Influência da potência e da curva de torque no desempenho do trator

A mecanização agrícola está presente em todo mundo, em alguns países com maior abundância, outros, nem tanto. O Brasil, atualmente referência mundial em produção de alimentos e bioenergia, acompanha as constantes inovações do mercado de máquinas agrícolas e, muitas vezes se antecipa em relação a lançamentos mundiais.

O aumento da necessidade em produzir alimentos, em função do crescimento da população mundial, faz com que a agricultura moderna se mantenha em expansão e, consequentemente, torna-se necessário a utilização de máquinas e equipamentos de alto desempenho a campo, ficando as grandes lavouras dependentes de uma mecanização rápida e eficiente.

No Brasil, a modernização é visível através de maquinários expostos em feiras e, estes mesmos maquinários trabalhando no campo, na produção e grãos, cana-de-açúcar, fibras, biomassa, pastagens, entre outras atividades agropecuárias e florestais. Em relação a tratores agrícolas, o crescimento é notório, seja no tamanho e nos números de produção e vendas. Segundo a Anfavea, em 2012 foram produzidos no Brasil 64.456 tratores agrícolas de rodas e as vendas internas foram de 55.812 unidades. O recorde da produção é recente, em 2010, com mais de 71 mil unidades produzidas.

O Brasil comercializa diversos modelos de tratores sobre rodas, cada um, corresponde a uma determinada atividade, os de maiores potências, em agriculturas de grande escala como, por exemplo, a cana-de-açúcar. Os tratores de menores potências, na faixa de 50cv a 100cv, tem preferência na compra pelos agricultores, podendo ser aproveitado em diversos trabalhos. Na maioria das vezes o seu potencial não é bem aproveitado, devido à falta de informação e, às vezes, em função de diversidade de atividades em uma propriedade ao longo do ano.

Técnicos e agricultores usam seus conhecimentos e suas experiências para adquirir um trator que melhor se encaixe as atividades do campo e, claro, não deixando a desejar por falta de potência, ou por falta de torque. O termo torque é, muitas vezes esquecido, tendo em vista que ao se saber a potência do motor do trator, já se tem uma boa noção de sua capacidade de trabalho.

O trator agrícola pode utilizar a sua energia para realizar trabalhos de diversas maneiras, podendo ser através da barra de tração (BT), tomada de potência (TDP) e sistema hidráulico (SH), mecanismos que permitem ao trator, levantar, empurrar e tracionar máquinas e implementos, utilizados durante a realização das atividades a campo ou estáticas.

Uma problemática relacionada ao desempenho do trator é a variação das condições de trabalho. Existem diversos fatores que influenciam em seu desempenho, como a textura do solo, a cobertura vegetal, a relação peso-potência, a topografia do terreno, o tipo de pneu, entre outras variáveis. Para buscar melhorias operacionais e respostas em relação ao desempenho dos tratores, as empresas e instituições de ensino e pesquisa realizam trabalhos conjuntos para avaliar o comportamento destas máquinas, em diversas situações.

Nos ensaios dinamométricos, mediante uso da TDP, são obtidas as curvas características do motor do trator: curva de torque, potência e consumo de combustível. Através da utilização de modelos matemáticos e teorias preditivas, já aceitas cientificamente, pode-se estimar a potência de tração de um trator agrícola nas condições de campo ou em pista de ensaio padronizada (concreto).

Em um trabalho realizado pelo Núcleo de Ensaios de Máquinas e Pneus Agroflorestais (NEMPA) pertencente à Faculdade de Ciências Agronômicas da Universidade Estadual Paulista, Campus de Botucatu (SP), buscou-se estimar a capacidade de tração de um trator agrícola, de acordo com a curva de torque do motor e por índices de eficiência e comparar com a força de tração real obtida em pista de concreto e em solo firme, para seis marchas usuais do trator operando em campo. Os ensaios de pista de concreto são utilizados para comparar tratores em mesmas condições, o que fornece maior precisão aos resultados podendo ser extrapolados para as condições de campo.

Para execução desta pesquisa foi utilizado um trator agrícola com uma potência usual entre os produtores (180 cv), classificado como 4X2 TDA (Tração Dianteira Auxiliar), com a lastragem mínima (conforme vendido o trator) mais 75% água nos pneus traseiros, totalizando 9.000 kgf, distribuídos com 60% no eixo traseiro e 40% no eixo dianteiro. Através do ensaio em dinamômetro acoplado a TDP do trator, foram obtidas as curvas de potência e torque do motor (T_M). Com a curva de torque e através de índices de eficiência já conhecidos em normas internacionais (ASABE), foi possível determinar a capacidade de tração teórica do trator para duas condições de superfície.

Na Figura 1 observam-se as curvas de potência e torque, em função da rotação do motor. Através, da curva de torque é possível estimar a capacidade de tração do trator para cada uma das marchas, através de cálculos matemáticos, junto com outras informações, tais como a eficiência na transmissão (ƞt) e dimensões das rodas motrizes.

Tratores com tração dianteira auxiliar (TDA) possuem eficiência na barra de tração na ordem de 78% para pista de concreto, e cerca de 68% para solo firme (ASABE, 2011). Estes valores, foram utilizados alternativamente como valores da eficiência na transmissão (ƞt) do torque do motor até as rodas motrizes e, assim, determinar a capacidade teórica de tração, de acordo com a relação de transmissão entre motor e rodas motrizes (it), raio de rolamento das rodas motrizes (r_o), torque do motor (T_M) e a dedução da resistência ao rolamento do trator (Rr), variáveis estas que se remetem a determinação da tração teórica através da equação 1 (Box).

Já para a obtenção dos dados reais contou-se com o auxílio da Unidade Móvel de Ensaio na Barra de Tração (UMEB), que tem como principal função aplicar cargas controladas na barra de tração do trator, através de um sistema pneumático de frenagem. Acoplado ao conjunto Trator-UMEB, utilizou-se uma instrumentação eletrônica e um sistema de aquisição de dados para a captação dos dados de interesse, como força de tração, rotação do motor e consumo de combustível entre outros.

Nas Tabelas 1 e 2 podem ser observados de forma sintetizada, os valores encontrados de torque do motor (T_M), torque nos eixos motrizes (T_E), força de tração teórica (F_T teórica) e real (F_T real), e o erro associado entre a força de tração real e teórica. Observa-se que para os cálculos teóricos foram próximos aos valores de campo, principalmente para os da pista de concreto, onde se tem uma maior homogeneidade superficial. Para o cálculo do erro, utilizou-se como referência o valor de campo.

Tabela 1. Resultados teóricos e reais para a condição de pista de concreto

Marcha	Rotação final (rpm)	TM (Nm)	TE (Nm)	FT teórica (kN)	FT real (kN)	Erro (%)
Superfície: concreto
7ª	2322	526,8	75437	70,9	67,2	5,1
8ª	1947	620,0	73897	69,4	66,8	3,7
9ª	1378	713,2	70791	66,4	64,3	3,2
10ª	1316	728,9	60075	56,1	54,9	2,1
11ª	1313	729,9	51361	47,7	46,9	1,6
12ª	1236	741,6	43326	40,0	38,3	4,1

Marcha

Rotação final
(rpm)

T_M

(Nm)

T_E

(Nm)

F_T teórica
(kN)

F_T real
(kN)

Erro

(%)

Superfície: concreto

7ª

2322

526,8

75437

70,9

67,2

5,1

8ª

1947

620,0

73897

69,4

66,8

3,7

9ª

1378

713,2

70791

66,4

64,3

3,2

10ª

1316

728,9

60075

56,1

54,9

2,1

11ª

1313

729,9

51361

47,7

46,9

1,6

12ª

1236

741,6

43326

40,0

38,3

4,1

Tabela 2. Resultados teóricos e reais para a condição de solo firme

Marcha		Rotação final (rpm)	TM (Nm)	TE (Nm)		FT teórica (kN)		FT real (kN)		Erro (%)
Superfície: solo firme
7ª	2451		Não foi possível a comparação devido ao limitado coeficiente de tração
8ª	2389		506,2		60334		48,0		48,4		-0,7
9ª	2199		558,2		55406		43,9		47		-7,2
10ª	2211		555,2		45763		35,8		36,1		-0,9
11ª	1308		730,8		51430		40,5		38,0		6,2
12ª	1359		718,1		41951		32,6		33,4		-2,6

Marcha

Rotação final
(rpm)

T_M
(Nm)

T_E
(Nm)

F_T teórica
(kN)

F_T real
(kN)

Erro

(%)

Superfície: solo firme

7ª

2451

Não foi possível a comparação devido ao limitado coeficiente de tração

8ª

2389

506,2

60334

48,0

48,4

-0,7

9ª

2199

558,2

55406

43,9

47

-7,2

10ª

2211

555,2

45763

35,8

36,1

-0,9

11ª

1308

730,8

51430

40,5

38,0

6,2

12ª

1359

718,1

41951

32,6

33,4

-2,6

Pelos dados apresentados nas tabelas foi possível determinar a capacidade teórica de tração do trator através do torque do motor e dos índices de eficiência, com erros na ordem de 5 a 10% em relação a força de tração de campo, para mais ou para menos. Portanto, a curva de torque é uma boa alternativa para se estimar a capacidade de tração do trator e pode ajudar o produtor na hora da aquisição.

Este artigo foi publicado na edição 135 da revista Cultivar Máquinas. Clique aqui para ler a edição.