UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JULIO DE MESQUITA FILHO” FACULDADE DE CIÊNCIAS AGRONÔMICAS
CAMPUS DE BOTUCATU
DEMANDA ENERGÉTICA NO PROCESSO DE ENSILAGEM DE MILHO
ANDRÉ SATOSHI SEKI
Dissertação apresentada à Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP - Campus de Botucatu, para obtenção do título de Mestre em Agronomia - Programa Energia na Agricultura
BOTUCATU-SP Janeiro de 2007
UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JULIO DE MESQUITA FILHO” FACULDADE DE CIÊNCIAS AGRONÔMICAS
CAMPUS DE BOTUCATU
DEMANDA ENERGÉTICA NO PROCESSO DE ENSILAGEM DE MILHO
ANDRÉ SATOSHI SEKI
Orientador: Prof. Dr. Sérgio Hugo Benez
Dissertação apresentada à Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP - Campus de Botucatu, para obtenção do título de Mestre em Agronomia - Programa Energia na Agricultura
BOTUCATU-SP Janeiro de 2007
FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA SEÇÃO TÉCNICA DE AQUISIÇÃO E TRATA- ATAMENTO DA INFORMAÇÃO – SERVIÇO TÉCNICO DE BIBLIOTECA E DOCUMENTAÇÃO
UNESP - FCA - LAGEADO - BOTUCATU (SP)
Seki, André Satoshi, 1980-
S463d Demanda energética no processo de ensilagem de milho /
André Satoshi Seki. – Botucatu : [s.n.], 2007.
xiii, 101 f. : il., color., gráfs, tabs. Dissertação (mestrado)- Universidade Estadual Paulista, Faculdade de Ciências Agronômicas, Botucatu, 2007
Orientador: Sérgio Hugo Benez Inclui bibliografia
1. Milho. 2. Ensilagem. 3. Máquinas de ensilar. 4. Análise energética. 5. Forragem. I. Benez, Sérgio Hugo. II. Uni- versidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”( Campus de Botucatu). Faculdade de Ciências Agronômicas. III. Título.
Aos meus pais
Sumio Seki e Katsue Kondo Seki, a minha profunda gratidão pela lição de vida, dedicação, apoio, compreensão e auxílio que me fortalecem a cada dia.
DEDICO.
Aos meus irmãos
Elena Kazumi Seki e Marcos Mitsuo Seki, pelo apoio em todos os momentos e pela presença constante em meu coração... OFEREÇO
AGRADECIMENTOS
A Deus, que me deu a necessária coragem para atingir os meus objetivos.
À Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP, Campus de Botucatu, ao Departamento de Engenharia Rural e a coordenação do curso de Pós-Graduação em Energia na Agricultura, pela oportunidade de realizar o curso.
Ao Prof. Dr. Sérgio Hugo Benez, pela orientação, amizade, profissionalismo e dedicação.
À Fazenda Ensino e Pesquisa e Produção, assim como todos os funcionários, pela dedicação e esforço para a realização da coleta dos resultados.
À Faculdade de Medicina Veterinária e Zootecnia da UNESP, Campus de Botucatu, pela oportunidade de realização dos testes e coletas de dados.
A CNPQ pela ajuda financeira durante o curso, possibilitando a realização das atividades para a conclusão do trabalho de pesquisa.
Aos Professores Drs. Antonio Renan Berchol Silva, Kleber Pereira Lanças, Marco Antonio Martin Biaggioni, Marcos Milan, Carlos Antonio Gamero, Zacarias Xavier de Barros, Luiz Malcolm Mano de Mello, Paulo Roberto Arbex Silva e Élcio Hiroyoshi Yano, pela ajuda e apoio na qual se tornou possível realizar este trabalho.
À empresa JF Máquinas Agrícola, pelo empréstimo da colhedora de forragem utilizada para coleta dos dados.
A todos os funcionários do Departamento de Engenharia Rural, especialmente a Sílvio Scolastici, Gilberto Winckler, Maury Torres da Silva, Pedro Alves, Rosângela C. Moreci, Rita de Cássia M. Gomes,
Às funcionárias da Seção de Pós Graduação e aos funcionários da Biblioteca Paulo de Carvalho Mattos da FCA/UNESP pelos serviços prestados e atenções dispensadas.
Aos amigos do grupo de plantio direto pela companhia, respeito, pela contribuição que ofereceram ao meu crescimento como ser humano e prazer das vivências divididas nos últimos anos: José Guilherme Lança Rodrigues, Fernando Tiballi de Mello, Denise Mahl, Cássio Piffer, Erick V. Bertolini, Ana Cristina E. Oliva, Jairo da Costa Fernandes, Miriam Correa dos Santos, Michele Hanami Asada, Fábio D. Vicentini, José Eduardo Melli, Luiz Felipe Ferraretto e Thiago Decicino.
Aos amigos do curso de pós-graduação; Samir Jasper, Fernando Caneppele, Leonardo Monteiro, Alessandro Santos, Diego, Fabrício, Adriano e Marcelo Ferrasa.
À minha família, que esteve sempre presente, apoiando nos momentos bons e ruins nestes últimos anos.
Enfim, agradeço a todos que nestes últimos anos me ajudaram a ser hoje uma pessoa melhor em todos os aspectos e aqueles que até neste momento não foram lembrados, porém jamais esquecidos.
SUMÁRIO
Pág.
LISTA DE TABELAS... VIII LISTA DE FIGURAS... XII
1 RESUMO... 1
2 SUMMARY ... 3
3 INTRODUÇÃO... 5
4 REVISÃO DE LITERATURA... 8
4.1 A cultura do milho... 8
4.2 Sistema plantio direto... 10
4.3 Silagem de milho... 11
4.3.1 Silagem de planta inteira... 13
4.3.2 Silagem de grãos úmidos... 15
4.4 Demanda energética... 18
5 MATERIAL E MÉTODOS... 22
5.1 Material... 22
5.1.1 Áreas experimentais ... 22
5.1.2 Caracterização do solo... 23
5.1.3 Resistência mecânica do solo a penetração... 24
5.1.4 Porcentagem de cobertura do solo ... 25
5.1.5 Dados climatológicos... 25 5.1.6 Máquinas e equipamentos... 26 5.1.6.1 Tratores... 26 5.1.6.2 Equipamentos agrícolas... 26 5.1.7 Insumos ... 30 5.1.7.1 Fertilizantes ... 30 5.1.7.2 Sementes... 30 5.1.7.3 Defensivos agrícolas... 30
5.1.9 Demanda energética... 31
5.1.9.1 Sistema de aquisição de dados... 31
5.1.9.2 Determinação do consumo horário de combustível ... 32
5.1.9.3 Determinação da força de tração na barra... 32
5.1.9.4 Determinação do torque na tomada de potência (TDP)... 33
5.1.9.5 Determinação da rotação na tomada de potência (TDP)... 33
5.2 Métodos... 34
5.2.1 Delineamento experimental ... 34
5.2.2 Descrição dos tratamentos... 34
5.2.3 Instalação e condução do experimento no campo... 35
5.2.4 Porcentagem de cobertura do solo... 37
5.2.5 Características agronômicas da cultura do milho... 37
5.2.6 Determinação da população inicial e final de plantas e produtividade de matéria seca e grãos do milho... 38
5.2.7 Acompanhamento do teor de água dos grãos do milho... 38
5.2.8 Demanda energética... 39
5.2.8.1 Sistema de aquisição de dados ... 39
5.2.8.2 Determinação da velocidade de deslocamento... 42
5.2.8.3 Capacidade de campo efetiva... 42
5.2.8.4 Rendimento operacional... 43
5.2.8.5 Tempo efetivo demandado... 43
5.2.8.6 Consumo horário de combustível... 43
5.2.8.7 Consumo de combustível por área... 44
5.2.8.8 Consumo de combustível por matéria seca processada... 45
5.2.8.9 Consumo de combustível no transporte do milho... 45
5.2.8.10 Gasto energético no processo de secagem dos grãos do milho... 46
5.2.8.11 Força média na barra de tração do trator... 46
5.2.8.12 Força máxima na barra de tração... 46
5.2.8.13 Potência média requerida na barra de tração do trator... 47
5.2.8.15 Força de tração requerida por linha de semeadura... 48
5.2.8.16 Torque médio na tomada de potência (TDP) do trator... 48
5.2.8.17 Torque máximo na tomada de potência (TDP) do trator... 49
5.2.8.18 Rotação instantânea da tomada de potência do trator (TDP)... 49
5.2.8.19 Potência na tomada de potência (TDP)... 50
5.2.8.20 Potência máxima na tomada de potência (TDP)... 50
5.2.8.21 Potência requerida pelos equipamentos montados no engate três pontos... 50
5.2.8.22 Potência máxima requerida pelos equipamentos montados no engate três pontos... 51
5.2.8.23 Potência determinada através do consumo horário de combustível.... 52
5.2.8.23.1 Potência teórica... 52
5.2.8.23.2 Potência efetiva... 53
5.2.8.24 Uso específico de energia por área... 53
5.2.9 Análise estatística... 54
6 RESULTADOS E DISCUSSÃO... 55
6.1 Percentagem de manutenção de cobertura vegetal no solo... 55
6.2 Características agronômicas da cultura do milho... 56
6.3 População de plantas inicial e final, produtividade de matéria seca e produtividade de grãos de milho... 57
6.4 Valores de teor de água nos grãos... 57
6.5 Demanda energética... 58
6.5.1 Demanda energética na operação de pulverização ... 58
6.5.2 Demanda energética na operação de semeadura... 60
6.5.3 Demanda energética na operação de adubação em cobertura ... 62
6.5.4 Silagem de planta inteira ... 64
6.5.5 Silagem de grãos úmidos... 68
6.5.6 Colheita do grão seco ... 72
6.5.7 Participação das diversas operações realizadas na cultura do milho... 75
7 CONSIDERAÇÕES FINAIS E SUGESTÕES PARA NOVAS PESQUISAS... 80
8 CONCLUSÕES... 81
9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 82
LISTA DE TABELAS
Tabela Pág.
1 Análise química do solo da área experimental na camada de 0 – 0,20 m ... 23
2 Análise granulométrica do solo da área experimental na camada de 0 – 0,20 m... 23
3 Defensivos utilizados na cultura do milho ... 31
4 Ordem cronológica das atividades realizadas no experimento... 35
5 Valores médios de diâmetro do colmo (m); altura da planta (m) e altura de inserção da primeira espiga (m), na cultura do milho implantada sob plantio direto... 56
6 Valores médios de população inicial e final de plantas por hectares; produtividade de matéria seca (kg ha-1) e produtividade de grãos (kg ha-1), na cultura do milho implantada sob plantio direto... 57
7 Valores médios de velocidade de deslocamento (km h-1), capacidade operacional efetiva - CE (ha h-1), tempo efetivo demandado – Td (h ha-1); consumo horário de combustível - CCh (L h-1) e consumo de combustível por área – CCa (L ha-1), nas operações de pulverização com vazão de 210 L ha-1 e pressão de 50 Lb pol2... 59
8 Valores médios de força média de tração (kN); tração máxima (kN); torque médio (Nm); torque máximo (Nm); rotação TDP (rpm); potência média na barra (kW); potência máxima na barra (kW); potência média na TDP (kW); potência máxima na TDP (kW); potência requerida (kW); potência máxima requerida (kW) e uso específico de energia por área – Uea (kW h ha-1), nas operações de pulverização com vazão de 210 L ha-1 e pressão de trabalho de 50 Lb pol2... 60
9 Valores médios de velocidade de deslocamento (km h-1), capacidade operacional efetiva - CE (ha h-1), tempo efetivo demandado – Td (h ha-1); consumo horário de combustível - CCh (L h-1) e consumo de combustível por área – CCa (L ha-1) na operação de semeadura do milho... 61
10 Valores médios de força média de tração (kN); tração máxima (kN); força média requerida por linha de semeadura (kN); potência média na barra (kW); potência máxima na barra (kW) e uso específico de energia por área – Uea (kW h ha-1), na operação de semeadura do milho... 62
11 Valores médios de velocidade de deslocamento (km h-1), capacidade operacional efetiva - CE (ha h-1), tempo efetivo demandado – Td (h ha-1); consumo horário de combustível - CCh (L h-1) e consumo de combustível por área – CCa (L ha-1) na
operação de adubação em cobertura na cultura do milho... 62 12 Valores médios de força média de tração (kN); tração máxima (kN); torque médio
(Nm); torque máximo (Nm); rotação na TDP (rpm); potência média na barra (kW); potência máxima na barra (kW); potência média na TDP (kW); potência máxima na TDP (kW); potência média requerida (kW); potência máxima requerida (kW) e uso específico de energia por área – Uea (kW h ha-1), na operação de adubação em cobertura... 63 13 Valores médios de velocidade de deslocamento (km h-1), capacidade operacional
efetiva - CE (ha h-1), tempo efetivo demandado – Td (h ha-1); consumo horário de combustível - CCh (L h-1) e consumo de combustível por área – CCa (L ha-1) na
operação de colheita de planta inteira de milho... 64 14 Valores médios de força média de tração (kN); tração máxima (kN); torque médio
(Nm); torque máximo (Nm); rotação na TDP (rpm); potência média na barra (kW); potência máxima na barra (kW); potência média na TDP (kW); potência máxima na TDP (kW); potência média requerida (kW); potência máxima requerida (kW) e uso específico de energia por área – Uea (kW h ha-1), na operação de colheita de planta inteira de milho... 65 15 Valores médios da velocidade de deslocamento (km h-1), capacidade operacional
efetiva - CE (ha h-1), tempo efetivo demandado – Td (h ha-1); consumo horário de combustível - CCh (L h-1); consumo de combustível por área – CCa (L ha-1) e
consumo de combustível no transporte – CCt (L km-1) para cada 1 quilômetro percorrido, nas operações de transporte da silagem de planta inteira de milho... 66 16 Valores médios de força média de tração (kN); tração máxima (kN); potência média
na barra (kW); potência máxima na barra (kW) e uso específico de energia por área – Uea (kW h ha-1), para cada 1 quilômetro percorrido, nas operações de transporte
da silagem de planta inteira de milho... 66
17 Valores médios do rendimento operacional (ton h-1), capacidade operacional efetiva - CE (ha h-1), tempo efetivo demandado – Td (h ha-1); consumo horário de combustível - CCh (L h-1); consumo de combustível por área – CCa (L ha-1);
consumo de combustível por massa processada – CCm (L ton-1) e densidade da silagem (kg m-3) na operação de ensilagem de planta inteira de milho no sistema “silo bag”... 67 18 Valores médios de torque (Nm); torque máximo (Nm); rotação na TDP (rpm);
potência na TDP (kW); potência máxima na TDP (kW) e uso específico de energia por área – Uea (kW h ha-1), na operação de ensilagem de planta inteira de milho... 68 19 Valores médios da velocidade de deslocamento (km h-1), capacidade operacional
efetiva - CE (ha h-1), tempo efetivo demandado – Td (h ha-1); consumo horário de combustível - CCh (L h-1); consumo de combustível por área – CCa (L ha-1); potência efetiva (kW) e uso específico de energia por área – Uea (kW h ha-1), na
operação de colheita do grão úmido de milho... 69 20 Valores médios da velocidade de deslocamento (km h-1), capacidade operacional
efetiva - CE (ha h-1), tempo efetivo demandado – Td (h ha-1); consumo horário de combustível - CCh (L h-1); consumo de combustível por área – CCa (L ha-1) e consumo de combustível no transporte – CCt (L km-1) para cada 1 quilômetro
percorrido, nas operações de transporte do grão úmido de milho... 70 21 Valores médios de força média de tração (kN); tração máxima (kN); potência média
na barra (kW); potência máxima na barra (kW) e uso específico de energia por área – Uea (kW h ha-1), para cada 1 quilômetro percorrido, nas operações de transporte do grão úmido de milho... 70 22 Valores médios de rendimento operacional (ton h-1), capacidade operacional efetiva
- CE (ha h-1), tempo efetivo demandado – Td (h ha-1); consumo horário de combustível - CCh (L h-1); consumo de combustível por área – CCa (L ha-1); consumo de combustível por massa processada – CCm (L ton-1) e densidade da silagem (kg m-3) na operação de ensilagem do grão úmido de milho... 71
23 Valores médios de torque médio (Nm); torque máximo (Nm); rotação na TDP (rpm); potência média na TDP (kW); potência máxima na TDP (kW) e uso específico de energia por área – Uea (kW h ha-1), na operação de ensilagem do grão
úmido de milho... 72 24 Valores médios da velocidade de deslocamento (km h-1), capacidade operacional
efetiva - CE (ha h-1), tempo efetivo demandado – Td (h ha-1); consumo horário de combustível - CCh (L h-1); consumo de combustível por área – CCa (L ha-1) potência efetiva (kW) e uso específico de energia por área - Uea (kW h ha-1) na
operação de colheita de grãos de milho... 73 25 Valores médios da velocidade de deslocamento (km h-1), capacidade operacional
efetiva - CE (ha h-1), tempo efetivo demandado – Td (h ha-1); consumo horário de combustível - CCh (L h-1); consumo de combustível por área – CCa (L ha-1) e consumo de combustível no transporte – CCt (L km-1) para cada 1 quilômetro
percorrido, nas operações de transporte do grão de milho... 73 26 Valores médios de força média de tração (kN); tração máxima (kN); potência média
na barra (kW); potência máxima na barra (kW) e uso específico de energia por área – Uea (kW h ha-1), para cada 1 quilômetro percorrido, nas operações de transporte do grão de milho... 74 27 Valores médios do gasto energético de secagem – Ges (kWh ton-1) e uso específico
de energia por área - Uea (kW h ha-1) na operação de secagem (15,5 – 13 %) do teor de água dos grãos de milho... 75 28 Valores médios da capacidade operacional efetiva – CE (ha h-1), consumo horário de
combustível – CCh (L h-1), consumo de combustível por área – Cca (L ha-1) e uso
específico de energia por área – UEA (kWh ha-1), nas operações realizadas no experimento... 76
LISTA DE FIGURAS
Figura Pág.
1 Média da resistência a penetração do solo, antes da semeadura do milho... 24
2 Médias mensais de precipitação pluvial (mm) e temperatura (ºC) no ano 2005/2006. Fonte: NEAR - Núcleo de Estudos de Energias Alternativas e Renováveis – FCA/UNESP – Botucatu... 25
3 Colhedora de forragem utilizada no ensaio... 28
4 Fixação da base do “silo bag”... 28
5 Ensiladora com acessório para grãos... 29
6 Ensiladora com acessório para forragem... 29
7 Fluxômetro instalado no trator para determinação do consumo de combustível. Acoplamento ao sistema de aquisição de dados (1), fluxômetro (2) e filtro de combustível (3)... 32
8 Conjunto para ensaio de força de tração na barra. Suporte metálico “berço” (1) e célula de carga (2)... 33
9 Conjunto para ensaio de torque na TDP. Torciômetro (1), sensor de rotação (2), roda dentada (3) e mesa de suporte do conjunto torciométrico (4)... 34
10 Vista geral da área experimental... 36
11 Operação da colheita da silagem de planta inteira de milho... 36
12 Operação da colheita de grão úmido e milho... 37
13 Fluxograma das avaliações realizadas nas operações mecanizadas na cultura do milho implantada sob sistema plantio direto... 40
14 Fluxograma das avaliações realizadas nas operações mecanizadas nas diferentes formas de colheita da cultura do milho... 41
15 Sistema de comboio utilizado para a determinação da potência requerida por equipamentos acoplados ao engate de três pontos: (1) fonte de potência; (2) célula de carga; (3) trator auxiliar portador do espécime submetido ao ensaio; (4) equipamento montado ensaiado... 51
16 Valores médios da percentagem de cobertura vegetal no solo, em diferentes épocas e formas de colheita do milho... 56 17 Valores dos teores de água nos grãos de milho no período de 113 aos 176 dias após
a semeadura... 58 18 Valores médios totais do consumo de combustível por área (L ha-1), nos diferentes
processos da cultura do milho... 77 19 Valores médios totais do uso específico de energia por área – Uea (kW h ha-1), nas
1 RESUMO
Este trabalho teve como objetivo avaliar o consumo energético das operações mecanizadas envolvidas na produção de silagem de planta inteira e grão úmido de milho, tendo como referência o processamento seco deste cereal cultivado em sistema de plantio direto. O ensaio foi conduzido no ano agrícola 2005/2006, na Fazenda Experimental Lageado, pertencente à Faculdade de Ciências Agronômicas – UNESP, localizada no município de Botucatu - SP, na região centro oeste do Estado de São Paulo. O processo de ensilagem foi conduzido na mesma fazenda experimental, nas instalações pertencentes à Faculdade de Medicina Veterinária e Zootecnia – UNESP – Campus de Botucatu – SP. Os tratamentos foram relacionados a época de colheita da cultura do milho, e foram divididos da seguinte forma: silagem de planta inteira (cento e treze dias após a emergência), silagem de grão úmido (cento e quarenta e sete dias após a emergência) e colheita de grãos secos (cento e setenta dias após a emergência). No experimento, o delineamento experimental foi em blocos ao acaso com parcelas subdivididas no tempo (três épocas de colheita: silagem de planta inteira, silagem de grãos úmidos e colheita de grãos secos), com 10 repetições. Cada parcela experimental possuía 50 m de comprimento e 10 m de largura, perfazendo área de 500 m². As análises estatísticas foram realizadas através do programa ESTAT, pelo teste de média de Tukey a 5 % de probabilidade. A silagem de planta inteira teve o maior consumo de combustível por área, mas permite o produtor antecipar em 63 dias o plantio e
desenvolvimento da cultura sucessora e a maximização da utilização da terra mesmo em condições edafoclimáticas desfavoráveis em razão da distribuição irregular de precipitação. A secagem dos grãos de 15,5 % para 13% foi responsável por 87% do gasto de energia por área. A silagem de grão úmido demandou o menor uso de energia por área nas operações mecanizadas.
ENERGY DEMAND IN HUMID MAIZE SILAGE. Botucatu, 2007. 95p. Dissertação (Mestrado em Agronomia/Energia na Agricultura) – Faculdade de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista.
Author: ANDRÉ SATOSHI SEKI Adviser: SÉRGIO HUGO BENEZ
2 SUMMARY
This work aims to evaluate the energy consumption of the mechanized operations involved in silage production of entire plant and humid maize, having as reference the dry processing of this cereal cultivated in no tillage. The trial was carried out in agricultural year 2005/2006, on Lageado Experimental Farm of the Agronomy School, UNESP, in Botucatu, in the center western region of the State of São Paulo, Brazil. The ensilage process was lead on the Education Research and Production Farm, of the Veterinary School of - UNESP - Botucatu Campus, Brazil. The treatments are related to the harvest time of the maize, and divided as follows: ensilage of the entire plant (one hundred and thirteen days after emergence), ensilage of humid grain (one hundred and forty and seven days after emergence) and harvest of dry grains (one hundred and seventy days after emergence). In the trial, the experimental design was in bands with parts subdivided in time (three times of harvest: silage of entire plant, silage of humid grains and harvest of dry grains), with 10 repetitions. Each experimental unit was 50m long and 10m wide, amounting to 500 m ². The statistical analyses were performed with ESTAT software, and Tukey test at 5% of probability. The plant silage completes had the largest consumption of fuel for area, but it allows the producer to advance even in 63 days the
planting and the culture successor's development and the best use of the use of the earth in conditions unfavorable climatic in reason of the irregular distribution of precipitation. The drying of the grains of 15,5% for 13% was responsible for 87% of the expense of energy for area. The silage of humid grain demanded the smallest use of energy for area in the automated operations.
___________________
3 INTRODUÇÃO
A utilização de máquinas na agricultura tem sido um processo intimamente articulado com as características culturais, sociais e econômicas dos agentes envolvidos, desde os primórdios da exploração agrícola organizada até os dias atuais. Em sua forma mais primitiva, a mecanização agrícola, tem-se baseado na atividade inovadora de indivíduos que, em função de necessidades específicas, adaptam ou constroem suas próprias ferramentas.
A necessidade crescente de racionalização das operações agrícolas fez com que se desenvolvessem trabalhos de pesquisa visando a obtenção de melhores técnicas e métodos e a redução no consumo de energia embutidos nos insumos e combustíveis consumidos, além de uma melhor conservação do solo e dos recursos naturais.
Uma das maiores preocupações dos agricultores tem sido o custo da energia das máquinas e equipamentos agrícolas, que pode ser reduzida através de melhores projetos de máquinas e implementos e melhores procedimentos operacionais (STANGE et al., 1984). O alto custo dos combustíveis e das máquinas agrícolas e a baixa remuneração do produtor exigem o uso de técnicas de gerenciamento dos serviços, principalmente aquelas ligadas às operações motomecanizadas, visando uma minimização do consumo de energia.
O uso do sistema de plantio direto na semeadura das principais culturas em sucessão tem possibilitado receita extra ao agricultor, uma vez que gera um ganho de tempo no momento da semeadura, na manutenção dos teores de água no solo, na possibilidade de fornecer cobertura vegetal no período de entressafra e na economia de até 70% de combustível em relação ao preparo convencional (MARQUES, 1999).
Na produção de grãos, a sua secagem pode representar até 50% do consumo total de energia, no caso específico do milho. Apesar de haver, à disposição do usuário, equipamentos para controle de processos, a tomada de decisão para a otimização de uma determinada operação cabe ao operador. As operações de secagem e armazenagem, quando conduzidas corretamente e com equipamentos eficientes, contribuem significativamente para a redução dos custos operacionais, em razão da economia de energia que propiciam (LOPES et al., 2000).
A antecipação da colheita como prática para economia de energia na secagem, é muito utilizada por alguns fabricantes de secadores, para demonstrar a eficiência de seus produtos quando secam grãos com alta umidade inicial. Esta prática reduz as perdas no campo, mas traz como inconveniente um consumo adicional de energia com a secagem dos grãos mais úmidos. A necessidade de liberação do campo para novos plantios ou a melhor qualidade do produto colhido antecipadamente são as principais vantagens e, na maioria dos casos, pode compensar o gasto de energia na secagem.
Uma forma de minimizar e racionalizar a utilização da energia nos processos agrícolas, principalmente na destinação final dos produtos, grãos de milho, pode ser a silagem de grão úmido que surge como uma alternativa para o produtor, na qual o processo de secagem é substituído pela moagem e armazenamento em alta densidade com altos teores de água (COSTA, 2001).
Portanto, as silagens de planta inteira e de grão úmido surgem como uma opção para o produtor, visto que a conservação do milho para a alimentação animal na forma de silagem de grão úmido pode ser até 11% mais econômica em relação aos grãos secos, por eliminar as etapas de limpeza e secagem do processamento de grãos (COSTA et al., 1998).
Este trabalho teve como finalidade avaliar o consumo energético das operações mecanizadas envolvidos na produção de silagem de plantas inteiras e grãos úmidos de milho, tendo como referência o processamento seco deste cereal cultivado em sistema de plantio direto.
4 REVISÃO DE LITERATURA
4.1 A cultura do milho
O milho representa um dos principais cereais cultivados em todo o mundo, fornecendo produtos largamente utilizados para a alimentação humana, animal e matérias-primas para a indústria, principalmente em função da quantidade e da natureza das reservas acumuladas nos grãos (DOURADO NETO; FANCELLI, 2000).
No Brasil, a produção de milho (Zea mays L.) sofreu profundas transformações nos últimos anos, como conseqüência de novas tecnologias disponíveis para os agricultores, da expansão da produção em áreas não tradicionais, de modificações na forma de conduzir a lavoura e de melhor adequação do período produtivo às condições climáticas (GUISCEM, 1997). Assim, verificou-se elevação da produtividade, entrada da produção mais cedo no mercado e melhorias da distribuição da oferta e da remuneração dos agricultores que conseguem colher mais cedo.
A estimativa da safra 2005/06 é de 41,7 milhões de toneladas, 32,87 milhões de toneladas para a primeira safra e 8,8 milhões para a segunda safra ou safrinha, o que corresponde a um incremento de 19,1%, em relação ao ano anterior. O atual levantamento também confirmou a expansão da área de milho em 4,4% (5,9% somente na primeira safra), ocupando, principalmente, áreas de soja na Região Centro-Sul (CONAB, 2006).
Segundo Melo Filho; Richetti (1997), dentre as culturas produzidas no país, a cultura do milho pode ser considerada a mais importante, tanto no aspecto econômico, como no social, por ser componente básico da dieta brasileira, principalmente nas camadas mais baixas da sociedade e, também, por ser um produto típico de produção de pequenas propriedades, sendo 92% da produção provenientes das propriedades com menos de 100 hectares.
Cultura das mais tradicionais, ocupa posição significativa quanto ao valor da produção agropecuária, área cultivada e volume produzido, especialmente na regiões Sul, Sudeste e Centro Oeste do Brasil. No entanto, apesar de sua grande importância, da evolução gradativa das quantidades produzidas e rendimentos obtidos, a produção de grãos por unidade de área ainda não traduz o potencial genético dos materiais recomendados pela pesquisa (CONAB, 2006).
Para Pinazza (1993), a cultura do milho tem produtividade média baixa, no Brasil, devido a sua condição de subsistência, principalmente nas regiões Norte e Nordeste, onde são plantadas por volta de 30 % da área cultivada, com baixa tecnologia. De acordo com EMBRAPA (1993), um dos grandes motivos da baixa produtividade das lavouras de milho brasileira, está associado ao baixo índice de plantas por unidade de área.
Conforme Dourado Neto; Fancelli (2000), a defasagem entre os rendimentos potenciais e os observados na prática pode ser atribuída a diversos fatores, inclusive os de ordem econômica. Certamente, porém, os níveis de tecnologia adotados por grande parte dos produtores não correspondem às exigências das cultivares selecionados para a semeadura. Conseqüentemente, a transferência das informações fornecidas pela pesquisa, aliada à experiência adquirida, assume relevância crescente, criando condições para a atualização constante daqueles que se dedicam a agricultura.
Embora cultivares de milho possua contribuição única e atributos que as habilitam a atingir altas produtividades e alta qualidade, a produção final não depende exclusivamente das cultivares, mas de uma interação entre genótipo e ambiente.
4.2 Sistema plantio direto
O sistema de plantio direto na palha exige a utilização de máquinas e equipamentos cada vez mais precisos e eficientes, próprios desse tipo de manejo do solo.
Segundo Saturnino (2001), o sistema de plantio direto na palha, implica em uma seqüência de rotação de culturas, para reciclagem de nutrientes e formação de palha, sem revolvimento do solo, com o mínimo possível de interferências no solo e na palhada de cobertura, protegendo-o ao longo do ano.
Para Hernani; Salton (1997), o sistema de plantio direto baseia-se em sistemas de rotação de culturas e caracteriza-se pelo cultivo em solo coberto por palha e em ausência de preparo de solo, por tempo indeterminado. O sistema de plantio direto tem como característica principal o revolvimento do solo somente na linha de semeadura, mantendo os resíduos vegetais em sua superfície e minimizando os efeitos erosivos das precipitações intensas que ocorrem em climas tropicais (BARIZON, 2001).
O cultivo mínimo e o plantio direto consistem na mínima mobilização em toda a área de semeadura ou na mobilização apenas na linha da semeadura, com o solo parcialmente ou totalmente coberto com plantas de cobertura ou restos culturais (FURLANI, 2000).
As semeadoras são específicas para o corte da palha, abertura de pequenos sulcos e deposição de sementes e fertilizantes, e ainda que as plantas invasoras são controladas quimicamente, de maneira a permitir a manutenção da cobertura morta sobre o solo, em quantidade e qualidade adequadas (HERNANI; SALTON 1997).
A adoção de preparos conservacionistas (plantio direto) implica em menor tempo de trabalho, demanda de energia e consumo de combustível e, conseqüentemente, em menor custo do que o preparo convencional, compensando financeiramente a menor produtividade de grãos verificado nos preparos conservacionistas, em relação ao preparo convencional (LEVIEN, 1999).
Marques (1999), trabalhando com a cultura do milho implantada em plantio direto e preparo convencional, verificou maior consumo de combustível e de energia por área, para os tratamentos com o preaparo convencional do solo.
Segundo Colozzi-Filho (2000), a cobertura morta formada pelo acúmulo de resíduos vegetais nas camadas superficiais, diminui as oscilações da temperatura e da umidade na superfície do solo e contribui para a manutenção de temperaturas mais amenas e maior retenção de água no solo em períodos quentes e de estiagem prolongadas.
A utilização de sistemas de preparo com o mínimo ou nenhum revolvimento do solo promove melhoria da estrutura, porosidade, retenção e infiltração de água (BAYER, 1996), atividade biológica (CATTELAN; VIDOR, 1990), conteúdo e teor de carbono orgânico e nitrogênio total no solo, capacidade de troca de cátions e conteúdo de nutrientes (BAYER; MIELNICZUK, 1997).
4.3 Silagem de milho
A ensilagem é o processo de conservação da forragem através da redução do pH (aumento da acidez) pela fermentação dos açúcares solúveis da planta. Por sua vez, a silagem é o resultado do processo de ensilagem após as mudanças sofridas pela forragem através da fermentação, na ausência de oxigênio (CARDOSO; SILVA, 1995).
A utilização de silagens para a alimentação de animais é prática rotineira nos estados de pecuária desenvolvida. A silagem é sem dúvida alimento de alta qualidade nutritiva para suplementar o rebanho, não só em períodos de escassez, mas também na forma de complementação alimentar o ano todo (DOURADO NETO; FANCELLI, 2000).
Por suas características, proporciona a armazenagem de grandes volumes de alimentos, permitindo aumentar a densidade de ocupação do campo, aumentar a produção de carne ou leite, diminuindo a utilização de outras rações mais caras e reduzindo, portanto, os custos de produção. (GÓMEZ, 1998)
A prática de ensilagem no Brasil foi iniciada no final do século XIX e a sua utilização vem assumindo importância crescente como opção na alimentação animal, tanto no período de inverno como durante o verão, nas criações em que são aplicadas técnicas avançadas de nutrição e manejo, minimizando o efeito da instabilidade da disponibilidade de alimentos, sendo que o real problema da ensilagem de milho como recurso forrageiro é o alto custo de produção (DOURADO NETO; FANCELLI, 2000).
Segundo Dourado Neto; Fancelli (2000), a exploração agropecuária requer a utilização de um conjunto de técnicas e métodos cujo objetivo principal é o aumento do rendimento quantitativo e qualitativo da atividade, e que a produção econômica de silagem de milho de alta qualidade depende do emprego de algumas técnicas simples que, se adotadas pelo produtor, poderão maximizar o potencial produtivo do híbrido escolhido.
Diversas plantas forrageiras, tanto anuais como perenes, se prestam à produção de silagem. Dentre elas, o milho tem sido a cultura mais indicada para o fornecimento de uma alimentação abundante e de alta qualidade para os animais, principalmente em função do seu alto valor energético, bom rendimento forrageiro e facilidade de cultivo, sendo ainda uma cultura que ocupa o solo por um curto período, facilitando assim a exploração desta área por outras atividades (VILLELA, 2001).
O custo de produção da silagem de milho varia com a produtividade da matéria seca (MS) e com o sistema de plantio (SCHIFLLER; GALAN, 1998). Segundo Schifller (1998), tomando por base a produtividade padrão de 15,3 toneladas de MS ha-1, o custo pode ser 70% maior quando a produtividade for de 9 toneladas MS ha-1, 27% maior para a produtividade de 12 toneladas MS ha-1 e, 15% menor para uma produtividade de 18 toneladas de MS ha-1.
No sistema de plantio direto, o custo da silagem de milho e o gasto energético são menores em relação ao plantio convencional pela diminuição das operações de preparo de solo, tendo ainda como vantagens a possibilidade de antecipar a semeadura pela eliminação de operações agrícolas que dependem da ocorrência mínima de chuvas, além do emprego de híbridos mais produtivos (GALAN, 1998). O autor relata que o plantio direto de milho para silagem não é um sistema que funciona isoladamente, mas sim um processo que considera plantio anterior de algum tipo de forrageira, como o milheto e aveia, que será colhida ou então cortada, deixando a palhada sobre o solo.
Como a silagem é o armazenamento de material verde em um meio anaeróbio (sem oxigênio), um dos princípios fundamentais de uma boa silagem é a melhor compactação possível, eliminando o máximo de ar da massa, conservando-a sempre isolada das intempéries, como sol e chuva (GÓMEZ, 1998).
Existem vários tipos de silos, que se adaptam às mais diferentes condições das propriedades, principalmente no que diz respeito ao terreno. Segundo Dourado
Neto; Fancelli (2000), dentre os vários tipos de silos, os mais importantes são os silos verticais e os silos horizontais, sendo que o mais utilizado é o silo horizontal do tipo trincheira, em função de seu baixo custo, funcionalidade e durabilidade.
De acordo com Boelter (2006) o sistema de “silo press” é um equipamento que prensa o material verde picado ou grãos úmidos armazenando-os em silos plásticos, apresentando como principal vantagem, a economia na mão-de-obra durante a operação de ensilagem, maior segurança na vedação e compactação do silo e facilidade de localização.
A máquina embutidora que realiza o processo de enchimento do silo é composta por mecanismo que ao receber o material vegetal, através de roscas sem fim, os conduz ao interior da bolsa. O controle do fluxo do material é realizado através do freio da máquina, controlando a pressão interna do silo, evitando pressões demasiadas, que estique o plástico, comprometendo a sua impermeabilidade, e a ocorrência de bolsas de ar que compromete a qualidade da silagem armazenada (MALINARICH, 2003).
4.3.1 Silagem de planta inteira
A silagem de planta inteira é uma das formas mais antiga e conhecida, comumente utilizada para armazenar alimento para os animais, promovendo na propriedade um sistema estável de produção animal. Esta modalidade de silagem consiste em cortar e picar a planta inteira de milho, na altura de 20 centímetros do solo, com a posterior compactação e vedação do local de conservação (GALAN, 1998).
Segundo Dourado Neto; Fancelli (2000), a produção de silagem de qualidade exige competência técnica, planejamento, decisões seguras e atenção aos detalhes, assim, o sucesso da atividade depende de alguns fatores como: escolha do híbrido (teor de matéria seca em toda planta), população e distribuição espacial de plantas, ponto adequado de colheita, tamanho da partícula, compactação e vedação do silo, forma e velocidade de enchimento dos silos, número de colhedoras bem como a capacidade disponível de colheita, número e capacidade de carretas e tratores, distância da área de produção até os silos, altura de corte e disponibilidade e qualificação de mão de obra.
O uso de cultivares modernas de milho mais produtivas e adaptadas às condições locais tem sido apontado como responsável pelos maiores ganhos obtidos em produtividade. A escolha do híbrido de milho para a produção de silagem tem, por objetivo, a obtenção de um produto economicamente viável e de alta qualidade. Características como, alta relação grãos/massa verde, manejo adequado da adubação e época de corte, propicia maior produção de matéria seca e maior produção de grãos, implicando numa silagem nutricionalmente mais rica, digestível e com menor teor de fibra (MELO, 1999).
Na escolha de um híbrido de milho para produção de silagem, esse deve apresentar alta porcentagem de grãos e, por conseguinte, de espigas na massa verde (NUSSIO, 1990). Além desse parâmetro, devem ser consideradas na avaliação do valor nutritivo da silagem as porcentagens de proteína, de fibra e a digestibilidade da matéria seca.
O momento de corte das plantas de milho para a silagem está relacionado com o momento em que a planta apresenta alto rendimento de matéria seca, alto nível de proteína e baixo teor de fibra (GALAN, 1998). O teor de matéria seca deve estar entre 33 e 37%, que deverá ocorrer no ponto em que os grãos estiverem no estádio farináceo-duro, começando a apresentar conformação “dentada” (DOURADO NETO; FANCELLI, 2000). Os autores ainda afirmam que nesta fase ocorre um decréscimo na produção de matéria verde com aumento significativo na produção de matéria seca, a qualidade da fermentação é maximizada e o consumo voluntário dos animais é aumentado significativamente.
O corte efetuado com teores de matéria seca acima de 37% não é recomendável, pois as folhas encontram-se com baixos teores de água acarretando maiores perdas durante o corte, além do fato de dificultar a compactação e a eliminação do ar da massa do silo (NUSSIO, 1990). Por outro lado, quando o corte é efetuado com teores de matéria seca abaixo de 33%, a planta está em estádio desfavorável para ser ensilada, principalmente pela umidade presente e pela presença de grãos imaturos na qual resulta em volumoso com alto conteúdo de fibra e baixo teor de amido, em função da grande proporção de parte vegetativa em relação ao amido presente nos grãos.
4.3.2 Silagem de grão úmido
A silagem de grão úmido de milho foi introduzida no país no início da década de oitenta na região de Castro - PR, inicialmente na alimentação de suínos e posteriormente em bovinos, principalmente em rebanho leiteiro (KRAMER; VOORSLUSYS, 1991).
Segundo Yano (2005), a utilização de silagem de grãos úmidos na alimentação animal tem proporcionado a difusão nas atividades de suinocultura e bovinocultura de leite e corte, por apresentarem resultados satisfatórios, com eficiência na conversão alimentar e precocidade no abate dos animais. Segundo Costa (2001), a conservação de grãos úmidos de milho na forma de silagens proporciona antecipação na colheita em três a quatro semanas, o que permite antecipar a implantação de outra cultura na área, maximizando o uso da terra. Além disso, a colheita antecipada reduz substancialmente as perdas quantitativas, pelo menor tombamento de plantas e qualitativas, pelo ataque de pássaros, fungos e insetos (BIAGI, 1996).
A silagem de grão úmido pode ser considerada como um dos métodos mais baratos de conservação de alimentos e tem como objetivo reduzir as perdas no campo, na colheita e estocagem, otimizar o valor nutritivo, reduzir gastos com combustível e mão-de-obra e aumentar a capacidade de armazenamento (DOURADO NETO; FANCELLI, 2000). Porém, podem ocorrer problemas ocasionando grandes perdas em decorrência do tipo de silo utilizado e da necessidade de maquinário equipado com processadores.
Embora a técnica de preservação de grãos pela ensilagem tenha sido introduzida no Brasil no início da década de 80, o número de pesquisas sobre o assunto é limitado. LOPES et al. (1999 b) conduziram os primeiros trabalhos sobre a silagem de grãos úmidos de milho para suínos, quando comprovaram o grande potencial na alimentação de leitões e animais em crescimento e terminação.
No aspecto nutricional, a silagem de grãos úmidos (S.G.U.) representa uma alternativa promissora, tanto técnica como economicamente, que vem recebendo merecido destaque nas pesquisas científicas. No Brasil, a realização de estudos com S.G.U. tem se justificado em função da qualidade deste alimento, obtendo-se melhor digestão enzimática do amido pelo animal, com efeitos positivos nos indicadores de desempenho das
principais criações em que é utilizado. Soma-se a isso, a possibilidade de reduzir custos do processamento da pós-colheita (grão seco para ração), ainda diminuindo perdas qualitativas e quantitativas, além de permitir a antecipação da colheita (COSTA, 2001).
Biagi (1996) relata que as silagens de grãos de cereais são excelentes alimentos para os animais, principalmente para os suínos, pois diminuem os custos de produção e têm ótima aceitabilidade devido a sua alta palatabilidade. Numa comparação entre silagem de grãos úmidos de milho com milho seco, encontrou-se maior eficiência da conservação alimentar e maior ganho diário de peso dos animais alimentados com a silagem, concluindo que a silagem de grãos úmidos de milho pode ser utilizada com sucesso para suínos em fase de terminação.
A adoção deste processo proporciona as seguintes vantagens: ausência de custos na secagem; redução no custo de transporte para a indústria e o retorno do milho na forma de ração para a propriedade; redução no custo de armazenamento; menores perdas decorrentes ao ataque de roedores, traças, carunchos e fungos; melhor digestibilidade quando comparado com grão seco de milho e maior período de armazenamento sem que haja altas perdas do valor nutricional.
Segundo Pionner (2002), a escolha do híbrido para silagem de grão úmido deve conter algumas características como elevado valor nutricional, principalmente em proteína e óleo, podendo desta maneira o animal expressar seu potencial produtivo com ganho de peso na produção de carne e leite.
Na confecção da silagem, os grãos de milho devem ser moídos para facilitar a compactação, condição necessária para garantir boa qualidade ao produto final. Além disso, a moagem e a ensilagem são métodos de processamento que visam aumentar o aproveitamento dos nutrientes presentes nos grãos.
A granulometria da moagem dependerá da espécie ou da categoria de animais que se pretende alimentar e do teor de água do grão. A moagem deve ser feita imediatamente após a colheita e todo o grão colhido, preferencialmente, deve ser moído e compactado no mesmo dia, visando um produto de alta qualidade. Quanto mais úmido os grãos de milho, maior pode ser a granulometria e, à medida que há uma redução no conteúdo de água, deve-se reduzir o tamanho das partículas, evitando possíveis efeitos negativos na compactação, fermentação e conseqüentemente no produto final (PIONNER, 2002).
Conforme Pionner (2002), a moagem pode ser realizada utilizando todos os tipos de moinhos existentes no mercado ou até ensiladoras de milho adaptadas para quebrar os grãos, desde que atenda às necessidades de capacidade de moagem (kg h-1) e o
tamanho de partículas, dependendo da espécie e categoria dos animais. Outra forma de preparar os grãos para ensilar é o processo de laminar ou amassar, que consiste em amassá-los entre cilindros com distância pré-determinada, de forma que seja rompida a estrutura dos grãos.
De acordo com Soderlund (1997), os processos fermentativos que ocorrem na silagem de grãos úmidos são semelhantes aos que ocorrem em outras silagens e podem ser afetados pelo nível de oxigênio, nível de carboidratos fermentecíveis, umidade e população microbiana.
Durante o processo de ensilagem, após o enchimento e a vedação do silo, ocorre uma primeira fase bastante curta (8 a 15 h), onde todas as espécies de microorganismos presentes na massa ensilada se proliferam (GOUET; COLL, 1972; citados por GOUET, 1989). O aumento de temperatura, a umidade resultante da plasmólise e da respiração, a liberação de nutrientes prontamente fermentáveis, a anaerobiose ainda insuficiente e o pH próximo da neutralidade propicia o desenvolvimento de bactérias aeróbias restritas e anaeróbias facultativas. As bactérias aeróbias (Flavobacterium, Achmobacter, Pseudomonas) desaparecem logo no segundo dia, enquanto que os coliformes podem crescer até o final da primeira semana, caso o meio não se acidifique rapidamente. Simultaneamente, os estreptococos e lactobacilos se multiplicam durante dois a seis dias, sendo que os estreptococos são os primeiros a desaparecer devido à queda do pH (GOUET, 1989).
A colheita dos grãos de milho para ensilagem deve ser realizada logo após a maturidade fisiológica, quando os grãos apresentam teor de água ao redor de 28%, na amplitude de 25% a 30% (COSTA et al., 1999). Goodrich et al. (1975) observaram que o aumento no teor de água de 21,5; 27,5 e 33,1% nos grãos de milho reidratados favorecem as perdas de matéria seca (2,7; 3,7 e 5,6%, respectivamente) e podem alterar significativamente os valores de nitrogênio e a fração dos carboidratos solúveis da silagem.
A maturação fisiológica do milho ocorre quando cessa a translocação de nutrientes da planta para os grãos, ocasião em que apresentam teores máximos de amido,
proteínas e óleo. Na prática, é determinada pelo surgimento da camada preta na base dos grãos (COSTA et al. 1999).
Em experimento de desempenho com leitões (8,40 aos 29,50 kg), Lopes et al. (1999a) compararam rações à base de milho seco ou silagem de grãos úmidos de milho, observando diferenças a favor da silagem de grãos úmidos para ganho diário de peso e conversão alimentar. Melhores resultados de conversão alimentar também foram observados em suínos nas fases de crescimento e terminação, alimentados com rações contendo silagem em relação àqueles que receberam rações com milho seco (LOPES et. al., 1999b).
Conforme Costa (2001), a desvantagem da silagem de grãos úmidos de milho, é de não possuir flexibilidade de comercialização, em relação aos grãos secos. Além disso, os silos devem ser adequadamente dimensionados para evitar perdas após abertura, uma vez que Jobim et al. (1999) concluíram pelo rápido desenvolvimento de microorganismos na superfície da silagem, que as silagens de grãos úmidos de milho e de espigas se caracterizam como sujeitas a rápidas deteriorações superficiais sem, no entanto, prejudicar as camadas mais profundas do silo, pela alta densidade destes materiais.
4.4 Demanda energética
Segundo Green et al. (1985) com a elevação dos custos de produção e a queda dos preços dos produtos agrícolas no mercado, os agricultores têm almejado obter mecanismos eficientes com baixos custos de produção, destacando-se o uso de máquinas agrícolas adequadas ao conjunto trator-máquina agrícola durante o manejo e operação do solo.
Uma parcela considerável dos custos de produção agrícola refere-se à utilização de máquinas e implementos agrícolas, especialmente no que diz respeito a uma das principais unidades de potência da agricultura, o trator agrícola. A otimização de seu desempenho global e, mais especificamente, a melhor utilização do potencial de seu motor, reduzindo-se o consumo de combustível, que por ser um dos fatores importantes na redução de custos de produção, torna-se um requisito fundamental (SILVA, 1997 a).
O monitoramento do desempenho do trator tem sido do interesse de pesquisadores há várias décadas, tendo como principal objetivo a otimização do desempenho
para aumentar a eficiência do combustível de modo que produza máxima quantidade de trabalho por unidade consumida. Os tratores agrícolas têm seu desempenho avaliado pela potência na TDP, do coeficiente e da eficiência de tração da patinagem das rodas motrizes e do consumo de combustível (MIALHE, 1996).
Segundo Silva (1997 a), o objetivo da instrumentação de máquinas agrícolas para a realização de ensaio de campo é gerar informações através dos transdutores instalados nas máquinas e implementos, proporcionando o conhecimento de parâmetros que possibilitam dimensionar e racionalizar o uso de conjuntos motomecanizados na agricultura, em condições brasileiras e regionais dentro do país, possibilitando-se a comparação destes resultados com aqueles de ensaios de laboratório e os obtidos em outros países.
Segundo Garcia et al. (2005), é importante conhecer a capacidade da máquina a fim de selecionar a potência e os equipamentos que desempenharão as operações agrícolas em tempo hábil, evitando, dessa forma, custos adicionais com máquinas superdimensionadas, comum nas propriedades agrícolas.
Com a determinação de força de tração, muitos parâmetros são avaliados com o objetivo de minimizar as perdas de potência desde o motor até a barra de tração e, com isso, conseguir o menor esforço de tração com máximo rendimento operacional, reduzindo, portanto, os custos operacionais de produção (SILVA, 1997 a).
A necessidade de se reduzirem os grãos proporcionando uma ampla gama de módulos de finura implica, necessariamente, em consumos diferenciados de energia de acionamento dos equipamentos de moagem, os quais, na maioria das vezes, têm se caracterizado por um superdimensionamento (CONCEIÇÃO, 1984).
Piedade Jr et al. (1980), estudando o processamento de milho em moinhos a martelos, observaram que o consumo de energia nas diversas peneiras variou até 240%, fato que não ficaria caracterizado se a energia considerada fosse apenas a ativa.
De acordo com Conceição (1984), a energia gasta na redução da partícula é decorrente do grau de dureza, da pelicula de cada produto e que as características de moagem de qualquer grão triturado podem ser representadas por dois parâmetros, capacidade de moagem e distribuição dos módulos.
Mendonça (1990), avaliando o consumo de energia elétrica no processo de moagem de sorgo e soja, verificou uma variação de consumo de energia de 79,04
a 3,43 kWh por tonelada de grãos. Esta variação de consumo foi motivada pelas diferentes peneiras utilizadas no processo.
A maior parte da energia consumida nos sistemas agrícolas localiza-se nos procedimentos de secagem e armazenamento de grãos, onde pode corresponder a aproximadamente, 50% do total consumido. A otimização do uso da energia em processos agrícolas, em especial na secagem de grãos, depende do tipo de sistema de secagem e dos manejos adotados (LOPES, et al. 2000). Os autores ainda relatam que a capacidade de colheita e a dos equipamentos de secagem são parâmetros importantes para a economia de energia, visto que a demora ou rapidez da colheita levará grãos com maiores ou menores teores de água e, se a capacidade de secagem for inferior à da colheita, implicará custos adicionais com energia para manutenção de grão úmido, sob aeração em “silos pulmões” e com possível início de deterioração do produto.
O uso de secagem artificial requer maior produção para cobrir seu alto custo devido ao grande gasto de energia para a secagem, principalmente se o material colhido estiver com alto teor de água (GUISCEM, 1997). Segundo Barros et al. (1991), a operação de secagem é um fator importante no custo final, principalmente em regiões onde as condições ambientais exigem uma colheita antecipada.
Weber (1995) cita que a secagem artificial apresenta as vantagens de permitir o processamento de secagem com qualquer tipo de condições ambientais, permitir programação no processo de colheita, operar com maiores capacidades reduzindo o tempo de processamento.
Segundo Silva (1997 b), apesar da disponibilidade de sistemas, máquinas e equipamentos sofisticados, a secagem continua sendo uma operação crítica nas etapas de pré-processamento de grãos que, em muitos casos, chega a consumir cerca de 60% do total de energia utilizada na produção.
A eficiência energética média dos secadores mecânicos é da ordem de 40%, uma vez que o ar sai do secador ainda aquecido, com grande parte de energia perdendo-se pelas paredes dos dutos, que não dispõem de isolamento (MORAES et al., 1999). Os autores relatam que a seleção apropriada de um sistema de secagem requer uma análise prévia das necessidades energéticas, sendo que as principais são nos processos de secagem, na forma de energia térmica necessária para a evaporação da água, energia mecânica para a
movimentação do ar através das camadas do produto e pelos diferentes elementos mecânicos do sistema de secagem.
Segundo Lopes et al. (2000), a energia necessária para secar uma tonelada de milho de 18% para 13% de teor de água (umidade de armazenamento) é de 39 kWh, ao passo que a quantidade de energia para secá-lo de 28% para 13% passa para 115 kWh, não considerando o rendimento do secador e os gastos com a movimentação do ar.
A secagem de milho a altas temperaturas requer entre 4,5 e 8 MJ kg-1 de água removida, enquanto a secagem a temperatura ambiente ou a baixa temperatura, requer entre 3,25 e 3,75 MJ kg-1 de água removida dos grãos, em função das características do sistema de secagem (GUNASEKARAN, 2002).
Groff (2001), citado por Ribeiro (2005), tratando das questões energéticas na secagem de grãos, aponta dados de consumo de secadores a altas temperaturas entre 3,9 e 6,3 MJ kg-1 de água evaporada nos secadores produzidos atualmente no Brasil, o
que leva a um custo médio de US$ 0,25 por tonelada, com energia elétrica e US$ 0,90 por tonelada com combustível.
5 MATERIALEMÉTODOS
5.1 Material
5.1.1 Áreas experimentais
O ensaio foi conduzido no ano agrícola 2005/2006, na Fazenda Experimental Lageado, pertencente à Faculdade de Ciências Agronômicas – UNESP, localizada no município de Botucatu - SP, região centro oeste do Estado de São Paulo, tendo como coordenadas geográficas Latitude 22° 51’ S e Longitude 48° 26’ W de Greenwich, altitude média de 770 metros, declividade média de 4,5% e clima subtropical chuvoso, apresentando inverno seco, tipo Cfa, de acordo com o critério de Köeppen.
O processo de ensilagem foi conduzido na Fazenda Experimental Lageado, nas instalações pertencente à Faculdade de Medicina Veterinária e Zootecnia – UNESP – Campus de Botucatu – SP.
O solo da área experimental foi classificado como NITOSSOLO VERMELHO distroférrico (EMBRAPA, 1999). A área experimental esta sendo conduzida no sistema de plantio direto desde 1997 com as culturas do milho ou soja nas safras de verão e as culturas da aveia preta (Avena strigosa Schreb) ou triticale (Triticum turgidocereale) nas safras de outono/inverno. Após a colheita da soja 2004/2005, implantou-se a cultura do triticale, o qual após a colheita das plantas existentes na área realizou-se a dessecação por meio de herbicida para instalação do experimento.
Para a caracterização das propriedades química e física do solo, foram coletadas amostras antes de iniciar a implantação do experimento, em três pontos ao acaso nas profundidades de 0 a 0,20 m. As amostras foram encaminhadas ao laboratório do Departamento de Recursos Naturais/Ciência do Solo da Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP/Botucatu, para a análise química do solo, de acordo com a metodologia de Raij; Quaggio (1983), os resultados são apresentados nas Tabelas 1 e 2.
Tabela 1: Análise química do solo da área experimental na camada de 0 – 0,20 m.
pH M.O. P resina H+AL K Ca Mg SB CTC V
CaCl2 g.dm-3 Mg dm-3 mmolc.dm-3 %
5,3 26 18 31 2,4 46 16 64 96 67
Tabela 2. Análise granulométrica do solo da área experimental na camada de 0 – 0,20 m.
Frações % Areia 13
Silte 12 Argila 75
Para a determinação da resistência do solo à penetração, foi utilizado um penetrógrafo marca Soilcontrol, modelo SC-60, com profundidade máxima de 600 mm e resistência máxima admissível de 76 MPa, haste com cone padrão “American Society of Agricultural Engineering” (1996), ângulo de 30º, área basal de 130 mm2 e
cartões padronizados para registro dos dados. Fez-se, aleatoriamente, dez amostragens na área total antes da instalação da cultura do milho.
Posteriormente, procedeu-se a obtenção dos valores da resistência do solo à penetração nos gráficos para as profundidades de 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 e 45 cm, os quais foram expressos em kPa, conforme a Figura 1.
Figura 1. Média da resistência a penetração do solo, antes da semeadura do milho. Prof. Teor de água
(cm) (g kg-1) 0 -10 26,68 10 – 20 26,55 20 – 30 26,58 30 – 40 26,97
Para determinação da porcentagem de cobertura vegetal do solo, seguiu-se a metodologia de Laflen et al. (1981), utilizando-se cordão de plástico de 15 m de comprimento com marcação a cada 0,15m.
5.1.5 Dados climatológicos
As condições climatológicas foram consideradas adequadas para a região, durante a realização do ensaio, uma vez que não ocorreu deficiência hídrica nos períodos da semeadura, e florescimento da cultura do milho, período estes considerados os pontos críticos para queda de produtividade durante o desenvolvimento da cultura, os resultados das médias mensais de precipitação e temperatura são apresentados na Figura 2.
Figura 2. Médias mensais de precipitação pluvial (mm) e temperatura (ºC) no ano 2005/2006. Fonte: NEAR - Núcleo de Estudos de Energias Alternativas e Renováveis – FCA/UNESP – Botucatu.
5.1.6.1 Tratores
Foram utilizados para a condução do experimento:
- Trator de marca Massey Ferguson, modelo MF 283, tração dianteira auxiliar (4x2 TDA), com potência de 63,2 kW (86 cv) no motor, rotação da TDP de 540 a 1900 rpm, para a realização das operações de pulverização, adubação de cobertura e ensilagem do milho;
- Trator de marca Massey Ferguson, modelo MF 610, tração dianteira auxiliar (4x2 TDA), com potência de 63,2 kW (86 cv) no motor, rotação da TDP de 540 a 1900 rpm, para a realização da colheita das plantas de milho com colhedora de forragem;
- Trator de marca John Deere, modelo 6600 com tração dianteira auxiliar (4x2 TDA), com potência de 89 kW (121 cv) no motor, rotação TDP de 540 rpm a 2100 rpm, para a realização da semeadura.
5.1.6.2 Equipamentos agrícolas
- Colhedora autopropelida de grãos, marca Massey Ferguson, modelo MF 3640, tração traseira auxiliar, com potência de 95,6 kW (130 cv) no motor, capacidade do tanque graneleiro de 4500 litros, composta por picador e distribuidor de palha;
- Pulverizador de barras, marca Jacto, modelo Condor, montado, capacidade de 600 L, barra de 12 m de comprimento, provida de 24 pontas do tipo leque modelo DG 110-03, espaçadas de 0,50 m;
- Semeadora – adubadora, marca Marchesan, modelo PST2, de arrasto, acionamento por controle remoto com 4 unidades de semeadura espaçadas de 0,86 m, provida de discos de corte lisos frontais, mecanismo dosador de sementes tipo disco
fertilizantes e sementes, rodas controladoras de profundidade e roda compactadora em “V”; - Cultivador – adubadora para aplicação de fertilizantes em cobertura para plantio direto montado, marca Marchesan, modelo CPD-4/2, largura de chassi 2,3 m com 4 discos duplos desencontrados de diâmetro 13”x 15” e 3 caixas adubadoras com capacidade total de 330 litros;
- Colhedora de forragem, marca JF Máquinas, modelo JF92 Z10, montada, provida de 10 facas no rotor, com acionamento da bica mecânica (manual), recolhimento através de 4 rolos recolhedores conforme a figura 3;
- Ensiladora marca Boelter, modelo Silo Press SP20, com acessórios para grãos e forragem, sistema de compactação por rosca sem fim, rendimento de 15 – 30 t h-1 com alimentação continua, plástico de diâmetro de 1,50 m, conforme as figuras 4, 5 e 6;
- Trilhadora estacionária de grãos marca Nux, modelo BC-30 Junior;
- Carreta basculante marca Stara, modelo Reboke 5000, com capacidade de 5,0 m³ com basculamento e capacidade de carga de 4,6 toneladas;
- Carreta agrícola marca Casa Grande, modelo 4 rodas, com capacidade de 6 toneladas.
Figura 3. Colhedora de forragem utilizada no experimento.
Figura 5. Ensiladora com acessório para grãos.
5.1.7.1 Fertilizantes
A adubação de base nos sulcos de semeadura foi calculada de acordo com as características químicas do solo (Tabela 1) e foi constituída de 310 kg ha-1 da fórmula 08-28-16. Na adubação de cobertura utilizou-se 200 kg ha-1 de uréia, realizada aos 25 dias após a semeadura, quando as plantas apresentavam de 4 a 7 folhas totalmente desdobradas.
5.1.7.2 Sementes
Foram utilizadas sementes de milho híbrido DKB 466, material este pertencente à empresa Dekalb, com poder germinativo de 93%e 99% de pureza, semeado com espaçamento de 0,86 m entre linhas e visando uma população final de aproximadamente 60.000 plantas ha-1.
5.1.7.3 Defensivos agrícolas
Os defensivos agrícolas utilizados estão apresentados na Tabela 3, conforme as recomendações técnicas específicas dos produtos e o grau de infestação de pragas e plantas invasoras que surgiram durante a instalação e condução do experimento.
Produto Finalidade Dose (p.c.) - Roundup – WG (sal de amônio
Glyfosate 720 g kg-1)
Herbicida dessecante 2,0 kg ha-1
- Atranex 500 SC (Atrazina 500 g L-1) Herbicida pré e pós emergente 5,0 L ha-1 - Sanson 40 SC (Nicosulfuron 40 g L-1) Herbicida pós emergente 0,5 L ha-1 - Tracer (Spinosad 480 g kg-1) Inseticida sistêmico 0,05 L ha-1
5.1.8 Características agronômicas da cultura do milho
Para determinação do diâmetro de colmo foi utilizado um paquímetro digital de precisão de 0,1 milímetros. Para medição da altura de inserção da primeira espiga e altura de plantas, foi utilizada uma régua graduada em centímetros.
5.1.9 Demanda energética
5.1.9.1 Sistema de aquisição de dados
Para a coleta de dados de força média na barra, torque na TDP, rotação na TDP, velocidade de deslocamento e consumo horário de combustível, foi utilizado o equipamento “micrologger 21X, marca Campbell Scientific”, para monitorar os dados provenientes dos sinais gerados pelos geradores de impulsos (sinal de pulso – consumo de combustível e rotação da tomada de potência do trator) e pela célula de carga e torciômetro (sinal analógico).
Para a gravação e armazenamento dos dados foi utilizado um módulo de armazenamento externo “Storage module SM 196”.
Foi utilizado um fluxômetro, marca “Flowmate oval”, modelo Oval M-III, com precisão de 0,01 mL. Este fluxômetro gera uma unidade de pulso a cada mL de combustível consumido pelo trator, o qual foi registrado no sistema de aquisição de dados, conforme a figura 7.
Figura 7. Fluxômetro instalado no trator para determinação do consumo de combustível. Acoplamento ao sistema de aquisição de dados (1), fluxômetro (2) e filtro de combustível (3).
5.1.9.3 Determinação da força de tração na barra
Para a determinação da força de tração na barra nas operações de semeadura, transporte com carretas e no sistema de comboio, utilizou-se uma célula de carga de marca Sodmex, modelo N-400, com capacidade de 50 kN e sensibilidade de 2,001 mV V-1, instalada numa estrutura metálica “berço” entre o trator e o conjunto tracionado, conforme a figura 8.
Figura 8. Conjunto para ensaio de força de tração na barra. Suporte metálico “berço” (1) e célula de carga (2).
5.1.9.4 Determinação do torque na tomada de potência (TDP)
Foi utilizado um torciômetro marca Sodmex, modelo MT-202, de extensômetros de resistência elétrica, com escala nominal de 0 a 3000 Nm, com sensibilidade de 1,994 MV V-1, alimentação de 10 Vcc.
Para possibilitar o acoplamento do torciômetro entre o eixo da TDP do trator e o eixo cardan dos implementos e, também, para que o torciômetro permanecesse na horizontal, foi utilizada uma base, descrito por Silva (1997 a), conforme a figura 9.
5.1.9.5 Determinação da rotação na tomada de potência (TDP)
Para a determinação da rotação foi utilizado um sensor fotoelétrico mecânico, constituído de fotocélulas, disco ranhurado com 60 ranhuras, indicador instantâneo de rotação, integrador de rotação e cronômetro conjugado, possibilitando indicação da rotação na forma instantânea e integrada.
Figura 9. Conjunto para ensaio de torque na TDP. Torciômetro (1), sensor de rotação (2), roda dentada (3) e mesa de suporte do conjunto torciométrico (4).
5.2 Métodos
5.2.1 Delineamento experimental
O delineamento experimental utilizado foi em blocos ao acaso com parcelas subdivididas no tempo (três épocas de colheita: silagem de planta inteira, silagem de grãos úmidos e colheita de grãos secos), com 10 repetições. Cada parcela experimental possuía 50 m de comprimento e 10 m de largura, perfazendo uma área de 500 m².
5.2.2 Descrição dos tratamentos
Os tratamentos estavam relacionados a época de colheita da cultura do milho, sendo divididos da seguinte forma: silagem de planta inteira (cento e treze dias após a emergência), silagem de grão úmido (cento e quarenta e sete dias após a emergência) e colheita de grãos secos (cento e setenta dias após a emergência).
