UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS
FACULDADE DE AGRONOMIA ELISEU MACIEL
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA RURAL
PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA RURAL
GERENCIAMENTO E UTILIZAÇÃO DE MÁQUINAS AGRÍCOLAS
Monografia de Especialização
DESENVOLVIMENTO DE UM VEÍCULO AÉREO NÃO
TRIPULADO PARA APLICAÇÃO EM PULVERIZAÇÃO
AGRÍCOLA
JOSÉ ROBERTO RASI
Pelotas, RS, Brasil
2008
ii
DESENVOLVIMENTO DE UM VEÍCULO AÉREO NÃO TRIPULADO
PARA APLICAÇÃO EM PULVERIZAÇÃO AGRÍCOLA
Por
José Roberto Rasi
Monografia apresentada ao programa de Pós-Graduação em
Engenharia Rural, Universidade Federal de Pelotas (UFPEL, RS),
como requisito parcial para obtenção do grau de
Especialista em Gerenciamento e utilização de Máquinas Agrícolas
Orientador: Prof. Airton dos Santos Alonço, Dr. Eng.
Pelotas, RS, Brasil
2008
iii
Universidade Federal de Pelotas
Faculdade de Engenharia Eliseu Maciel
Departamento de Engenharia Rural
A Comissão Examinadora, Abaixo Assinada,
Aprova a Monografia de Especialização
DESENVOLVIMENTO DE UM VEÍCULO AÉREO NÃO TRIPULADO PARA
APLICAÇÃO EM PULVERIZAÇÃO AGRÍCOLA
Elaborada por
José Roberto Rasi
Como requisito parcial para obtenção de grau de
Especialista em Gerenciamento e Utilização de Máquinas Agrícolas
COMISSÃO EXAMINADORA:
________________________________________
Airton dos Santos Alonço – Dr. Engº - UFSM
(Presidente/Orientador)
_______________________________________
Antônio Lilles Tavares Machado – Dr. UFPEL
(Membro)
Pelotas, 28 de abril de 2008.
iv
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho a toda equipe da Prince Air Model Ltda.
v
AGRADECIMENTOS
A Universidade Federal de Pelotas pela oportunidade de realização deste
Curso.
Ao Orientador deste trabalho, Professor Dr. Airton dos Santos Alonço, pela
amizade, compreensão e carisma.
À FAPESP pela concessão dos recursos necessários para construção do
protótipo.
vi
“Sic transit gloria mundi”
vii
RESUMO
Monografia de Especialização
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola
Universidade Federal de Pelotas
DESENVOLVIMENTO DE UM VEÍCULO AÉREO NÃO TRIPULADO PARA
APLICAÇÃO EM PULVERIZAÇÃO AGRÍCOLA
AUTOR: JOSÉ ROBERTO RASI
ORIENTADOR: A IRTON DOS SANTOS ALONÇO
Data e Local da Defesa: Pelotas, 28 de Abril de 2008.
Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um veículo aéreo não tripulado
(VANT) e a sua configuração como plataforma para pulverização agrícola, com
capacidade de hopper (tanque onde fica armazenado o produto a ser aplicado) de
100 kg, dotado da capacidade de efetuar manobras superiores a da aviação agrícola
convencional, para pulverização de precisão em pequenas e médias propriedades
agrícolas.
O desenvolvimento e construção deste VANT para a pulverização agricultura de
precisão levaram-se em conta a diminuição de custos e riscos, modernizando e
complementado a atividade.
O protótipo, construído pela Prince Air Models Ltda, com recursos da FAPESP,
apresentou resultados satisfatórios para as situações de vôos requeridos, com o
lastro de 100 kg e realizando manobras típicas e padrão de vôo agrícola.
Palavras-chaves: Veículo Aéreo Não Tripulado; Pulverização Agrícola; Agricultura de
Precisão.
viii
ABSTRACT
Monograph of Specialization
Program of After-Graduation in Agricultural Engineering
Universidade Federal de Pelotas
THE DEVELOPMENT OF UNMANNED AERIAL VEHICLE
FOR AGRICULTURAL SPRAYERS
AUTHOR: JOSÉ ROBERTO RASI
ADVISER: AIRTON DOS SANTOS ALONÇO
Place and Date of the Defense: Pelotas, April 28th 2008.
This work presents the development of the unmanned aerial vehicle (UAV)
and its configurations as platform for agricultural Sprayers, with hopper capacity of
100 Kg, endowed with the capacity to make superior maneuvers of piloted
agricultural aviation for precision spraying in small and averages agricultural farms.
The development and construction of this UAV was focused for the precision
spraying agriculture was taken the decease of costs and risks of accidents,
modernizing and complementing the activity.
The prototype was made by Prince Airmodels Ltd. With resources of FAPESP and it
showed acceptable results for all the requested flight situations with 100 Kg of
payload and flying the typical maneuvers and agricultural pattern.
Key-words: Unmanned Aerial Vehicles; Agricultural Spraying; Precision Agriculture.
ix
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 - Curtiss JN-6H “Jenny”.............................................................................7
FIGURA 2 - AG-1........................................................................................................7
FIGURA 3 - Muniz M9.................................................................................................8
FIGURA 4 - RP1........................................................................................................11
FIGURA 5 - Fritz X....................................................................................................12
FIGURA 6 - Projeto Acauã .......................................................................................13
FIGURA 7 - Projeto ARARA .....................................................................................14
FIGURA 8 - Yamaha RMAX G1 com barras de spray .............................................15
FIGURA 9 - Números de helicópteros sem pilotos vendidos no Japão ...................15
FIGURA 10 - TAG CXXX ..........................................................................................16
FIGURA 11 - Diagrama UNAV 3500FW .................................................................17
FIGURA 12 - Placa UNAV 3500 ............................................................................. 17
FIGURA 13 - Placa WePilot2000 .............................................................................18
FIGURA 14 - Diagrama WePilot2000 …………………………………………………..18
FIGURA 15 - Placa MP2128g ..................................................................................19
FIGURA 16 - Diagrama MP2128g ............................................................................19
FIGURA 17 - Tela da Estação de Terra - MP2128g .................................................20
FIGURA 18 - Curva Clássica / Balão .......................................................................22
FIGURA 19 - Racetrack ............................................................................................22
FIGURA 20 - Curva clássica – Correto e Errado ......................................................23
FIGURA 21 - Missão típica da aeronave agrícola – AgroRobot ...............................23
FIGURA 22 - Plano de vôo do AgroRobot ................................................................25
FIGURA 23 - Vants fabricado pela Prince Air Models Ltda ......................................27
FIGURA 24 - Disposição das etapas do desenvolvimento de aeronaves ................28
FIGURA 25 - Apresentação da etapa de Especificação e Requisitos..................... 29
FIGURA 26 - Apresentação da etapa Estudos Preliminares ...................................29
FIGURA 27 - Apresentação da etapa Anteprojeto ...................................................30
FIGURA 28 - Apresentação da etapa Projeto ..........................................................30
FIGURA 29 - Veículo Aéreo Não Tripulado AgroRobot ...........................................32
FIGURA 30 - Vistas do motor Mini 3 ........................................................................33
FIGURA 31 - Curva de Potencia e Torque do motor Mini 3 .....................................33
x
FIGURA 32 - Aerofólio RAF 48.................................................................................34
FIGURA 33 - Polares do aerofólio RAF 48 ...............................................................35
FIGURA 34 - Vista superior do AgroRobot ...............................................................35
FIGURA 35 - Ângulos de incidência e washout .......................................................36
FIGURA 36 - Vista lateral do AgroRobot ..................................................................36
FIGURA 37 - Organograma do material utilizado .....................................................38
FIGURA 38 - Corte do atomizador AU5000 LD.........................................................42
FIGURA 39 - Montagem do atomizador AU5000 LD ...............................................43
FIGURA 40 - Turboaero TA-88C-6 ...........................................................................44
FIGURA 41 - Componentes do sistema de pulverização .........................................45
xi
LISTA DE QUADROS
QUADRO 1 - Categorias de aplicações via liquida...................................................24
QUADRO 2 - Especificações técnicas do AgroRobot...............................................39
xii
LISTA DE ABREVIATURAS
ABA
Associação Brasileira de Aeromodelismo
ABNT
Associação Brasileira de Normas Técnicas
ARARA
Aeronaves de Reconhecimento Assistidos por Radio e Autônomas
AURORA
Autonomus Unmanned Remote Monitoring Robotic Airship
AV
Alto Volume
BV
Baixo Volume
BVO
Baixo Volume Oleoso
CenPRA
Centro de Pesquisas Renato Archer
cc
Cilindrada – cm³
CDA
Controlled Droplet Applications ( Apliação Controlada de Gotas)
CG
Centro de Gravidade
CL
Coeficiente de Sustentação do Aerofólio
CLmax
Coeficiente de Sustentação Máximo do Aerofólio
cm
Centímetro
CTA
Centro Técnico Aeroespacial
DAC
Diretoria de aviação Civil
DGPS
Differential Global Position System (Sistema de
Posicionamento Global Diferencial)
DMV
Diâmetro Médio Volumétrico
EMBRAPA Empresa brasileira de Pesquisa Agropecuária
EUA
Estados Unidos da América
FAB
Força Aérea Brasileira
FAPESP
Fundo de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo
Ft
Feet (pés)
GPS
Global Position System (Sistema de Posicionamento Global)
ha
Hectare
Hp
Horsepower (cavalo -vapor)
Kg
Quilograma
Km
Quilômetro
Km/h
Quilômetro por hora
L
Litro
l/ha
Litros por hectare
xiii
m
Metro
m/s
Metros por segundo
m²
Metro quadrado
MV
Médio Volume
NACA
National Advisory Committee for Aeronautics
pol
Polegadas
RAF
Royal Air Force (Força Aérea Real)
RP
Remote Piloted (Pilotado por Controle Remoto)
rpm
Rotações por Minuto
RPV
Remote Piloted Vehicle ( Veículo Pilotado por Controle Remoto)
S
Área
UAV
Unmanned Aerial Vehicle (Veículo aéreo não tripulado)
UBV
Ultra Baixo Volume
U-UBV
Ultra Ultra Baixo Volume
USP
Universidade de São Paulo
VANT
Veículo Aéreo Não Tripulado
Vc
Velocidade de cruzeiro
xiv
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS……………....................……………..…………………. IX
LISTA DE QUADROS…………………...................................……….………XI
LISTA DE ABREVIATURAS........................................................................XII
RESUMO......................................................................................................VII
ABSTRACT.................................................................................................VIII
1
INTRODUÇÃO...............................................................................................1
1.1
Hipótese.........................................................................................................3
1.2
Objetivo Geral................................................................................................3
1.3
Objetivos Específicos ....................................................................................3
1.4
Contribuições do Trabalho.............................................................................4
1.5
Estrutura da Monografia.............................................................................. ..4
2
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA..........................................................................6
2.1
Introdução.......................................................................................................6
2.2
Historia da Aviação Agrícola ..........................................................................6
2.3
O Mercado da aviação agrícola no Brasil.......................................................9
2.4
Veículo Aéreo Não Tripulado........................................................................10
2.4.1
História..........................................................................................................11
2.4.2
VANT Agrícola..............................................................................................15
2.4.3
Tipos de Sistemas de Controles de VANTs..................................................16
2.4.4
Sistemas de Controles de Vôo de VANTs....................................................17
2.4.4.1 UNAV, LLC...................................................................................................17
2.4.4.2 WePilot2000..................................................................................................18
2.4.4.3 MP2028g / MP2128g ………………………………………...…………………..19
2.4.5
Instrumentos de Bordo – VANT ...................................................................20
2.5
Vôo Agrícola.................................................................................................21
2.5.1
Padrões do Vôo Agrícola .............................................................................22
2.5.2
Missão Típica da aeronave Agrícola – AgroRobot.......................................23
2.5.3
Padrão de Pulverização Agrícola .................................................................24
2.5.4
Plano de Vôo do AgroRobot.........................................................................25
2.6
Comentários Finais.......................................................................................26
xv
3.
MATERIAL E MÉTODOS.............................................................................27
3.1
Introdução.....................................................................................................27
3.2
Metodologia para o desenvolvimento do AgroRobot....................................28
3.2.1
Especificação e Requisitos ..........................................................................29
3.2.2
Estudos Preliminares.....................................................................................29
3.2.3
Anteprojeto....................................................................................................30
3.2.4
Projeto...........................................................................................................30
3.4.4.1 Filosofia de Projeto .......................................................................................31
3.3
Configuração do AgroRobot.........................................................................32
3.3.1
Motor e Hélice...............................................................................................33
3.3.2
Asa................................................................................................................34
3.3.2.1 Estrutura da Asa....................................................................................... ....36
3.3.3
Cauda e Empenagem...................................................................................37
3.3.4
Fuselagem....................................................................................................37
3.3.5
Trem de Pouso.............................................................................................38
3.3.6
Definição dos Materiais Utilizados................................................................38
3.3.7
Resultados....................................................................................................39
3.3.8
Considerações Finais...................................................................................40
4.
SISTEMA DE PULVERIZAÇÃO...................................................................41
4.1
Atomizadores Rotativos................................................................................41
4.1.1
Micronair.......................................................................................................42
4.1.2
Centro Brasileiro de Bioaeronáutica.............................................................44
4.2
Componentes do sistema de pulverização...................................................45
5.
CONCLUSÕES.............................................................................................46
6.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS ...........................................................47
ANEXOS ......................................................................................................50
16
1
INTRODUÇÃO
Segundo Sebrae (2003), o país caminha para se tornar o número um no
ranking mundial do agronegócio. De acordo com projeções feitas pela ONU, o Brasil
tem grande potencial para se tornar a maior potência agroindustrial nos próximos
doze anos. Assim sendo, de acordo com o relatório anual de commodities,
elaborado pela Conferência da ONU sobre Desenvolvimento e Comércio (Unctad), o
país possui 90 milhões de hectares ainda intocados, em condições de preparo para
cultivo.
O aumento vertiginoso da produção, aproveitando seu vasto potencial
agrícola ainda inexplorado, vem ameaçando a liderança dos Estados Unidos e
outros países em diversos setores, como o da soja e de carnes. Fato esse que está
causando preocupações aos americanos e europeus com relação à abertura de
seus mercados aos produtos brasileiros. O maior destaque no país tem sido o
complexo soja, grande responsável pelo avanço agrícola brasileiro. Em 2001,
segundo a ONU, a produção brasileira correspondia a 50% da produção americana.
Mas as exportações do país começam a despertar preocupação no cenário agrícola
mundial. Em seis anos, as exportações dos Estados Unidos cresceram apenas 16%,
enquanto no Brasil o aumento foi de 106%. Atualmente, o país já corresponde por
27,3% da produção mundial.
No ano de 2005, os produtores agrícolas brasileiros colheram cerca de 51,1
milhões de toneladas de soja, 27,2 milhões de toneladas de milho, 13,2 milhões de
toneladas de arroz, 5,7 milhões de toneladas de trigo, 3,7 milhões de toneladas de
algodão herbáceo e quase 3 milhões de toneladas de feijão, todos os produtos que
requererão pulverização (IBGE 2006).
Segundo Christofoletti (1999) no processo de produção agrícola, a aplicação
de defensivos agrícolas é um dos mais exigentes, pois atende não somente ao
tratamento da área cultivada, mas também cuidados com a preservação do meio
ambiente. Para Schröder (2005), pouco valor terá uma máquina sofisticada se esta
não for operada segundo as especificações técnicas. O mesmo autor relata que
procedimentos operacionais e equipamentos adequados são os pilares que
sustentam as modernas aplicações de agro-químicos como objetivo de um impacto
ambiental negativo
17
Atualmente, existem no Brasil, duas maneiras eficazes de pulverizar toda
essa produção: por meio de pulverizadores e atomizadores tratorizados e por meio
de aviões tripulados. Os produtos aplicados por via aérea não diferem dos aplicados
por equipamentos terrestres, mas segundo Neiva (2007), a aplicação aérea é uma
tecnologia que se mostra mais econômica e vantajosa, pois reduz o tempo de
aplicação; aplica o produto em condições adversas de solos irrigados ou
encharcados; possibilita maior qualidade e uniformidade de aplicação e não provoca
danos de amassamento da cultura e compactação do solo. Além das vantagens,
existem algumas desvantagens de ordem operacional que são de difícil solução. De
acordo com o Engº Agr. Gilberto da Silva Porto Reis, assessor da Câmara de
Agronomia do Conselho Regional de Engenharia, Arquitetura e Agronomia de Minas
Gerais (2003), para evitar dispersão na aplicação, os aviões chegam a voar a
apenas três ou quatro metros do solo, que deixa a operação ainda mais arriscada.
Portanto, as atividades de pulverização aérea são perigosas e necessitam
uma substancial atividade de pilotagem ao mesmo tempo em que os marcos
terrestres representam riscos de colisão, pois voando junto ao solo com velocidades
próximas à velocidade de estol, pode ocorrer perda de sustentação durante as
curvas de retorno ou balão. Acidentes devidos a colisões com os marcos terrestres
tais como fios da redes elétricas, postes, torres, arvores e cercas de arame também
podem ocorrer.
De acordo com Marsh e Struttman (2004), de 1992 a 2001, morreram em
acidentes envolvendo a aviação agrícola nos Estados Unidos da América, cerca 141
pessoas. No Brasil, segundo o DAC (2002), no período de 49 dias, entre 24 de
dezembro de 2001 e 10 de fevereiro de 2002, ocorreram nove acidentes apenas na
região Centro-Oeste. Conforme o DAC, as principais causas de queda de aeronaves
são água no combustível, contratação de pilotos não habilitados e exercício da
operação a qualquer custo.
Por fim, o vento muitas vezes dificulta o trabalho dos aviões, dispersando ou
concentrando demais o produto que é jogado do ar. A eficiência da aplicação é
fundamental à boa repercussão do trabalho executado na aviação agrícola. Para
tanto, se faz necessário que alguns pontos fundamentais sejam observados na
operação, com a finalidade de evitar ocorrência de envenenamentos acidentais e,
também, impedir a contaminação de regiões próximas às áreas tratadas, desde
culturas diversas, casas de moradias, escolas, pastagem e mananciais.
18
1.1 Hipótese
Se um veículo aéreo não tripulado tem a capacidade de transportar
equipamentos de controle semi-autônomo de guiamento via DGPS, telemetria e
monitoramento e com carga paga de 100 kg, poderá ser utilizado como plataforma
de pulverização agrícola, pelo fato de possuir menor custo de aquisição e menor
risco que a aviação agrícola convencional, sendo possível realizar essas mesmas
atividades, em pequenas e médias propriedades rurais, com uma redução dos
custos operacionais e minimizando significativamente os riscos que ora existem,
proporcionando um aumento de usuários da pulverização aérea.
1.2 Objetivo geral
O objetivo geral do trabalho relatado nesta monografia é descrever o
desenvolvimento do veículo aéreo não tripulado – “AgroRobot” e propor adaptação
de equipamentos de pulverização para dar suporte às atividades de pulverização
aérea.
1.3 Objetivos específicos
Os objetivos específicos que levaram ao desenvolvimento deste Veículo
Aéreo Não Tripulado – AgroRobot, para pulverização agrícola, proposto neste
trabalho são:
Voar de modo autônomo e cumprir a missão de pulverização previamente
determinada;
Voar de modo manual, radio-controlado, caso seja necessário, sendo pilotado
através da central de controle de vôo;
Ter capacidade de decolar e pousar em pistas improvisadas, próximos às
lavouras a serem tratadas;
Transmitir dados de imagem e telemetria, em tempo real, facilitando
operações de monitoramento de fenômenos dinâmicos.
19
1.4 Contribuições do trabalho
Na revisão bibliográfica realizada foram encontradas poucas, especificas à
pulverização aérea por veículo aéreo não tripulado, mas sim sobre diversas áreas
de conhecimento, abordando principalmente a pulverização agrícola convencional,
agricultura de precisão e veículos aéreos não tripulados.
No que se refere à agricultura de precisão, existem muitos trabalhos
desenvolvidos para monitoramento de colheita, geração de mapas e mais
recentemente
levantamento,
tratamento
e
análise
de
imagens
aéreas
georreferenciadas.
No que se refere especificamente à pulverização aérea por ve ículo não
tripulado, a maioria dos trabalhos encontrados utilizam pequenos helicópteros como
plataforma de pulverização, com pequeno alcance operacional, projetados para
áreas rurais do Japão.
O projeto de veículo aéreo não tripulado para pulverização agrícola proposto
neste trabalho pode ser considerado uma inovação tecnológica na área de
pulverização, contribuindo para mitigação de riscos e custos da atividade e abrindo
oportunidades tecnológicas e mercadológicas para empresas do setor.
1.5 Estrutura da monografia
O conteúdo desta monografia encontra-se dividido em 4 capítulos, conforme a
descrição a seguir:
Neste capítulo 1, é apresentado o escopo do trabalho, hipótese, os objetivos
e contribuições, sendo com base nestas informações, a direção em que o trabalho
será realizado.
O capítulo 2 apresenta a revisão bibliográfica dos assuntos que serão
necessários ao desenvolvimento do projeto, conceituando o sistema de controle de
vôo de veiculo aéreo não tripulado, a missão agrícola, o vôo agrícola, pulverização e
técnicas.
O capítulo 3 descreve o material e método, a descrição da aeronave, as
dimensões e o peso operacional, mostrando a filosofia do projeto, os métodos
construtivos, materiais e os resultados.
20
No capitulo 4, são apresentados os resultados dos estudos para a
adequação de equipamentos de pulverização aérea para dar suporte às atividades
de pulverização área.
E, por fim, o capítulo 5 apresenta as conclusões finais deste trabalho e
recomendações futuras.
21
2
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Introdução
Este capítulo apresenta uma revisão bibliográfica sobre a aviação agrícola,
veículos
aéreos
não
tripulados
(VANT),
veículos
aéreos
não
tripulados
desenvolvidos especialmente para realizar pulverização agrícola e vôo agrícola, vôo
e missão agrícola e sistemas de controle de vôo de VANTs, possibilitando um
melhor entendimento das técnicas existentes e suas limitações, para implantação do
trabalho proposto.
2.2 Historia da Aviação Agrícola
Segundo Couto (2007), a aviação agrícola foi inventada pelo agente florestal
alemão Alfred Zimmermann em 1911, obtendo o registro de patente através do
Diploma Legal de Invento nº 247028, classe 45k, grupo 4/35 do Imperial Patent
Office de Berlin, mas só teve aplicação comercial nos EUA em 1921. Nessa ocasião,
o inseticida era jogado do avião por um segundo tripulante, de um saco.
Filho (2004 apud Zica et al, 2005), relata esse primeiro vôo agrícola como
tendo ocorrido em 3 de agosto de 1921, às 15:00. Quando uma praga de mariposas
atacou os reflorestamentos de arvores “catalpa”, que por seus troncos retos eram
usadas para fazer postes, os entomologistas C.R. Nellie e H.A. Gossard tiveram a
idéia de usar este método para combatê-las. Eles convenceram as autoridades do
exercito americano em McCook Field, próximo a Dayton, Ohio, a tentar o uso de
aviões para aplicar arsenato de chumbo, o único inseticida conhecido na época que
controlava a mariposa. Um francês radicado nos EUA, Etienne Darmoy, construiu
um equipamento constituído de uma caixa tipo moega, para cerca de 50 quilos de pó
e uma porta de saída deslizante, com uma alavanca girada a mão, que promoveria a
saída de pó. Este equipamento foi instalada ao lado da cabine traseira de um
biplano Curtiss JN-6H “Jenny”. A Figura 1 apresenta uma foto dessa aerona ve em
vôo de pulverização.
22
Figura 1 - Curtiss JN-6H “Jenny”
Fonte: John Earl Martin - Tallulah, Louisiana / USA
O primeiro avião projetado especificamente para uso agrícola foi o AG-1,
representado na figura 2, desenvolvido em 1950 nos EUA, construído pela Texas
A.&M. Aircraft Reaserch Centre. Esse projeto foi iniciado pela the National Flying
Farmers Associations.
Figura 2 – AG-1
Fonte: Colégio São Francisco
Segundo Zica et al (2005), a aviação agrícola no Brasil, iniciou-se em 1947,
no Rio Grande do Sul, devido ao ataque de uma praga de gafanhotos na região de
Pelotas, onde foi realizado o primeiro vôo agrícola do país no dia 19 de agosto
daquele ano, com a aeronave Muniz M-9, representado na Figura 3, com autonomia
de vôo de quatro horas,
equipada
com
reservatório
metálico
constituído
23
de dois compartimentos em forma de moega e dosador próprio, controlado pelo
piloto, com capacidade de carga de aproximadamente 100 kg, tendo ainda o apoio
técnico do engenheiro agrônomo Leôncio Fontelles, na aplicação de um inseticida
organoclorado, o BHC (hexabenzeno de cloro). O Muniz M-9 foi fabricado de 1937 a
1943 e destinava-se a ser um avião de treinamento básico para a FAB. Era um
biplano de madeira e tela, biplace em tandem. Os primeiros usavam um motor inglês
De Havilland Gipsy Six, de seis cilindros em linha e 200 Hp. A partir de 1994, a FAB
passou a receber os T-19, e entregou os M-9 para a Diretoria de Aeronáutica Civil,
que os redistribuiu para diversos aeroclubes, inclusive o de Pelotas. O Ultimo M-9
voou até 1958, no Aero Clube de Nova Iguaçu.
O dia 19 de agosto foi instituído como o dia nacional da aviação agrícola no
Brasil e o piloto civil Clóvis Candiota, que realizou o primeiro vôo, é considerado o
Patrono da aviação agrícola. A aviação agrícola foi oficialmente e formalmente
reconhecida no Brasil em 07 de outubro de 1969, através do DL nº. 917,
regulamentado pelo Decreto nº. 86.765 de 22 de dezembro de 1981.
Figura 3 – Muniz M-9
Fonte: http//gustavoadolfo.flogbrasil.terra.com.br/foto16850220.html
A Embraer – Empresa Brasileira de Aeronáutica S/A produziu o seu primeiro
avião agrícola, o EMB200 ou Ipanema, em 1970. Em 1988 a frota de aviões
agrícolas era de aproximadamente de 600 aeronaves.
Segundo Couto (2007), no ano de 1978 a Comissão de Agricultura do
Congresso dos Estados Unidos da América, considerou a aviação agrícola como a
24
tecnologia mais importante para o aumento, a curto prazo, da produtividade agrícola
daquele país e sugeriu investimentos do governo federal com a finalidade de
aprimorar a atividade.
Em 1944, na Inglaterra, foram realizados os primeiros ensaios de aplicação
aérea por helicópteros, por W. E. Ripper. Em 1988, estes aparelhos representavam
cerca de 10 a 12% da frota agrícola mundial total. As vantagens dessas aeronaves
sobre os aviões agrícolas de asa fixa, é que podem ser usadas em áreas pequenas,
topografia acidentada e ausência de pistas. No Japão, é o único veículo usado em
pulverizações aéreas.
2.3 O Mercado da Aviação Agrícola no Brasil
De acordo com Filho (2004 apud Zica et al, 2005), o nível de utilização da
aplicação aérea no Brasil ainda é muito baixo, correspondente a apenas 5% da área
cultivada. Considerando-se que nas áreas aplicadas são computadas múltiplas
aplicações sobre as mesmas, o nível de uso efetivo é ainda mais baixo, quando se
considera o conceito de área plantada que contrata os serviços de aplicação aérea.
Segundo Zica et al. (2005), observou-se que na ultima década a área de
plantio com determinadas culturas sofreu redução, no entanto, a produtividade
aumentou, fazendo com que a produção registrasse um incremento. A produtividade
tende a aumentar uma vez que, aos poucos, os produtores rurais estão adquirindo
consciência que o uso de tecnologia no campo é imprescindível. O avanço
qualitativo e genético dos insumos de produção e o aperfeiçoamento do conjunto de
máquinas e implementos agrícolas, ou seja, da frota agrícola, traduz essa esta
tecnologia. A aviação agrícola é detentora de tecnologia através de modernos
sistemas de posicionamento por satélites como o DGPS (Differential Global Position
System); sistema difusor de sólidos para a aplicação de produtos sólidos como
sementes de forragem, fertilizantes nitrogenados, arroz pré-germinado e produtos
fitosanitários; técnicas de pulverização de UBV (Ultra baixo volume) e pulverização
eletrostática.
Segundo Bellini (2007), o estado que atualmente mais utiliza a aviação
agrícola no país é o Mato Grosso, seguido pelo Rio Grande do sul e depois São
Paulo. A Atividade está presente também na Bahia, Maranhão, Tocantins, Minas
Gerais, Rondônia
e Roraima. As
culturas
que
mais
necessitam
de
25
tratamento fitossanitários são a soja, arroz, algodão, milho, cana, banana e
pastagens. Aproximadamente 70% das aeronaves que pulverizam os campos do
país são do modelo Ipanema, mas estão presente também aparelhos estrangeiros,
com destaque para os americanos Trush e Piper, este um dos primeiros modelos
projetados especificamente para uso agrícola. Os mais cobiçados, no entanto, são
os da Air Tractor, equipados com turbinas, cujo combustível é querosene, mais
barato que a gasolina de avião. O AT-802 da Air Tractor, é a maior aeronave
monomotor do mundo, com reservatório (hopper) de capacidade de 3.000 litros de
defensivos.
2.4 Veículo Aéreo Não Tripulado
O termo “Veículo Aéreo Não Tripulado” é mundialmente reconhecido e inclui
uma grande gama de aeronaves que são autônomas, semi-autônomas ou
remotamente operadas.
Segundo a ABA – (Associação Brasileira de Aeromodelismo, 2005), a
definição para Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT) é: “um veículo capaz de voar na
atmosfera, fora do efeito de solo, que foi projetado ou modificado para não receber
um piloto humano e que é operado por controle remoto ou autônomo”. O Sistema
Aéreo Não Tripulado (SANT) significa o conjunto de veículos aéreos não tripulados,
seus controles de vôo e seu sistema de operação, isto é, a união de todas as
atividades que estão interligadas no plano de vôo.
De acordo com Medeiros (2007), “os veículos Aéreos Não Tripulados (VANT)
são pequenas aeronaves, sem qualquer tipo de contato físico direto, capazes de
executar diversas tarefas, tais como monitoramento, reconhecimento tático,
vigilância e mapeamento entre outras”. Porém, os VANT’s têm limitação em termos
de capacidade de carga a bordo e condições climáticas. Se equipados com
equipamentos de transmissão de dados, são capazes de transmitir, em tempo real
os dados recolhidos. Sendo assim, as aeronaves não tripuladas têm sido projetadas
para vários tipos de missão, mas o relato que se tem é que a origem desses
veículos está ligada à área militar, como alvos aéreos manobráveis, reconhecimento
tático, guerra eletrônica, entre outras. Os mísseis antinavios, bombas guiadas
propulsadas ou planadas também são classificadas como aeronaves não tripuladas.
26
2.4.1 História
De acordo com Puscov (2002 apud Medeiros, 2007), a historia dos veículos
aéreos não tripulados teve seu inicio em 1883, quando Douglas Archbald instalou
um anemômetro a um fio em uma pangorda para poder medir a velocidade do vento
em diferentes altitudes, atingindo uma altura de 1200 pés. No dia 20 de junho de
1888, na França, Arthur Batat acoplou uma câmera fotográfica a uma “pandorga”,
sendo assim, o primeiro vôo aerofotográfico registrado.
Em 1935, Reginald Denny projetou e testou o RP-1 ou RPV (Remote Piloted
Vehicle), representado na Figura 4, que foi o primeiro veículo aéreo não tripulado
rádio-controlado.
A
partir
deste
momento,
iniciaram-se
as
buscas
pelo
aperfeiçoamento, de forma que, nos anos seguintes, surgiram os protótipos RP-2 e o
RP-3, com diversos ensaios de vôo. Em novembro de 1939, o protótipo RP-4 foi
concluído, de modo que, naquele momento, era o mais completos do RPV’s. O
exercito dos EUA requisitou 53 unidades, dando-lhes a designação de OQ-1.
Figura 4 – RP-1
Fonte:http://www.ctie.monash.edu.au/hargrave/hardges/denny_righter_rp_750.
Segundo Hardgrave (2005), em dezembro de 1941, os ensaios e as
mudanças continuavam sendo realizados, para o aperfeiçoamento dos modelos.
Neste meio tempo, em 1938, a companhia alemã Ruhrstahl iniciou o
desenvolvimento de bombas planadores guiadas “Fritz X”, representada na Figura 5,
adotado de um motor foguete e 300 kg de carga explosiva, para ataque contra
navios couraçados.
27
Foi usada em combate pela primeira vez em nove de setembro de 1943, afundando
o encouraçado italiano Roma.
Figura 5 – Fritz X
Fonte: Erstellt von Bert Hartmann
-
Luftarchiv.de
Segundo Silveira (2005), outro marco histórico da utilização dos VANT’s foi
durante a guerra do Líbano, em 1982, no Vale do Bekaa, quando Israel conseguiu
destruir 17 das 16 baterias antiaéreas Sírias após fazer reconhecimento do local
com um alvo aéreo não tripulado. Em 2002, ficou conhecido o veículo aéreo não
tripulado americano, Predator, que foi utilizado durante a guerra do Afeganistão.
Esse foi considerado o primeiro emprego real de um veículo não tripulado com
lançamento de míssil.
No Brasil, os primeiros relatos de VANT’s ocorreram na década de 80,
quando o Centro Tecnológico Aeroespacial (CTA) desenvolveu o projeto Acauã.
Segundo d’Oliveira (2005), o Projeto Acauã PD-IPD-8408, (Figura 6) tinha
como objetivo principal o desenvolvimento de uma plataforma de ensaio ("test bed")
visando à ampliação do nível de conhecimento na área de eletrônica (controle,
telecomando e telemetria). Numa primeira fase do projeto, seria utilizado um sistema
de rádio-controle de aeromodelos para os ensaios em vôo preliminares, com
melhorias no sistema de transmissão, e, posteriormente, seria incorporado um piloto
automático. Como objetivo paralelo, visava desenvolver um protótipo de VANT com
potencial
para
diversas
outras
aplicações
militares
ou
civis,
tais
como,
reconhecimento tático à baixa altitude, identificação de freqüências de operação de
radares e sensoriamento de recursos naturais. Foram construídos, ao todo, cinco
28
células (quatro metálicas e uma de material composto), para utilização nos ensaios
em vôo e ensaios em solo.
Figura 6 – Projeto Acauã
Fonte: IAE / CTA
Atualmente, no Brasil, os projetos visando o desenvolvimento de VANT’s
autônomos são conduzidos pelos institutos de pesquisa CTA e Centro de Pesquisas
Renato Archer (CenPra), e por várias universidades do Brasil.
O CenPra, de Campinas, trabalha com o projeto Aurora (Autonomus
Unmanned Remote Monotoring Robotic Airship), de um mini-dirigível adquirido da
Inglaterra. A Universidade de São Paulo (USP), em São Carlos, desenvolve o
projeto ARARA, com apoio da Embrapa. O objetivo é o desenvolvimento de
aeromodelos para obtenção de imagens aéreas para o monitoramento ambiental e
agrícola.
Segundo Jorge (2001), o projeto ARARA (Aeronave de Reconhecimento
Assistida por Radio e Autônoma), está centrado no desenvo lvimento e uso de
VANT’s de escala reduzida, para o monitoramento aéreo. Seu principal objetivo é a
substituição de aeronaves convencionais utilizadas na obtenção de fotografias
aéreas, para monitoramento de áreas agrícolas e áreas sujeitas a problemas
ambientais, por VANT’s de pequeno porte que realizam missões pré-estabelecidas
pelos usuários.
29
O projeto ARARA, ainda tem uma fase voltada para o vôo autônomo com uso
de um piloto automático, possuindo um Sistema de Navegação que mantém o VANT
na rota e corrige os desvios em sua trajetória.
Figura 7 – Projeto ARARA
Fonte: AGX Tecnologia Ltda.
A AGX Tecnologia Ltda., São Carlos, criada em 2002, utiliza a tecnologia
ARARA para fins comerciais no Brasil, como demonstra a Figura 7, utilizando uma
nova versão do VANT, totalmente construída em fibra de vidro e alumínio
aeronáutico. Com 2,3 m de comprimento e 3,2m de envergadura e equipado com
motor a gasolina de 40 cm³ e 4,8 cv.
De acordo com Medeiros (2007), as pesquisas nessa área, no Brasil, ainda
são muito recentes e os principais trabalhos com VANT’s têm no escopo as
aplicações civis, como vigilância policial de áreas urbanas e de fronteira, inspeções
de linhas de transmissão de energia, monitoramento, atividades de áreas agrícolas,
acompanhamento de safra, controle de pragas e de queimada.
30
2.4.2 VANT Agrícola
Segundo Özdemir (2005), devido ao êxodo rural que aconteceu no Japão, na
ultima década, principalmente entre a população jovem, a Yamaha Company iniciou
o desenvolvimento de helicópteros sem pilotos para compensar essa falta de
trabalhadores rurais. Esses helicópteros deveriam ser muito flexíveis e precisos
durante a pulverização. Hoje, os helicópteros da Yamaha mostrados na figura 9, têm
uma grande área de aplicação aérea que incluem o controle de peste em culturas de
arroz, soja e trigo. A Yamaha Unmanned Industrial Helicopters solucionou vários
problemas enfrentados pelos agricultores japoneses e contribuiu para a auto
suficiência japonesa.
Figura 8 – Yamaha RMAX G1 com barras de spray
Fonte: Iwate Agricultural Junior College
O aumento da demanda por helicópteros sem pilotos, no Japão, está demonstrada
na Figura 9.
Figura 9 – Números de helicópteros sem pilotos vendidos no Japão
Fonte: News ScientstTech
31
Outra produtora de VANT’s é a companhia americana chamada Tactical
Aerospace Group (TAG), que projeta e fabrica VTOL VANT’s e oferece quatro tipos
de VANT’s em sua linha de produção. Os TAG VANTs podem ser usados como
plataforma de aplicação aérea, com a instalação de tanques e barras de spray. A
carga paga de 20 kg, conforme mostrado na Figura 10.
Figura 10 – TAG CXXX
Fonte: TAG Tactical Aerospace Group
2.4.3 Tipos de Sistemas de Controles de VANTs
De acordo com Souza (1999), os sistemas com VANTs são classificados de
conforme o seu o nível de complexidade, descritos a seguir:
?
Tipo I – Nesse sistema, os vôos são controlados com visada direta da aeronave
utilizando rádios convencionais. São utilizados aeromodelos convencionais
equipados com câmeras fotográficas ou de vídeo. Sistemas tipo I possuem
funcionalidade mínima, menor custo e maior facilidade de implantação;
?
Tipo II – Nesse sistemas, os vôos são controlados sem visada direta, através de
um computador que recebe imagem da aeronave em tempo real. A aeronave
deve estar equipada com instrumentos de bordo para que seja possível pilotar e
obter fotografias aéreas com referencia geográficas;
32
?
Tipo III – Nesse sistema, os vôos são autônomos com pequena ou nenhuma
interferência do piloto. Estes são iguais aos sistemas do tipo II, porem equipados
com equipamentos e software adicionais para permitir o vôo autônomo.
2.4.4 Sistemas de Controle de Vôo de VANTs
Segundo Neris (2001), os VANTs têm como componente principal um sistema
de controle capaz de manter a aeronave estabilizada e de executar manobras que a
conduza através de uma rota e missão selecionada. Atualmente o desenvolvimento
de sistemas de controle de vôo para esse tipo de aeronave está sendo favorecido e
facilitado pelo grande desenvolvimento tecnológico verificado nos últimos anos e
principalmente pela redução dos custos dos componentes eletrônicos. Isto permite
que um grande numero de empresas possam construir VANTs com sistemas de
controle, para comercialização. A seguir são descritos os produtos de três empresas
que desenvolvem pilotos automáticos projetados especificamente para a construção
de VANTs.
2.4.4.1 UNAV, LLC
O sistema de controle de vôo UNAV 3500FW, desenvolvido pela UNAV,LLC
de Marysville, WA / USA, é um sistema de telemetria e controle automático de baixo
custo voltado à construção de VANTs. Projetado para se conectar a um receptor R/C
padrão. Esse sistema permite transformar um aeromodelo convencional em um
VANT completo, equipado com um sistema de manutenção de altitude e velocidade
combinado com um sistema GPS, como mostra as Figuras 11 e 12. Possui
capacidade de acionamento de até sete servos. É um dos mais simples e baratos
controladores de vôo para pequenos VANTs.
Figura 11- Diagrama UNAV 3500FW
Fonte: UNAV, LLC
Figura 12 - Placa UNAV 3500
Fonte: UNAV, LLC
33
2.4.4.2 WePilot2000
O WePilot200 é um sistema de controle de vôo para VANTs de asa fixa,
totalmente integrada em uma simples placa tipo PCB. Fabricado pela WeControl AG,
Air Force Center de Dübendorf / Suíça. Esse sistema consiste em um processador
central INTEL XScale PXA255, um receptor GPS, um sistema inercial integrado de
medição de seis graus de liberdade, um barômetro e conector externo para
magnemometro. O WePilot2000 combina o sistema integrado GPS / inercial com um
robusto processador de alto desempenho e baixo consumo de energia, que permite
uma estabilização da altitude, controle de velocidade e guiamento. Uma interface de
uso geral I/O permite controle de equipamento a bordo do VANT. Uma ligação datalink pode ser
adicionada para transmissão em tempo real com uma estação
terrestre. O WePilot2000 foi especificamente projetado para pequenos VANTs de
asa fixa, leves, onde o consumo baixo de energia elétrica é essencial. Possue os
seguintes componentes em sua placa tipo PCB: processador RISC Intel XScale
PXA255 32 bit com 32 MB de memória flash, 64 MB de memória SDRAM; receptor
de GPS com precisão de 3m, entrada para DGPS; unidade inercial de medidas com
três giroscópios e três acelerômetros, sensor de pressão piezométrico com faixa de
uso de 10 a 1100 mbar e as seguintes interfaces: conector SMA para antena de
GPS ativo, oito canais para entrada de PWM, seis canais de saída PWM, interface
para dois sensores de rpm e interface para I/O, conforme as figuras 13 e 14.
Figura 13 - Placa WePilot2000
Fonte: WePilot2000
Figura 14 - Diagrama WePilot2000
Fonte: WePilot2000
34
2.4.4.3 MP2028g/MP2128g
A série de controladores MP2028g e MP2128g desenvolvida pela Micropilot
Co. de Manitoba / Canadá, conforme figuras 15 e 16, é projetada para estabilizar e
guiar uma grande variedade de VANT’s. O piloto automático é composto por um
sistema de manutenção de altitude e de manutenção de velocidade, um sistema de
coordenação de curvas, um sistema de navegação por GPS, um sistema de
decolagem e pouso automático e todos os sensores necessários para um controle
completo da aeronave. Existem trinta e dois controladores PID (ProporcionalIntegral-Derivativo) configuráveis pelo usuário e que podem ser ajustado de forma
independente. Os sistemas Micropilot também possuem capacidade de telemetria,
com transmissão de dados a razão de 100 campos por segundo. Os controladores
têm capacidade de acionar até vinte quatro servos. Permite também, a instalação de
altímetro por ondas de ultra-som, importantíssimo para vôos de baixa altura, no caso
do AgroRobot. Os sistemas MicroPilot disponibilizam uma estação de terra(Ground
control), conforme a figura 17, que permite receber dados de telemetria, imagens
em tempo real, vôo em modo de radio controle R/C, controlar equipamentos
embarcados e editar rotas e missões de vôo.
Figura 15 - Placa
Figura 16 – Diagrama MP2128g
Fonte: MicroPilot
Fonte: MicroPilot
35
Figura 17 – Tela da estação de terra - MP2128g
Fonte: MicroPilot
2.4.5 Instrumentos de Bordo – VANT
Segundo Neris (2001), para a realização de vôo sem visada direta (sistemas
do tipo II e III) são necessárias diversos instrumentos de bordo. Normalmente, esses
instrumentos são equivalentes aos que equipam os aviões de tamanho real e
dependem das características do vôo que se deseja realizar. Os instrumentos de
vôo podem ser divididos em duas características: os que indicam as condições
operacionais da aeronave e os que indicam as características do vôo e a posição da
aeronave no espaço.
?
Instrumentos que indicam a condição operacional do VAN.
- Instrumentos do motor;
- Indicador de rotação;
- Indicador de temperatura do motor;
- Indicador da temperatura dos gases de escapamento;
- Indicador da pressão do óleo;
- Indicador de combustível
36
?
Instrumentos que indicam as características do vôo e posição do VANT.
- Altímetro – indica a altitude em relação ao nível do mar;
- Horizonte artificial – indica a posição da aeronave em relação ao horizonte;
- Indicador de coordenação em curvas – indica o equilíbrio de forças na
realização de curvas;
- Bússola – indica onde está o norte magnético;
- Indicador de velocidade do ar;
- Giroscópio – indicador inercial de direção, não afetada por balanços ou
inclinações do VANT;
- Variomêtro – indica a razão de subida ou descida;
- GPS;
-ILS;
- Transponder – tipo de radio que permite a identificação nas telas de radar do
controle de trafego aéreo.
2.5 Vôo Agrícola
O vôo agrícola é diferente em muitos aspectos de outros vôos comerciais.
Primeiramente, grande parte do vôo é geralmente executado a abaixa altitude, não
admitindo quase nenhuma margem para erros. No caso de aeronaves tripuladas, o
piloto tem que pilotar com muita atenção durante o vôo operacional. Outra influencia
devido ao vôo de baixa altitude é o efeito dos ventos e turbulência. A mudança da
velocidade dos ventos em função da altura é muito mais acentuada perto do solo.
Esses gradientes de vento têm efeito direto no desempenho da aeronave agrícola.
Por exemplo, a quantidade de aileron requerida em uma curva é maior e mais crítica
que a quantidade em um vôo comercial. O segundo aspecto da aviação agrícola, é a
grande variável
de
condições
de
carregamento. O peso, e principalmente o
37
centro de gravidade podem variar consideravelmente em um curto período de
tempo. Isto traz a necessidade de retrimagem constante dos comandos das
superfícies de controle para manter a controlabilidade da aeronave.
A técnica de decolagem e pouso em uma pista de dimensões reduzidas é
também diferente dos vôos comercias. A temperatura ambiente e a altitude da pista
têm efeitos no desempenho da aeronave.
2.5.1 Padrões do vôo agrícolas
O vôo agrícola é um vôo de baixa altitude e a parte mais crítica é o
procedimento de curva de retorno (balão), após o tiro de pulverização. Existem dois
tipos de curvas de retorno. O primeiro tipo é a curva clássica, o “Back-to-Back”
mostrada na Figura 18 e o segundo tipo é o procedimento chamado fechado ou
“Racetrack”, conforme Figura 19. Para o segundo método é necessário mais de dois
marcadores, no solo ou um sistema eletrônico de guiamento. A Figura 20 mostra
como realizar uma curva clássica. Do ponto “a” ao ponto “b” inicia-se uma subida.
Deste modo a possibilidade de atingir algum obstáculo é evitado. Esta subida é
mantida do ponto “b” para “c” enquanto a aeronave faz uma curva de
aproximadamente 45°. No ponto “c” uma curva coordenada é realizada para a
direção oposta. A aeronave sai da curva no ponto “d”. Deste ponto em diante, é feita
uma descendente e no ponto “e” é iniciado o tiro de pulverização
Figura 18- Curva clássica / balão
Figura 19 – Racetrack
38
Figura 20 – Curva clássica – Correto e Errado
2.5.2 A missão típica da aeronave agrícola – AgroRobot
A missão idealizada para o vôo agrícola do AgroRobot é dividida em dez
seguimentos, conforme a Figura 21.
Figura 21 – Missão típica da aeronave agrícola – AgroRobot
0? 1 : Checkup – Taxiamento
1? 2 : Decolagem
2? 3 : Subida
6? 7 : Subida
7? 8 : Cruzeiro
8? 9 : Descida
9? 10: Pouso
39
3? 4 : Cruzeiro
4? 5 : Descida
5? 6 : Tiros / Pulverização
2.5.3 Padrão de pulverização agrícola
Nos trabalhos de pulverização agrícola, os produtos químicos são usados na
forma de líquidos, granulados e pós. O projeto de veículo aéreo não tripulado para
pulverização agrícola, proposto neste trabalho, usará produtos químicos na forma
líquida, sendo que todos os equipamentos dimensionados para a correta
pulverização agrícola.
A Taxa de Aplicação também denominada Volume de Aplicação (l/ha) é o
volume de liquido pulverizado sobre uma área de 1 ha. É função direta da vazão
(l/min), da velocidade (Km/h) e da largura da faixa de aplicação (m). De acordo com
ASABE (2007), o volume de aplicação pode ser classificado em cinco designações,
conforme o Quadro 1.
Designações
Ultra Ultra Baixo Volume (U-UBV)
Volume (l/ha)
< 0,5
Ultra Baixo Volume (UBV)
Baixo Volume (BV)
0,5 - 5
5 - 50
Médio Volume (MV)
50 - 500
Alto Volume (AV)
> 500
Quadro 1 – Categorias de aplicações via liquida
Segundo Costa et al (2007), a tendência atual é reduzir o volume de liquido
aplicado, o que leva à necessidade de gotas menores para melhor cobertura. Os
trabalhos mais recentes mostram que as partículas em torno de 80 a 100 micra dão
o mais alto índice de uniformidade de deposição, para a maioria da velocidade do ar.
A pulverização a baixo volume utiliza um volume médio da ordem de 60 micra,
sendo que a redução do volume de líquidos leva à necessidade de uma tecnologia
mais apurada, ta nto da parte do construtor do equipamento, quanto do técnico em
aplicação.
40
De acordo com Monteiro (2005), a utilização de pulverização pelo sistema de
aplicação aérea em Baixo Volume Oleoso – BVO, desenvolvida pelo Centro
Brasileiro de Bioaeronáutica, permite uma redução significativa nos volumes de
aplicação, pois esse sistema incorpora as seguintes tecnologias: UBV – Ultra Baixo
Volume, que utiliza defensivos altamente concentrados formulados em óleo e
pulverizados com neblinas de gotas finas e em volumes de 0,5 a 5 litros por hectare;
CDA – “Controlled Droplet Applications” ou aplicação com gota controlada, que
produz gotas homogêneas e controlando o tamanho da neblina pulverizada e EBO –
Emulsão com Base Oleosa, que se baseia na utilização de óleos vegetais como
veículo dos defensivos, na forma de emulsões, permitindo aplicações em Baixo
Volume e gotas finas e homogêneas, com menor evaporação das partículas. Os
volumes de aplicação no sistema BVO são classificados, conforme as aplicações
para culturas de algodão e soja, variam de 1,0 l/ha até 10 l/ha, dependendo do
estagio e ciclo das lavouras.
A vazão ou capacidade de pulverização (l/s) do sistema de pulverização é o
volume de defensivos aplicado por unidade de tempo. Essa vazão é ajustado pelo
operador do AgroRobot ou é ajustado pelo sistema de controladores automático de
vazão, considerando a taxa de aplicação (l/ha), velocidade de aplicação (Km/h) e a
largura da faixa de deposição da pulverização (m).
2.5.4 Plano de vôo do AgroRobot
O típico campo utilizado na otimização do desempenho do AgroRobot, em
sua missão agrícola é mostrado na Figura 22. No plano de vôo mostrado abaixo, a
largura do campo é denominada “a”, e a faixa de deposição da pulverização é
denominada “b”. O numero de vezes que será necessário para terminar a missão é
denominada de “n”. O comprimento do campo é função proporcional de “a”
41
Figura 22 – Plano de vôo do AgroRobot
Assumindo que no inicio do vôo do AgroRobot desenvolverá a missão como descrita
na Figura 22, ou seja táxiamento; decolagem; vôo de cruzeiro e descendo para
altitude de 1 metro, do lado externo (perna vento) da entrada para o tiro. Podemos
analisar abaixo, todos os segmentos do vôo, separadamente:
1. Vôo cruzeiro a 1 m de altura sobre a lavoura, velocidade constante.
2. Curva coordenada a direita (45°).
3. Subir para 10 m de altura.
4. Conduzir firme, em nível e curva coordenada a esquerda (225º).
5. Descer para 1 m de altura sobre a lavoura.
6. Vôo cruzeiro (tiro) a 1m de altura sobre a lavoura, velocidade constante.
7. Repetir os passos de 1 a 6 até completar a pulverização.
2.6 Comentários finais
A revisão bibliográfica, realizada neste capitulo, permitiu a identificação e a
importância ampla do uso da tecnologia empregada em veículos aéreos não
tripulados, sistemas de controle de vôo, vôo agrícola, missão típica da aeronave
agrícola e padrões de pulverização agrícola.
Considerando que, atualmente, haja uma grande gama de aeronaves não
tripuladas, realizando diversas operações nas áreas civis e militares, este capitulo
42
apresentou as aeronaves que possam ser utilizadas para o uso agrícola. Para isso,
este trabalho reuniu projetos de aeronaves que realizam atividades voltadas a vôos
agrícolas e vôos não tripulados de precisão, de forma a contribuir no
desenvolvimento deste projeto.
A conclusão a que se chega é que, apesar de ter uma variedade de
aeronaves não tripuladas, hoje, em atividade, existe uma carência na abordagem
para o uso agrícola e que, até o momento, os trabalhos que estão sendo
desenvolvidos estão em constante evolução.
3
MATERIAL E MÉTODOS
3.1 Introdução
Este capítulo apresenta os materiais e métodos que foram empregados na
construção do AgroRobot, apresentado de forma sistêmica e concisa, as
informações e técnicas que possibilitaram o desenvolvimento e a construção do
protótipo.
O projeto da plataforma aérea AgroRobot teve inicio na empresa Prince
Airmodel Ltda de Tupã / SP, com recursos do programa PIPE – Programa de
Incentivo as Pequenas Empresas da FAPESP – Fundo de Amparo à Pesquisa do
Estado de São Paulo, processo nº. 02/07889-9, sendo um projeto inovador na área
da engenharia agrícola. A aeronave AgroRobot foi desenvolvido, a partir dos dados
técnicos de uma aeronave ultra leve KR2, cuja montagem foi executada pela Prince
Air Models Ltda, empresa que já tinha experiência na construção de outros Vant’s,
para o mercado nacional, conforme mostra a Figura 23.
43
Figura 23 – Vants fabricado pela Prince Air Models Ltda.
O presente trabalho propõe desenvolver, a partir de uma plataforma aérea
existente, a adaptação de equipamentos (tanque, bombas, tubulações, barras, bicos
pulverizadores e sistema de autopilotagem) para pulverização aérea. Sua
concepção é multidisciplinar e abrange as áreas da engenharia aeronáutica,
engenharia
agrícola,
agronomia,
engenharia
eletrônica
e
engenharia
da
computação, que deverão ser aplicados, de forma integrada, para atender os
objetivos propostos neste trabalho.
3.2 Metodologia para o desenvolvimento do AgroRobot
Segundo Barros et al (2007), o processo completo de desenvolvimento de
uma aeronave, desde os primeiros estudos, até a sua liberação para o vôo, pode ser
dividido na s seguintes etapas principais:
1. Especificações e Requisitos;
2. Estudos Preliminares;
3. Anteprojeto;
4. Projeto;
44
5. Fabricação;
6. Ensaios no solo
7. Ensaios em vôo.
Cronologicamente, estas etapas se dispõem conforme a Figura 24.
Figura 24 – Disposição das etapas do desenvolvimento de aeronaves
Embora o desenvolvimento do projeto, a principio, se limita às quatro primeira
etapas, é comum algumas dificuldades serem identificadas durante a fabricação ou
durante os ensaios, provocando alterações no projeto.
As quatro primeiras etapas, correspondentes ao desenvolvimento do projeto
propriamente dito, serão detalhadas no presente trabalho.
3.2.1 Especificação e Requisitos
A etapa Especificação e Requisitos é subdividida em cinco subdivisões,
conforme mostra a Figura 25.
Figura 25 – Apresentação esquemática da etapa de Especificação e Requisitos.
3.2.2 Estudos Preliminares
45
A etapa Estudos Preliminares é constituída pelas três subdivisões mostrada
na Figura 26, sendo que a primeira (Métodos Comparativos) e a terceira
(Delimitação do Projeto) apresentam desdobramentos indicados.
Figura 26 – Apresentação esquemática da etapa Estudos Preliminares
3.2.3 Anteprojeto
A etapa Anteprojeto, por sua vez, constitui-se das onze subdivisões
mostradas na Figura 27.
Figura 27 – Apresentação esquemática da etapa Anteprojeto.
46
3.2.4 Projeto
Finalmente, a etapa Projeto é composta das sete subdivisões apresentadas
na figura 28, sendo que a subdivisão Desenhos Detalhados se desmembra
conforme indicado.
Figura 28 – Apresentação esquemática da etapa Projeto.
3.2.4.1
Filosofia de Projeto
De acordo com Barros et al (2005), como filosofias de projeto de aeronaves
destacam-se dois conceitos importantes, denominados de Solução Mínima e
Solução Livre.
O
conceito
de
Solução
Mínima,
defendido
por
muitos
projetistas
(especialmente da corrente européia), se baseia no pressuposto de que a aeronave
deve ser aquela menor e mais leve possível capaz de atender à missão para qual é
destinada.
Kovacs (1986), em seu trabalho Filosofia de Projeto, explana este conceito
dizendo que a aeronave deve ser a mais enxuta, a mais espartana possível. Ainda
no contesto da solução mínima, destaca a famosa expressão de Bill Stout,
“simplifique e adicione Leveza”, que permanece como advertência importante até
hoje. Tais princípios podem ser aplicados a aviões de qualquer porte. Segundo
Barros et al (2005), estes conceitos foram aplicados no F16 Falcon, resultando no
avião de caça mais revolucionário e mais vendido em todos os tempos. Esta filosofia
de projeto, adaptada para este trabalho, pode ser resumida em quatro tópicos:
47
i) Assegurar peso baixo via solução compacta, tamanho pequeno e
simplicidade;
ii) Restringir os equipamentos ao nível da necessidade operacional;
iii) Combinar mais de uma função (sempre que possível) para o
maior numero possível de componente do avião;
iv) Adotar grupo moto-propulsor com dimensões reduzidas e com
peso especifico e consumo especifico baixos.
Em contraposição ao conceito Solução Mínima, pode-se definir o conceito de
Solução Livre. Toda a aeronave projetada sem a preocupação em atender a
qualquer dos quatros tópicos listados anteriormente está segundo o conceito
Solução Livre.
A filosofia do projeto utilizado no desenvolvimento do AgroRobot foi a da
solução mínima, garantindo baixo peso e baixo custo com performance dentro do
projetado para as missões de pulverização agrícola.
3.3 Configuração do AgroRobot
No projeto, buscou-se um avião de configuração convencional, como
mostrado na Figura 29. O AgroRobot possue fuselagem com calda de dupla
empenagem (H-Tail). O conjunto moto -propulsor está instalado na parte dianteira da
fuselagem. O trem de pouso tipo convencional, com bequilha traseira. A forma e
dimensão da fuselagem têm espaço suficiente para acomodar um grande tanque de
defensivo (hopper). A parte superior da fuselagem é removível, permitindo o fácil
acesso ao seu interior. O combustível é condicionado na parte interna das asas,
através de dois tanques construídos em material composto de fibra de vidro e resina
epóxi. As asas são fixadas à fuselagem através da longarina central e parafusos. O
trem de pouso dianteiro é fixado diretamente na fuselagem, à frente da junção das
longarinas das asas. O trem de pouso traseiro está fixado à fuselagem e é
comandado por servo-motor independente dos servo -motores que atuam nos lemes.
Foram instaladas oito superfícies de controle de vôo (dois flaps, dois ailerons, dois
profundores e dois lemes).
48
Figura 29 – Veículo Aéreo Não Tripulado AgroRobot
Fonte: Prince Airmodel Ltda
3.3.1 Motor e Hélice
O sistema de propulsão do AgroRobot consiste basicamente de um motor
Simonini Mini 3, representado na Figura 30, de ciclo Otto de dois tempos,
monocilíndrico, refrigerado a ar, com sistema de redução de velocidade por polias e
correias em V, gerador
de eletricidade 24Vcc, motor de partida incorporado e
potencia nominal de 33 Hp. O gráfico, representado pela Figura 31, demonstra as
curvas de potencia e torque disponível do motor Mini 3.
Figura 30 – Vistas do motor Mini 3
Fonte: Simonini Flying S.R.L.
49
Figura 31 – Curva de Potencia e Torque do motor Mini 3
Fonte: Simonini Flying S.R.L.
A hélice utilizada, é fabricada pelo fabricante do motor, Simonini Flying S.R.L,
com duas laminas (bipá), fabricado em madeira e raio de 65 cm.
3.3.2 Asa
Tendo em vista a missão a ser desempenhada pelo AgroRobot, que carregar
uma grande carga, nos requisitos de pouso e decolagem e ter que realizar manobras
típicas da aviação agrícola convencional, a confecção da asa do AgroRobot foi
otimizada com a escolha do perfil RAF 48, mostrado na Figura 32, que tem um bom
coeficiente de sustentação e um baixo coeficiente de arrasto para os ângulos de
ataques previstos.
50
Figura 32 – Aerofólio RAF 48
Fonte: www.mh-aerotools.de/airfoils/javafoil.htm
Neste projeto está previsto uma distancia de pouso e decolagem pequena,
desta forma um perfil que tenha um alto CLmax , irá causar um aumento no arrasto e
consequentemente seria necessário de um grupo moto propulsor de maior potencia.
Para evitar este inconveniente, foi dimensionado flaps para aumentar a sustentação
em baixa velocidade, conciliando desta forma as necessidades de um CLmax alto para
pouso e decolagem e um arrasto baixo para a velocidade de cruzeiro e de
pulverização. Alem de avaliar o CLmax do perfil utilizado, verificamos também o
comportamento da curva CLx a a fim de analisar o comportamento de vôo próximo ao
estol. A Figura 28 mostra um gráfico com as características do perfil RAF 48.
Com o propósito de simplificar a construção da asa da aeronave, foi escolhido
o mesmo perfil na ponta e na raiz, atendendo os critérios de estol suave para a
aeronave, o que foi possível, pois o formato da asa do AgroRobot é do tipo
retangular, conforme a Figura 33.
51
Figura 33 – Polares do aerofólio RAF 48
Fonte: www.mh-aerotools.de/airfoils/javafoil.htm
Figura 34 – Vista superior do AgroRobot
52
Os ângulos de incidência da asa e o angulo de washout do AgroRobot, são
mostrados na Figura 35.
Figura 35 – Ângulos de incidência e washout
3.3.2.1
Estrutura da Asa
A distribuição de sustentação na asa do AgroRobot foi calculada com base no
método de Stender que considera a distribuição de cargas ao longo da envergadura
proporcional às áreas de uma asa imaginaria na qual as cordas são a media
geométrica das cordas reais e de uma asa elíptica da mesma área e envergadura.
Com a sustentação determinada, considerando o peso da aeronave em condição de
operação, foi determinadas as cargas que atuaram na asa e a sua distribuição na
longarina central, a qual tem a função primaria de suporte estrutural e a função
secundaria de passagem e suporte da tubulação de tubos dos sistema de
pulverização e suporte dos equipamentos externos de pulverização, conforme
mostrado na Figura 36.
53
Figura 36 – Vista lateral do AgroRobot
A asa do AgroRobot foi fabricada em duas cascas de composto de fibra de
vidro e resina epóxi, com sanduíche de material em poliuretano expandido (honey
comb), fabricada no sistema de “ vacuum bag”, uma para o extradorso e a outra para
o intradorso. A longarina central foi fabricada em composto de fibra de carbono e
resina epóxi, com seção retangular e espessura das paredes internas variável.
3.3.3 Cauda e Empenagens
A cauda é uma extensão da fuselagem, sendo composta de duas partes,
divididas verticalmente, simétricas, de composto de fibra de vidro e resina epóxi,
com sanduíche de material em poliuretano expandido (honey comb), fabricada no
sistema de vacuum bag, garantindo um baixo peso e uma boa rigidez, como é
desejado em todo projeto aeronáutico.
O projeto conceitual da empenagem vertical foi baseado na estabilização
latero-direcionalmente do AgroRobot e no posicionamento fora da zona de
turbulência provocada pela hélice, não sendo importante na contribuição de
sustentação da aeronave. Optou-se pela dupla empenagem vertical (H-Tail),
posicionadas na extremidade da empenagem horizontal, conforme mostrado na
Figura 29. O perfil utilizado foi o NACA 0006, simétrico, por apresentar baixo
coeficiente de arrasto. O dimensionamento da empenagem vertical foi determinado
através do equilíbrio das forças em relação ao CG da aeronave, nas condições
criticas do vôo agrícola, que foram analisadas:
?
Vôo a baixa altura e a velocidade próxima do estol;
?
Rotação após os tiros;
?
Pouso e decolagem curtos, com obstáculos.
3.3.4 Fuselagem
A fuselagem foi projetada e construída dentro das seguintes características:
?
Resistir aos esforços;
?
Acomodar os sistemas;
?
Ser aerodinâmica;
?
Ser leve.
54
A fuselagem foi fabricada em duas partes simétricas, divididas verticalmente,
de composto de fibra de vidro e resina epóxi, com sanduíche de material em
poliuretano expandido, fabricada no sistema de “ vacuum bag”.
3.3.5 Trem de Pouso
O modelo de trem de pouso foi determinado pelas diversas situações de
terrenos que são encontrados em campo. Em razão disso, optou-se pelo sistema
convencional, mais robusto que o sistema triciclo. Outro fator, de menor importância
na escolha do trem de pouso, é a condição aerodinâmica durante o vôo, em que o
modelo convencional produz menor arrasto que o triciclo. As estruturas de suporte
das rodas, foram feitas de composto de resina epóxi e fibra de carbono, injetados
em moldes, sobre pressão.
3.3.6 Definição dos Materiais Utilizados
As partes que integraram o protótipo do AgroRobot foram fabricados de forma
profissional, dentro da oficina da Prince Airmodel Ltda. Foram empregados diversos
materiais, sendo que para isso, o AgroRobot foi dividido em quatro componentes
principais (asa, fuselagem, trem de pouso e empenagem), com seus respectivos
materiais. A Figura 37 apresenta os materiais utilizados em cada componente
fabricado.
Figura 37 – Definição de materiais utilizados no AgroRobot
55
Após a fabricação dos componentes e a aquisição de peças e conjuntos
mecânicos e eletrônicos, foi realizada a montagem principal do AgroRobot, que
consiste em asas, fuselagem, empenagem, trem de pouso, com os seus respectivos
acessórios. A dimensão final da aeronave, assim como a especificações dos
materiais a serem inseridos no mesmo, esta descrita no Quadro 2.
Descrição
Envergadura
Comprimento longitudinal
Altura
Peso vazio
Peso máximo
Motor
Marca / modelo
Rpm
Diâmetro x passo da hélice
Volume
Desempenho
Autonomia de vôo
Teto limite
Teto operacional
Combustível
Mistura
Volume de combustível
Material de controle
Rádio controle
Material de operação
GPS
Vídeo Link
Dimensão
6000 mm
4050 mm
940 mm
37 Kg
137 Kg
Simonini Mini3
7500 RPM
51 1/4 x 8
270 cm³
1:00h
200 m
10 m
Gasolina + Óleo lubrificante
3000 ml
Futaba 8 c. PCM
Micropilot 2028g
Para 1000 m de alcance
Quadro 2 – Especificações técnicas do AgroRobot
3.3.7 Resultados
Este item ressalta os resultados alcançados ao longo do trabalho. O uso de
uma metodologia para o desenvolvimento do protótipo do AgroRobot, é um dos
principais resultados obtidos. O conhecimento adquirido no decorrer do processo
permitiu uma discussão sobre os aspectos pertinentes no desempenho do protótipo.
No projeto, as características de vôo foram formadas em função dos
requisitos de projeto, em conformidade com a missão típica da aeronave agrícola, os
padrões do vôo agrícola e a carga paga.
56
Foram realizada uma serie de vôos, inicialmente radio controlados, simulando
a missão típica da aeronave agrícola, com alteração gradativa da carga paga, para
avaliação do desempenho da aeronave.
Os resultados foram satisfatórios, atingindo todos os objetivos de projeto, não
havendo a necessidade de modificações e alterações no protótipo. As velocidades
de cruzeiro e estol, a distancia de pouso e decolagem, estabilidade de vôo e
estabilidade lateral foram checadas e avaliadas com os dados teóricos do projeto.
A duração da aplicação da metodologia foi aproximadamente dois meses e a
execução do protótipo levou em torno de quatro meses. Os recursos financeiros
foram provenientes da FAPESP e a mão de obra especializada fornecida pela Prince
Airmodel Ltda.
3.3.8 Considerações Finais
Neste capitulo foram expostas, de forma resumida, a metodologia utilizada no
desenvolvimento do projeto, a filosofia de projeto adotado, as características
técnicas do protótipo e as características dos materiais empregados na sua
construção.
Foram também expostos, os resultados dos vôos e a manobrabilidade do
protótipo nas execuções de vôos agrícolas simulados, carregando a carga paga de
100 Kg, sendo o protótipo considerado pronto para a instalação de equipamentos de
pulverização agrícola.
57
4
SISTEMA DE PULVERIZAÇÃO
De acordo com Zica et al. (2005), a aplicação aérea de baixo volume (UBV),
tipicamente 5 a 15 litros por hectare com atomizadores rotativos, não é novidade no
Brasil, porem os recentes desenvolvimentos mostra um renovado interesse nesta
tecnologia. Baixos volumes proporcionam aos operadores melhoria na produtividade
e redução de custos operacionais, principalmente pela limitada carga volumétrica de
100 litros do AgroRobot. Por mais de três décadas os atomizadores rotativos tem
sido usados através do país em uma ampla gama de culturas, tais como soja, milho,
cana de açúcar, algodão, feijão, arroz, trigo e banana. Os produtos aplicados têm
sido usualmente inseticidas, fungicidas, reguladores de crescimento e alguns
fertilizantes foliares, sempre onde o desempenho biológico do sistema com seu
controle do diâmetro de gota é frequentemente superior aos sistemas convencionais
de aplicação em altos volumes com bicos hidráulicos.
4.1 Atomizadores Rotativos
De acordo com Schroder (2005), A utilização de atomizadores de alta rotação,
na aviação agrícola e em aplicações de baixo volume oleoso (BVO), tem se
mostrado eficiente na pulverização de agroquímicos, proporcionando maior
penetração de gotas no dossel foliar das culturas. Mais de cinco mil rotações por
minuto é a velocidade de giro dos atomizadores rotativos empregados pela aviação
agrícola, para gerar espectros de gotas uniformes e com baixos volumes de calda
por hectare pulverizado.
O sistema BVO, com atomizadores rotativos de discos, mostrou-se mais
eficiente para pulverização de agroquímicos que necessitem atingir culturas no porte
de 70 cm de altura. O sistema BVO proporciona aplicações mais produtivas, devido
a redução do volume de calda e ao aumento da largura de faixa, o que se reflete na
redução do custo da aplicação.
No mercado brasileiro, existem disponível dois fornecedores de equipamentos
que podem ser utilizados em nosso projeto, para aplicação aérea de baixo volume e
aplicações aéreas de baixo volume oleoso.
58
4.1.1 Micronair
O atomizador Micronair AU5000 LD, desenvolvido pela Bromyard Industrial
Estate – Inglaterra, é o ultimo desenvolvimento na tecnologia de atomizadores
rotativos, projetado para minimizara deriva em pulverizações. Consiste de um
conjunto de discos plásticos moldados com precisão, com bordas serrilhadas que
permite a produção controlada de gotas, conforme Figura 38. O diâmetro dos discos
é de apenas 65mm, reduzindo a velocidade tangencial na borda do disco, quando
comparada com a tela metálica padrão do AU5000 LD. Isto, juntamente com um
defletor de ar acoplado ao conjunto de discos, evita a quebra secundaria das gotas,
pois elas não são jogadas diretamente na corrente de ar de alta velocidade,
reduzindo assim a fração de gotas finas e a conseqüente e indesejada deriva para
fora do alvo. O AU5000 LD é intercambiável com tela metálica padrão mediante
simples remoção de três parafusos. É capaz de produzir gotas na faixa de 80 µm em
diâmetro DMV (Diâmetro Médio Volumétrico) até 400 µm DMV, dependendo da
necessidade da aplicação, simplesmente modificando o angula das três pás de cada
atomizador, o que faz que a velocidade de rotação varie.
Figura 38 – Corte do atomizador AU5000 LD
Fonte: Agrotec Tecnologia Agrícola e Industrial Ltda
59
Os kits de instalação do AU5000 LD são fornecidos completos pelo fabricante
Micronair, representado no Brasil pela Agrotec Tecnologia Agrícola e Industrial Ltda,
Pelotas – RS, com todos os acessórios, inclusive suportes de fixação, restritores
variáveis, válvulas automáticas com diafragmas para vedação imediata e mais todas
as mangueiras, conexões, abraçadeiras e outros componentes, conforme a Figura
36. Para adaptação no AgroRobot, seria necessário a fabricação de suporte em
material composto de fibra de vidro e resina epóxi, para ser fixado sobre a longarina
da asa, posicionando-os conforme desenhado na Figura 39.
Figura 39 – Montagem do atomizador AU5000 LD
Fonte: Agrotec Tecnologia Agrícola e Industrial Ltda
As especificações técnicas do atomizador AU5000 LD, são:
?
Peso: 1,8 kg, completo com suportes para montagem;
?
Vazão: 0 – 23 litros/min, por atomizador;
?
Controle de vazão: através da unidade de restrição variável;
?
Vedação do produto: por válvula de diafragma e válvula interna de
segurança;
?
Velocidade de vôo: 80 -160 Km/h, com pás EX2021;
?
Velocidade de rotação: 1.500 a 10.000 RPM;
?
Diâmetro da gota - DMV: variável entre 80 a 250 µm.
60
4.1.2 Centro Brasileiro de Bioaeronáutica
O Centro Brasileiro de Bioaeronáutica desenvolveu o atomizador rotativo de
disco para uso em aeronaves agrícolas, denominado TA 88C-6, conforme Figura 40.
Esse aparelho possue hélice de cinco pás, seis discos e incorpora suporte e
aerofólio. O passo da hélice é ajustável, possibilitando a variação da rotação do
atomizador, variando assim o diâmetro médio volumétrico (DMV) das gotas através
da variação da rotação. Os componentes principais são: atomizador rotativo; válvula
de fecho rápido; suporte; mangueiras, abraçadeiras e acessórios.
Figura 40 – Turboaero TA-88C-6
Fonte: Centro Brasileiro de Bioaeronáutica
As especificações técnicas do atomizador TA-88C-6, são:
?
Peso: 1,0 kg, completo com suportes para montagem;
?
Vazão: 0 – 14 litros/min, por atomizador;
?
Controle de vazão: através da unidade de restrição variável;
?
Vedação do produto: por válvula de diafragma
?
Velocidade de vôo: 90 -140 m/h;
?
Velocidade de rotação: 4.000 a 10.000 RPM;
?
Diâmetro da gota - DMV: variável entre 80 a 200 µm.
61
Devido a faixa de velocidade de operação do AgroRobot, em torno de 100 a
130 Km/h, o atomizador mais indicado para ser instalado seria o AU5000 LD, pois
instalado com pás modelo EX2021 é indicado para a faixa de velocidade de vôo de
80 -160 Km/h. A quantidade utilizada inicialmente seria de dois atomizadores, para
teste em campo e avaliações de deposição.
4.2
Componentes do Sistema de Pulverização
O sistema de pulverização proposto para o AgroRobot consiste em um tanque
de calda, uma bomba de pressurização, uma turbina (medidor de vazão), uma
válvula elétrica e uma caixa de controle, que é conectada ao DGPS do Autopiloto.
Figura 41. Através da estação de terra do sistema de autopilotagem, onde são
inseridos os dados da área de pulverização, velocidade de vôo, largura de faixa e
taxa de aplicação. A turbina (medidor de vazão) informa para o sistema a vazão real,
o qual gerencia, através da válvula elétrica, p ajuste de vazão real para que
aproxime da vazão teórica.
Figura 41 – Componentes do sistema de pulverização
Fonte: Agrotec Tecnologia Agrícola e Industrial Ltda
62
5
CONCLUSÔES
Este capitulo são mostrados as conclusões sobre o assunto abordado neste
trabalho, analisando o desenvolvimento do protótipo e o seu desenvolvimento para
aplicação em pulverização aérea. Com embasamento nos resultados obtidos nesta
monografia, serão apresentadas as principais conclusões e sugestões para
trabalhos futuros.
O protótipo apresentou resultados satisfatórios para as situações requeridas
no projeto, para decolagem e pouso, conforme mostrado no Vídeo 1. Em vôo, o
protótipo demonstrou excelente desempenho, realizando curvas de retorno (180º),
com grande inclinação de asa, totalmente coordenada, estabilidade direcional em
vôo de baixa altitude e apresentou também, grande eficiência da empenagem. A
fuselagem apresentou grande rigidez estrutural e as asas suportaram os esforços
solicitantes devido à manobras típicas do vôo agrícola, com 100 Kg de carga paga.
Concluiu-se que o AgroRobot é uma plataforma voadora, de grande
capacidade de carga e com manobrabilidade suficiente para realizar vôos agrícolas.
A rigidez estrutural da longarina da asa, construída em material composto de
fibra de carbono e resina epóxi, é suficiente para a instalação dos suportes dos
atomizadores rotativos, sem provocar deformação rotacional e dimensional da asa.
O aumento de arrasto provocado pelos atomizadores serão absorvidos pela
reserva de potencia que motor Simonini Mini 3 possui.
Por fim, os objetivos propostos
nesta
monografia
foram
atingidos,
demonstrando a possibilidade de forma pratica de construir um veiculo aéreo não
tripulado, para pulverização agrícola, aumentando assim as ferramentas para a
agricultura.
63
6
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Computação)-Universidade de São Paulo, São Carlos.
66
ANEXOS
67
ANEXO I
Pedido de Patente de Invenção
68
ANEXO II
Termo de Outorga - FAPESP
69
ANEXO III
Reportagem: Jornal O Diário de 15/10/2003
70