Anais do IX Seminário de Iniciação Científica, VI Jornada de Pesquisa e Pós-Graduação
e Semana Nacional de Ciência e Tecnologia
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS
19 a 21 de outubro de 2011
ANÁLISE DE EMISSÃO DE GASES, PATINAGEM, VOLUME MOBILIZADO E
CONSUMO EM UMA OPERAÇÃO AGRÍCOLA
Sanchez de Castro Lacerda1 ; Elton Fialho Reis2 ; João Paulo Barreto Cunha3
1
Estudante do Curso de Engenharia Agrícola da Universidade Estadual de Goiás / UnUCET;
E-mail: [email protected].
2
Professor Mestre e Doutor do Departamento de Engenharia Agrícola da Universidade
Estadual de Goiás orientador da pesquisa.
3
Estudante do mestrado em Engenharia Agrícola da Universidade Estadual de Goiás
colaborador da pesquisa.
INTRODUÇÃO
O surgimento do trator agrícola revolucionou os termos de produtividade, hoje dispõe
de três tipos de potência a partir de seu motor, são elas: Tomada de potência, levante
hidráulico e barra de tração. Essa última mesmo sendo menos eficiente (LILJEDAHL et al.,
1995) é a mais comum e apresenta versatilidade do trator agrícola, sua menor eficiência se
deve a patinagem em conjunto com outros fatores como tipo de solo, distribuição de peso no
rodado, geometria do trator, entre outros.
Os tratores são normalmente selecionados de acordo com as necessidades de potência
dos implementos usados em mobilização primária, como arados de discos e subsoladores, o
que conduz freqüentemente ao super-dimensionamento do trator, em relação aos implementos
usados em mobilização secundária, como a grade de discos e os cultivadores (Serrano et al.,
2000). Segundo Mantovani (1987), para que um equipamento seja utilizado racionalmente, é
necessário conhecer o sistema de manejo de solo que ele vai atender, as características
desejáveis que o solo deverá apresentar, a energia consumida e, também, a sua capacidade
efetiva de trabalho (ha/h).
Assim como a seleção do trator é importante, a verificação do melhor implemento para
tal atividade se faz, também, fundamental. Estudos de Gamero et al. (1986) analisaram o
consumo de combustível e a capacidade de campo de diferentes sistemas de preparo periódico
do solo, e observaram que a enxada rotativa é o equipamento testado que apresenta maior
eficiência de operação e menor consumo de combustível para o preparo do solo por metro
cúbico mobilizado. Já o arado é o equipamento que consome a maior quantidade de óleo
diesel por metro cúbico do solo mobilizado.
Atualmente surge a preocupação com o meio ambiente e aquecimento global, com isso
trabalhos estão sendo feitos para minimizar a emissão de gases que contribuem para o
agravamento dessas questões. A utilização de combustíveis fósseis é a mira das principais
críticas e debates. Na Europa, por exemplo, 100% dos veículos de carga pesada, e cerca de
60% dos de carga leve, incluindo os utilitários, e ainda 20% dos carros para transporte de
passageiros, o que inclui as vans, são movidos à diesel (Hammerle et al., Technical Paper
Series).
A grande vantagem das máquinas à diesel deve-se, principalmente, à eficiência do
diesel como combustível em relação à gasolina (Farrauto et al., Automotive engineering), ou
mesmo com relação a outros combustíveis simples ou misturados (Neeft et al., 1996), como o
metanol por exemplo, o que chega a apresentar uma economia relativa entre 25 a 45%
(Hunter et al., Automotive engineering).
O objetivo desse trabalho foi avaliar a patinagem, volume de solo mobilizado,
consumo do trator e emissão de gases do diesel convencional com a utilização de um arado de
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aiveca (16 cm de profundidade), em função da rotação em solo plano e levemente pedregoso e
também a geração de equações que descrevam os resultados.
MATERIAIS E MÉTODOS
O experimento foi conduzido na Universidade Estadual de Goiás. As coordenadas
geográficas da área são 17º43'19'' latitude Sul e 48º09'35'' longitude Oeste. A altitude do
município é de 1020 m e o clima regional é classificado como Cwa-Mesotérmico Úmido, com
precipitação e a temperatura média anual de 1750 mm e 25ºC, respectivamente. O solo da
área experimental é classificado como Latossolo Vermelho Escuro Eutrófico, com declividade
média de 1% e textura argilosa.
O delineamento experimental foi feito em delineamento inteiramente casualizado com
fator único, variando em quatro rotações (1800, 2000, 2200 e 2400 rpm) com doze repetições,
onde as parcelas foram constituídas por uma única profundidade de trabalho de 16
centímetros do arado de aiveca e quatro fatores analisados (Patinagem, consumo, solo
mobilizado e emissão de gases (CO2, CO, NOx, SO2)). As parcelas experimentais tinham 40
metros de comprimento, sendo o tamanho da largura variável de acordo com o implemento
utilizado. O trator dispunha de 5 metros para estabilização antes de entrar na parcela.
Para a realização dos ensaios foi utilizado um trator agrícola novo da marca New
Holland, modelo TT4030, com motor ciclo diesel, marca New Holland, com aspiração natural
4 tempos, sistema de injeção com bomba rotativa, refrigerado a água, com 4 cilindros,
cilindrada total de 3908 cm3, com potencia nominal, segundo o fabricante, de 75 cv (55,1
kW).
Com o intuito de oferecer resistência à barra de tração foi utilizado como implemento
um arado de aiveca de arraste. A escolha do implemento é pelo fato de se tratar dos
implementos que utilizaram uma maior demanda de força e por ser também muito utilizado
no preparo periódico dos solos do cerrado. A velocidade da máquina durante as operações
sofreram variações durante a variação de rotações.
Para determinação da patinagem foi feito à contagem das garras do pneu (24 garras), a
partir disso criou-se uma marca no pneu e contado quantas voltas o mesmo deu dentro da
parcela mais as garras extras forneceu o valor da patinagem através da equação IP= (DTDP/DP)*100, onde: DT= Voltas do pneu sem implemento na parcela e DP= Voltas do pneu
com implemento na parcela.
O volume mobilizado de solo foi contabilizado através de uma trena para medir a
largura de corte do arado de aiveca que multiplicado pelo comprimento da parcela e a
profundidade de corte fornecia o valor.
O consumo do combustível foi avaliado durante o deslocamento do trator/implemento
em cada parcela, sendo a leitura realizada através de um fluxômetro com leitura direta, para a
medição do combustível consumido. O consumo horário em volume de combustível foi
determinado com base no volume de combustível consumido no percurso dentro de cada
unidade experimental, conforme equação 1.
Chv = C*3,6/ t
equação (1)
Onde
Chv – Consumo horário (L h-1)
C – Volume consumo na parcela (mL);
t – Tempo percurso na parcela (s)
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Para a determinação do consumo especifico, foi utilizada a equação conforme Mialhe
(1996).
Ce = Ch/He
equação (2)
Onde
Ce = Consumo específico de combustível [g.(kW.h-1)].
Ch= Consumo horário de combustível (g.h-1)
He= Potencia efetiva (kW)
A análise e a determinação do gás emitido pelo motor serão realizadas de acordo com
as normas ABNT MB 1615, referente à delimitação dos gases emitidos por motor diesel –
medição do teor de fuligem com amostrador por elemento filtrante, como também a NBR
14489, referente à análise e determinação dos gases e do material particulado emitidos por
motores ciclo diesel – ciclo 13 ponto.
Para a realização do experimento será utilizado um monitor ambiental de combustão e
de emissão da marca Kane, modelo 940 portátil, onde o mesmo será acoplado ao trator,
permitindo a aquisição dos dados. O equipamento que será utilizado consegue analisar
simultaneamente oito parâmetros (O2, CO, CO2, NO, NOx, SO2, temperatura e pressão)
permitindo calcular a eficiência de combustão do motor como também a emissão de gases
poluentes provenientes da queima das misturas biodiesel/diesel fóssil propostas.
Serão determinados alguns parâmetros como O2, CO e CO2, onde os mesmos serão
expressos em ppm (parte por milhão), possibilitando verificar assim se a combustão esta
sendo realizada de maneira satisfatória, ou se esta ocasionando um excesso de ar e
consequente perda no processo, visto que o processo de combustão está diretamente
relacionado com esses três parâmetros.
Através de outro sensor presente no equipamento, serão avaliados os níveis de NO,
formados a partir do aumento da carga de trabalho e aumento da temperatura da câmara de
combustão, sendo expresso em ppm( partes por milhão). Os níveis de NO2 e SO2 também
serão avaliados, possibilitando assim, no caso do NO2, determinar a quantidade de óxidos de
nitrogênio totais.
Os dados obtidos no experimento foram submetidos às análises de variância
aplicando-se teste F a 5% de probabilidade. Por se tratarem de dados quantitativos, os
mesmos foram avaliados através de regressão linear. Foi utilizado para a realização das
análises estatísticas o programa computacional Sisvar.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Os dados coletados para patinagem, volume mobilizado e consumo mostraram-se
significativos quanto a variação da rotação de acordo com a analise estatística feita pelo
software Sisvar no teste F a 5% de probabilidade, sendo assim pode-se montar as equações da
curva característica.
Para modelação das equações foi utilizada a ferramenta de regressão do software
Sisvar. Aceitando apenas equações com mais de 95% de significância, obteve-se as seguintes
equações:
Patinagem
y = -0,0148x + 44,324
R² = 0,9588
Solo Mobilizado
y = 0,000002x² - 0,0086x + 10,439
R² = 0,9988
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Consumo
y = -0,00003x² + 0,1214x - 124,24
R² = 0,9994
Equações lineares para Solo mobilizado e Consumo não foram aceitáveis, pois
apresentava significância menor que 90%. De acordo com Serrano (2000) há uma diminuição
média de 10 a 15% no consumo de combustível pelo trator, na operação de mobilização do
solo, pela seleção de um regime do motor de 70 a 80% do regime nominal, relativamente à
seleção do regime nominal. Que prova que o trator estava fora de seu regime nominal ao
executar a operação. Em outros termos, o trator estava com velocidade fora da ideal para
realização e profundidade relativamente baixa, provocando assim folga no trator e menor
volume mobilizado de solo ao incremento de rotações.
Com velocidade acima do normal, o arado de aiveca passa a cortar especificamente na
sua área física como lâminas individuais, deixando de atuar o efeito sinérgico das duas
lâminas como um conjunto. Com isso temos um volume mobilizado se solo menor e
especifico a área das lâminas do arado pelo comprimento da parcela. O consumo varia com a
carga imposta, ou seja, com o volume de solo mobilizado e a rotação. Ao fim da curva
podemos perceber uma tendência à estabilização tanto do consumo quanto do volume
mobilizado, isso ocorreu devido o trator atingir alta velocidade para a operação. Porém o
consumo deve obedecer a uma reta e não a uma curva, o que ocorreu no gráfico e na
fabricação da equação foi a escassez de pontos para criação da linha de tendência, como visto
em outros trabalhos.
Já a patinagem descreve uma equação linear que acompanha a variação da rotação.
Quanto à emissão de gases nenhum dos gases mostrou-se significativos no teste F a
5% de probabilidade da analise estatística do programa Sisvar, segue-se a tabela com as
médias dos valores de emissão para cada gás ou particulado:
Emissão de Gases
Gás\Rotação
1800
0,3813
Oxigênio
0,2188
CO2
522,83
CO
792,17
NOx
73,000
SO2
2000
0,3671
0,2335
572,58
922,75
37,583
2200
0,3954
0,1996
646,58
804,25
86,333
2400
0,3702
0,2292
683,50
746,58
79,250
CONCLUSÃO
1. O volume de solo mobilizado é decrescente com o aumento da rotação chegando á
uma rotação máxima que é equivalente a uma velocidade em que esse volume
mobilizado tende a ser constante.
2. A patinagem é inversamente proporcional à rotação.
3. O consumo é diretamente proporcional à rotação.
4. A emissão de gases não sofre interferência da rotação.
AGRADECIMENTOS
Agradeço à Universidade Estadual de Goiás pelo incentivo a pesquisa e fornecimento aos
equipamentos necessários para obtenção dos resultados aqui expostos. Agradeço também
João Paulo Barreto Cunha pelos esclarecimentos e suporte de campo e a todos os
colaboradores que ajudaram direta ou indiretamente na obtenção dos dados.
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