Printer Friendly

Recommendation for mechanical harvesting of coffee based on vibration behavior settings rods harvesters/ Recomendacao para colheita mecanica do cafe baseado no comportamento de vibracao das hastes derricadoras.

INTRODUCAO

A cafeicultura se destaca mundialmente pela sua importancia socioeconomica nos mais diversos setores, direta ou indiretamente. Ela e fonte de renda para os cafeicultores, esta presente na mesa como produto para consumo domestico, estimula o comercio nas cafeterias de muitos paises, movimenta o mercado de transportes em decorrencia da sua logistica de distribuicao, gera emprego nas fazendas, armazens, industrias de maquinas e equipamentos, nos portos e tambem esta inserida nos mercados de produtos farmaceuticos e cosmeticos.

Juntamente com a demanda pelo produto, a necessidade de producao tambem cresce. A utilizacao da mecanizacao na agricultura e um caminho para o agricultor se manter na atividade e atender a demanda, como e o caso do processo de colheita do cafe (Coffea arabica L.) que, segundo SANTINATO et al. (2014), e um processo oneroso que demanda elevado custo com mao de obra, a qual esta cada vez mais escassa. Sobre esse aspecto, a mecanizacao das operacoes de cultivo e colheita assume um papel que vem dando folego aos cafeicultores nestas epocas de crise, por meio da reducao dos custos operacionais (SILVA et al., 2014).

O uso da mecanizacao agricola nas diversas operacoes de campo e uma das grandes ferramentas que impulsionou o aumento da producao mundial de graos, trazendo aos produtores rurais diversos beneficios, dentre os quais se destacam a reducao de custos e a rapidez na realizacao das operacoes de campo (OLIVEIRA et al., 2007a). O sistema de colheita mecanizada, segundo KASHIMA (1990), SILVA et al. (2000) e OLIVEIRA et al. (2007b) apresenta menor custo operacional e melhor qualidade dos frutos na cultura cafeeira, comparativamente ao sistema manual.

Segundo CASSIA et al. (2013), a colheita mecanizada de cafe se destaca como um dos principais avancos tecnologicos em beneficio dos produtores, porem, problemas com planejamento no plantio e desenvolvimento da cultura, bem como falhas na regulagem da colhedora, podem acarretar em reducao na eficiencia da operacao, tornando-a mais estressante para a cultura que a colheita manual.

A colheita dos frutos do cafeeiro tem sido realizada por meio de vibracoes mecanicas. A partir da associacao de fatores como frequencia e amplitude de vibracao, pode-se transferir energia vibracional suficiente para o desprendimento dos frutos. Dessa forma, a partir do conhecimento das propriedades modais do sistema fruto-pedunculo, podem-se empregar niveis de frequencia e amplitude adequados para a realizacao da colheita seletiva ou total dos frutos (SANTOS, 2010).

GUEDES (2011) relata que, para o aperfeicoamento de maquinas destinadas a colheita do cafe e necessario o conhecimento previo de detalhes relativos as propriedades mecanicas, geometricas e dinamicas dos frutos e da planta. Afirma tambem que a realizacao de testes experimentais em laboratorio, utilizando maquinas apropriadas para analisar o comportamento do sistema fruto-pedunculo-ramo pode auxiliar o dimensionamento e o projeto de maquinas de colheita.

Assim como e importante na maioria dos estudos apresentados sobre colheita mecanica do cafe por vibracao, o estudo da frequencia, da amplitude, da regulagem do freio dos cilindros vibradores, das forcas de desprendimento dos frutos e das propriedades mecanicas, geometricas e dinamicas dos frutos, e tambem necessario um maior estudo e conhecimento do comportamento dinamico dos componentes mecanicos responsaveis pela transmissao da vibracao aos frutos do cafe, como, por exemplo, a frequencia e amplitude de vibracao das hastes vibratorias das colhedoras. O ajuste adequado de frequencia e amplitude de vibracao das hastes das colhedoras pode levar a uma melhor eficiencia de colheita, reduzir os custos com repasse, possibilitar uma melhor colheita seletiva e danificar menos as plantas, reduzindo, portanto, os custos do processo de colheita.

O conhecimento do melhor ajuste das maquinas para a colheita do cafe beneficia aos cafeicultores e as industrias de maquinas agricolas. Os cafeicultores terao uma melhor recomendacao de regulagem dos sistemas de derrica, de acordo com o objetivo da colheita. As industrias de maquinas agricolas terao como base essas informacoes para a confeccao de seus projetos, visando maquinas mais eficientes e detalhando melhor essas informacoes de regulagens nos manuais das maquinas.

SALES (2011), avaliando a influencia da regulagem do torque dos cilindros vibradores na eficiencia de derrica do cafe e na desfolha das plantas, concluiu que a maior eficiencia de derrica foi obtida com regulagens de 42,89N.m (8kgf) de torque nos cilindros, velocidade operacional de 1,6km [h.sup.-1] e vibracao de 15,8hz (950 ciclos [min.sup.-1]).

Com base nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo a recomendacao de regulagem dos sistemas de derrica de uma colhedora de cafe, baseando-se no comportamento dinamico das hastes derricadoras atraves da coleta e analise dos sinais de vibracao das hastes. Uma das inovacoes do trabalho que vale destacar e o uso de prototipagem eletronica de hardware livre na montagem do experimento.

MATERIAL E METODOS

Os ensaios foram desenvolvidos no Departamento de Engenharia, setor de Maquinas e Mecanizacao Agricola da Universidade Federal de Lavras, Lavras, Minas Gerais, Brasil. Utilizou-se neste trabalho uma colhedora de cafe automotriz, modelo K-3 Advance, fabricada pela empresa Maquinas Agricolas Jacto S/A. Os tratamentos utilizados na coleta de dados foram:

a) tres frequencias de vibracao do cilindro, sendo 750; 850 e 950 ciclos min-1, correspondendo a 12,5; 14,2 e 15,8hz, respectivamente;

b) tres comprimentos de hastes (de 13mm de diametro) por cilindro (Figura 1a):

1a a 15a flange: hastes de 570mm; 16a a 30a flange: hastes de 600mm; 31a.bar a 36a flange: hastes de 640mm.

c) tres regulagens no freio do cilindro oscilador: 8, 10 e 12kgf, o que correspondem aos torques de 42,89; 53,61 e 64,33N.m, respectivamente.

A variavel resposta estudada neste trabalho foi o deslocamento vertical e horizontal realizado pelas hastes demcadoras. Os sinais de vibracao foram coletados em aceleracao (m [s.sup.-2]), utilizando um sensor capacitivo (acelerometro tri-axial, modelo MMA7361) e um microcontrolador Arduino e, em seguida, armazenados em planilhas eletronicas. Com auxilio do software Matlab [R], os sinais foram convertidos em deslocamento seguindo a Nota de Aplicacao de Acelerometros--AN3397 (FREESCALE, 2007). Em seguida, os resultados de deslocamento foram submetidos a analise estatistica por meio do software SISVAR, versao 5.3 (FERREIRA, 2000). O delineamento estatistico utilizado foi o inteiramente casualizado por parcelas subdivididas, obtendo um fatorial de 3x3x3x3, referente a dimensoes da haste, frequencias de vibracao do cilindro, regulagem do freio do cilindro e repeticoes, respectivamente, totalizando 81 tratamentos. Para analise, utilizou-se o teste de Tukey em nivel de 5% de significancia.

Os sinais de aceleracao foram coletados a uma frequencia de amostragem de 2.000 sinais a cada 60 segundos, com intervalo de amostragem de 0,03 segundos, o que garante a reconstrucao do sinal sem perder a informacao da frequencia de interesse, a de vibracao, de acordo com o Teorema de Nyquist.

O sensor foi fixado na ponta das hastes da [3.sup.[a.bar]], [18.sup.[a.bar]] e [34.sup.[a.bar]] flange, no sentido da base para o topo do cilindro, conforme mostra a figura 1. Os ensaios concentraramse em obter informacoes das hastes de apenas um dos cilindros, entretanto, durante os ensaios, os dois cilindros permaneceram ligados e nas mesmas condicoes de regulagem. Estes cilindros possuem os mesmos sistemas de regulagem, porem sao independentes.

Os ensaios foram realizados com a maquina parada, a fim de nao obter interferencia de vibracoes provenientes de trepidacoes, devido a irregularidade da superficie do solo e demais vibracoes causadas pelo movimento da maquina.

Para a regulagem do torque dos cilindros, adotou-se a metodologia proposta por SALES (2011), o qual recomenda, como posicao de medida para a fixacao do dinamometro, a [3.sup.[a.bar]] haste da base do cilindro e a 450mm do cilindro ate a ponta da haste.

RESULTADOS E DISCUSSAO

Analisando os resultados por meio de uma analise de variancia por parcelas subdivididas, foi verificado que eles apresentaram significancia para a interacao entre os tratamentos: Comprimento da haste, Freio e Vibracao, tanto para o deslocamento horizontal quanto para o deslocamento vertical, apresentando coeficiente de variacao de 10,74 e 12,31% respectivamente. A tabela 1 apresenta os valores medios do deslocamento horizontal das hastes de 640, 600 e 570mm de comprimento em funcao das diferentes regulagens de freio e vibracao.

Observa-se, na tabela 1, que as hastes de 640mm de comprimento apresentaram diferencas significativas sob a influencia da regulagem dos freios para as vibracoes de 750 e 950 ciclos [min.sup.-1]. Na regulagem de vibracoes do cilindro a 850 ciclos [min.sup.1], o deslocamento medio horizontal das hastes nao apresentaram diferencas significativas entre si.

Os resultados de amplitude de vibracao no sentido horizontal para as hastes de 600mm, estatisticamente nao apresentaram influencia da regulagem do freio do cilindro dentro de cada vibracao. De acordo com a tabela 1, os maiores valores medios de deslocamento horizontal das hastes ocorreram na regulagem de 750 ciclos [min.sup.-1], especificamente a 12kgf de regulagem no freio do cilindro, apresentando deslocamento medio horizontal de 158mm.

O deslocamento horizontal das hastes de 570mm sofreu influencia da regulagem do freio nas tres vibracoes do cilindro, conforme mostra tabela1. O maior deslocamento medio horizontal ocorreu na vibracao de 750 ciclos [min.sup.-1] com 12kgf no freio. Na vibracao de 950 ciclos [min.sup.-1], nao houve diferenca significativa entre as regulagens de 10 e 12kgf. Nessa mesma vibracao, o menor deslocamento horizontal ocorreu na regulagem do freio a 8kgf (Tabela 1).

A tabela 2 apresenta os valores medios do deslocamento vertical das hastes de 640, 600 e 570mm de comprimento em funcao das diferentes regulagens de freio e vibracao.

Os resultados da tabela 2 apontam maiores valores medios de deslocamento vertical das hastes de 640mm de comprimento para a vibracao de 950 ciclos [min.sup.-1] do cilindro para as tres regulagens do freio. Dentre as tres regulagens do freio, a de 10kgf e de 8kgf atingiram maiores medias de deslocamento do que a de 12kgf, nao diferindo estatisticamente entre si. Na vibracao de 850 ciclos [min.sup.-1], a influencia da regulagem do freio nao afetou o comportamento de amplitude de vibracao das hastes e, na vibracao de 750 ciclos [min.sup.1], a regulagem de 8kgf no freio tambem apresentou maior valor medio de deslocamento vertical da haste.

Pela tabela 2, fica evidente que, para as hastes de 600mm de comprimento, houve um aumento dos valores medios de deslocamento vertical a medida que se diminui o torque no freio do cilindro, independente da vibracao ao qual o cilindro foi submetido. Os maiores valores medios de deslocamento vertical dessas hastes ocorreram nas regulagens de vibracao do cilindro em 950 ciclos [min.sup.-1] e nas regulagens de torque no freio do cilindro em 10kgf e 8kgf, sendo os deslocamentos medios obtidos de 29,3mm e 32,3mm, respectivamente. Estatisticamente, nao houve diferenca significativa entre essas duas regulagens do freio. A diferenca significativa ocorreu entre a regulagem de 12kgf e as de 8kgf e 10kgf, percebendo-se que, a medida que o torque na regulagem do freio aumenta, a haste tende a vibrar com menores amplitudes verticais.

Assim como nas demais hastes ensaiadas, as hastes de 570mm de comprimento (Tabela 2) apresentaram maiores amplitudes de vibracao nas regulagens de vibracao do cilindro a 950 ciclos [min.sup.-1] e regulagem de torque nos freios em 8kgf e 10kgf, sendo os deslocamentos alcancados de 44,3mm e 45,3mm, respectivamente. Apesar de apresentarem valores diferentes, porem proximos, sao considerados estatisticamente iguais pelo teste de Tukey ao nivel de 5% de significancia. Na vibracao 750 ciclos [min.sup.-1] do cilindro, o maior deslocamento vertical medio foi alcancado na regulagem de torque do freio em 8kgf.

Baseado nos resultados da tabela 2, a colhedora apresentou maiores deslocamentos verticais das hastes na regulagem de vibracao do cilindro em 950 ciclos [min.sup.-1] e torque do freio em 8kgf e 10kgf para os tres comprimentos de hastes estudadas, porem, as hastes de 570mm obtiveram maiores amplitudes de vibracao, apresentando uma media de deslocamento vertical de 45,3mm. As hastes de 600mm e 640mm apresentaram maior deslocamento medio vertical de 32,3mm e 19,7mm, respectivamente.

As tabelas 1 e 2 mostram que as hastes de 600mm proporcionam um deslocamento maior do que as hastes de 640mm, tanto na horizontal quanto na vertical. A reducao do comprimento das hastes de 600mm para 570mm ocasionou maior deslocamento em ambos os sentidos para a maior vibracao (950 ciclos [m.sup.-1]). Nessa vibracao, as regulagens de 10 e 12kgf no freio levaram ao maior deslocamento das hastes na horizontal, enquanto que as regulagens de 8 e 10kgf levaram ao maior deslocamento na vertical.

Cumpre ressaltar que estes resultados estao em consonancia com os resultados obtidos por SALES (2011), que encontrou as maiores eficiencias de derrica tambem para a vibracao de 950 ciclos [min.sup.1], para 8 e 10kgf de regulagem no freio, atraves de experimentacao em campo, utilizando as mesmas configuracoes da colhedora.

Atualmente, e comum para a colheita mecanica do cafe, a recomendacao de hastes maiores, mais longas, induzindo que essas hastes proporcionarao uma melhor eficiencia de derrica, devido a um maior alcance das hastes com os ramos plagiotropicos da planta. Entretanto, nas condicoes em que os ensaios foram conduzidos neste trabalho, os resultados indicam maiores chances e condicoes de se obter maior area de contato das hastes com os ramos plagiotropicos da planta, por meio da obtencao de maiores deslocamentos das hastes, utilizando hastes de menores comprimentos. Espera-se que maiores deslocamentos das hastes proporcionem o aumento da transmissibilidade de vibracao e do impacto delas com os frutos, levando a melhores eficiencias de derrica, o que sera investigado em trabalhos futuros pelos autores deste trabalho.

CONCLUSAO

Com base nos resultados encontrados e na metodologia utilizada, pode-se concluir que as hastes da colhedora de cafe estudada apresentou maior deslocamento vertical quando regulada em 8 e 10kgf no freio, vibracao de 950 ciclos [min.sup.-1] e com 570mm de comprimento. Para as situacoes onde se busca menor contato das hastes com os frutos, como e o caso da colheita seletiva, os resultados apontaram para uma recomendacao da regulagem de 12kgf no freio a 750 ciclos [min.sup.-1] de vibracao com hastes de 640 ou 600mm e 10kgf no freio a 850 ciclos [min.sup.-1] de vibracao nos cilindros com hastes de 540mm. Conclui-se tambem que os resultados encontrados servem de base para uma recomendacao mais objetiva da regulagem dos sistemas de derrica, de acordo com a finalidade da colheita, podendo auxiliar na recomendacao de regulagem de colhedoras, direcionando as recomendacoes de comprimento de haste, regulagem do freio e vibracao do cilindro, servindo tambem para a pesquisa e desenvolvimento de novas colhedoras de cafe.

Vale ressaltar que, para a obtencao dos resultados apresentados, utilizou-se um prototipo eletronico de hardware livre para a coleta de dados, o que proporcionou agilidade e seguranca na transmissao e aquisicao dos sinais de vibracao em um microcomputador.

http://dx.doi.org/10.1590/0103-8478cr20141679

AGRADECIMENTOS

A Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior (CAPES), pela concessao da bolsa de Mestrado ao primeiro autor.

REFERENCIAS

CASSIA, M.T. et al. Quality of mechanized coffee harvesting in circular planting system. Ciencia Rural, v.43, n.1, p.28-34, jan. 2013. Disponivel em: <http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0103-84782013000100005&script=sci_arttext&tlng=en=true>. Acesso em: 04 mar. 2015. doi: 10.1590/S0103-84782012005000148.

FERREIRA, D.F. Analises estatisticas por meio do Sisvar para Windows versao 5.3. In: REUNIAO ANUAL DA REGIAO BRASILEIRA DA SOCIEDADE INTERNACIONAL DE BIOMETRIA, 45., 2000, Sao Carlos. Anais ... Sao Carlos: Sociedade Internacional de Biometria, 2000. p.255-258.

FREESCALE. Freescale semiconductor: application note AN3397. Disponivel em: <http://cache.freescale.com/files/sensors/doc/app_note/AN3397.pdf>. Acesso em: 3 jun. 2014a.

GUEDES, D.M. Efeito da utilizacao de frequencias de vibracao na faixa de 35 a 55 Hz sobre a eficiencia de derrica do cafe. 2011. 52f. Dissertacao (Mestrado em Engenharia Agricola)--Curso de Pos-graduacao em Engenharia Agricola, Universidade Federal de Vicosa, MG.

KASHIMA, T. A colheita mecanizada do cafe: produtos, desempenho e custos. In: CICLO DE ESTUDOS SOBRE MECANIZACAO AGRICOLA, 4., 1990, Campinas, SP. Anais ... Campinas: UNICAMP, 1990. 1 CD-ROM.

NYQUIST, H. Certain topics in telegraph transmission theory. IEEE Transactions, New York, v.47,p.617-644,1928.

OLIVEIRA, E. et al. Influencia da colheita mecanizada na producao cafeeira. Ciencia Rural, v.37, n.5, p.1466-1470, 2007a. Disponivel em: <http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0103-84782007000500041>. Acesso em: 19 nov. 2014. doi: 10.1590/S0103-84782007000500041.

OLIVEIRA, E. et al. Custos operacionais da colheita mecanizada do cafeeiro. Pesquisa Agropecuaria Brasileira, v.42, n.6, p.827-831, 2007b. Disponivel em: <http://http://www.scielo.br/pdf/pab/v42n6/v42n6a09.pdf>. Acesso em: 14 fev. 2015. doi: 10.1590/S0100204X2007000600009.

SALES, R.S. Avaliacao da regulagem do freio dos vibradores de colhedoras na eficiencia de derrica do cafe. 2011. 52f. Dissertacao (Mestrado em Engenharia Agricola). Curso de Pos-graduacao em Engenharia Agricola, Universidade Federal de Lavras, MG.

SANTINATO, F. et al. Cafe de qualidade. Cultivar Maquinas, n.138, p.10-13, 2014.

SANTOS, F.L. et al. Efeito da frequencia e amplitude de vibracao sobre a derrica de frutos de cafe. Revista Brasileira de Engenharia Agricola e Ambiental, v.14, n.4, p.425-431, 2010. Disponivel em: <http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1415-43662010000400012&script=sci_arttext>. Acesso em: 19 nov. 2014. doi: 10.1590/S1415-43662010000400012.

SILVA, F.M. et al. Mecanizacao da colheita viabiliza cafeicultor. A Granja, v.784, p.60-62, 2014. Disponivel em: <http://www.edcentaurus.com.br/materias/granja.php?id=5937>. Acesso em: 19 nov. 2014.

SILVA, F.M. et al. Custo da colheita mecanizada de cafe com colhedoras automotrizes no Sul de Minas. Engenharia na Agricultura, v.8, n.1, p.54-60, 2000. Disponivel em: <http://www.seer.ufv.br/seer/index.php/reveng/issue/>. Acesso em: 12 jun. 2011.

Luiz de Gonzaga Ferreira Junior (I) * Fabio Moreira da Silva (I) Danton Diego Ferreira (I) Ronan Souza Sales (I)

(I) Departamento de Engenharia (DEG), Universidade Federal de Lavras (UFLA), Campus Universitario, 37200-000, Lavras, MG, Brasil. E-mail: luizdgfj@gmail.com. * Autor para correspondencia.

Recebido 19.11.14 Aprovado 10.06.15 Devolvido pelo autor 06.09.15 CR-2014-1679.R1

Tabela 1--Valores medios do deslocamento horizontal das hastes.

Comprimento   Freio   Vibracao        Deslocamento
das Hastes    (kgf)   (ciclos         Horizontal
(mm)                  [min.sup.-1])   (mm)

640           12      750             52,7 a
              8       750             91,3 b
              10      750             97,3 b
              10      850             83,7 a
              8       850             90,7 a
              12      850             96,3 a
              8       950             55,3 a
              12      950             87,3 b
              10      950             112,7 c

600           10      750             144,3 a
              8       750             154,7 a
              12      750             158,0 a
              12      850             135,0 a
              10      850             139,7 a
              8       850             150,0 a
              12      950             114,0 a
              10      950             119,3 a
              8       950             127,7 a

570           10      750             66,0 a
              8       750             96,3 b
              12      750             160,3 c
              10      850             91,3 a
              8       850             106,3 b
              12      850             138,0 c
              8       950             86,7 a
              12      950             135,0 b
              10      950             143,7 b

Medias seguidas de mesma letra nao diferenciaram entre si em
nivel de 5% de significancia pelo teste de Tukey.

Tabela 2--Valores medios do deslocamento vertical das hastes.

Comprimento   das Freio     Vibracao      Deslocamento
Hastes (mm)     (kgf)        (ciclos        Vertical
                          [min.sup.-1])       (mm)

                 12            750          2,7 a
                 10            750          3,0 a
                 8             750          10,0 b
                 12            850          5,0 a
640              8             850          5,7 a
                 10            850          7,0 a
                 12            950          8,0 a
                 10            950          16,0 b
                 8             950          19,7 b
                 12            750          7,0 a
                 10            750          14,0 b
                 8             750          22,7 c
                 12            850          9,0 a
600              10            850          16,3 b
                 8             850          28,0 c
                 12            950          11,7 a
                 10            950          29,3 b
                 8             950          32,3 b
                 10            750          3,7 a
                 12            750          13,0 b
                 8             750          35,3 c
                 10            850          3,3 a
570              8             850          7,7 b
                 12            850          14,0 c
                 12            950          16,0 a
                 8             950          44,3 b
                 10            950          45,3 b

Medias seguidas de mesma letra nao diferenciaram entre si em
nivel de 5% de significancia pelo teste de Tukey.
COPYRIGHT 2016 Universidade Federal de Santa Maria
No portion of this article can be reproduced without the express written permission from the copyright holder.
Copyright 2016 Gale, Cengage Learning. All rights reserved.

Article Details
Printer friendly Cite/link Email Feedback
Title Annotation:ingenieria rural; texto en portugues
Author:de Gonzaga Ferreira, Luiz, Jr.; da Silva, Fabio Moreira; Ferreira, Danton Diego; Sales, Ronan Souza
Publication:Ciencia Rural
Date:Feb 1, 2016
Words:3368
Previous Article:Detection of Bacillus cereus isolated during ultra high temperature milk production flowchart through random amplified polymorphic DNA polymerase...
Next Article:Evaporative snout cooling system on the performance of lactating sows and their litters in a subtropical region/ Sistema de resfriamento adiabatico...
Topics:

Terms of use | Privacy policy | Copyright © 2019 Farlex, Inc. | Feedback | For webmasters