentes, consideração do aspecto legal, entre outros.
Em sequência desenvolve-se o plano de fabricação e de teste do protótipo e a estrutura preliminar do protótipo. A partir definem-se os requisitos do trabalho do protótipo avaliando o trabalho externo e interna dos componentes e analisa-se a segurança sobre o leiaute final.
A construção da bancada experimental de testes utilizada neste trabalho subdivide-se em três partes:
A primeira parte é composta por um microcomputador na Figura 8 como pode ver em (2) e (4) responsável pela visualização dos dados e interface com o operador.
Figura 8: Sistema de controle
Fonte: Próprio autor, 2016.
Este está interligado uma placa móvel dSPACE (1) responsável pela captura e armazenagem dos dados da bancada de testes, a qual utiliza a integração dos softwares MatLab/Simulink e ControlDesk permitindo a captura, controle e manipulação dos dados em tempo real através da construção de uma interface gráfica, o que possibilita a análise detalhada dos resultados obtidos.
Um terceiro componente é um conector de sinais da placa DSPACE (1), composta de conversores analógico-digital (entrada ADC) e conversores digital-analógico (saída DAC), onde se faz a conexão dos cabos de comunicação dos sensores que transmitem o sinal até a placa instalada no microcomputador
O software ControlDesk, faz a comunicação do software Simulink/Matlab com a dSPACE, nele é feita a programação através da linguagem de Diagrama de Blocos de Função, que é uma linguagem gráfica que permite ao usuário construir procedimentos combinacionais complexos, muito usado no desenvolvimento de dispositivos automatizados. A desvantagem deste equipamento é ser frágil a vibrações e ter o custo elevado.
E por último a alimentação em corrente contínua dos sensores e da placa é controlada através de uma fonte HP de 24 VDC (Voltage Direct Current – Tensão Corrente Contínua) (3) que é a fonte de alimentação dos sistemas
O comando, é realizado através da caixa de comando ou do inversor de frequência CFW10 (haja vista que esta caixa de comandos está ligada diretamente ao inversor de frequência), o qual possui conexão com o motorredutor CA conforme descreve a Figura 9, e suas características estão na Tabela 3.
Figura 9: Conexões de potência do inversor de frequência
Fonte: FIORE, 2015.
Tabela 3: Descrição do Inversor de Frequência.
Componente Código Fabricante Característica
Inversor de Frequência CFW10-0040-S2024-PSZ WEG Monofásico; Corrente nominal de saída: 4A. Fonte: Próprio autor, 2016.
3.4.1 Descrição do Dosador de Adubo
Atualmente, existem diversos tipos de mecanismos dosadores, sendo que os mais utilizados na indústria nacional são aqueles denominados “rosca sem fim”, que são compostos por um eixo com rosca helicoidal em sua periferia, inserido no interior
de uma carcaça na parte inferior, e quando acionados por um conjunto de pinhões realizam o movimento de rotação, dosando o produto volumetricamente.
A escolha deste tipo de mecanismo se deve ao fato de ser utilizado em grande parte dos equipamentos comerciais de dosagem de fertilizante. Então, a escolha do modelo FertiSystem Auto-Lub AP NG da AGROMAC Figura 10, baseia-se no fato de ser um equipamento considerado de precisão pelo fabricante, isto é, supostamente possui uma uniformidade de aplicação adequada.
Figura 10: Dosador de adubo FertiSystem
Fonte: Próprio autor, 2016.
Neste tipo de sistema a quantidade de adubo despejada pelo adubador é proporcional a velocidade do eixo do helicoide, logo se controlarmos a velocidade do eixo do dosador, controlamos também a quantidade de adubo que será deposita no solo.
3.4.2 Descrição do Motor de Acionamento
O sistema de acionamento utilizado no presente trabalho é composto por um moto redutor elétrico de corrente alternada marca NOVA, código IP56-60Hz-4 Polos. A imagem do motor elétrico se encontra na Figura 11.
Figura 11: Motor Elétrico
Fonte: Próprio autor, 2016.
As especificações técnicas do motor CA e seu respectivo redutor encontram-se descritas na Tabela 4.
Tabela 4: Especificações do motor elétrico.
Componente Código Fabricante Características
Motor CA IP56-60Hz-4
Polos NOVA
Trifásico Blindado; Rotação: 1730 rpm (181,1651 rad/s); Potência: 750
W; Rendimento: 74% (se utilizada 50% da potência), 78,4% (se utilizada 75% da potência) e 80,5% (se utilizada 100%). Redutor de Engrenagens W63-U-24-P80B14-B3 ATI Brasil Relação de Redução: 24x; Rendimento dinâmico: 78%. Fonte: FIORE, 2015. 3.4.3 Encoder
Encoders incrementais são amplamente utilizados nas mais diversas aplicações como robóticas, cinemática e no controle realimentado de sistemas (CONTRERAS, FLORES E SILVA, 2008).
São transdutores rotativos eletromecânicos onde um emissor envia feixes de luz através de duas fendas defasadas e uma terceira (conta giros) que são recebidas e interpretadas por uma placa eletrônica.
Esta placa transforma o conjunto de feixes de luz em uma série de pulsos que são interpretadas como o movimento angular (em deslocamento e sentido) por uma placa de aquisição e controle. Apresenta-se na Figura 12 a forma constitutiva do encoder incremental utilizado (FIORI, 2015).
Figura 12: Encoder incremental com destaque ao disco codificado defasado
Fonte: (Fiori, 2015).
Estes sensores enviam os sinais de rotação e deslocamento através de pulsos que são recebidos e interpretados na DSPACE.
As características do encoder incremental estão descritas na Tabela 5. Tabela 5: Características do Encoder Incremental.
Componente Código Fabricante Característica
Encoder Incremental
7510-0622-1000 Hohner
Pulsos: 1000 ppr (pulsos por rotação); Precisão:
0,09º (0.0015 rad); Alimentação: 24V. Fonte: Próprio autor, 2016.
Assim, o encoder pode medir a velocidade angular do eixo do dosador e pode ser corrigida pelo sistema de controle quando não estiver com o parâmetro desejado.
Pretende-se com este protótipo realizar testes com velocidades intermediárias bem como alterações na velocidade visando a representação de uma adubação à taxa variável.
