Uso de máquinas agrícolas para mobilização do solo

O uso de máquinas agrícolas para a mobilização do solo e o seu consumo energético englobam um dos custos mais elevados nas propriedades rurais. Dentre as tecnologias disponíveis para a agricultura, o uso de sistemas de aquisição de dados e programas computacionais, que geram informações importantes relacionadas aos parâmetros das máquinas agrícolas e podem mensurar a força de mobilização do solo em tempo real e assim tornar a operação mais rentável e adequada para cada necessidade.

Muitas operações agrícolas realizadas nas propriedades rurais apresentam algum tipo de atividade mecanizada em busca de melhores resultados de eficiência operacional e retorno econômico ao produtor rural. Essa intensificação de processos mecanizados no campo deve ser corretamente dimensionada, relacionando de forma eficiente o conjunto trator, ferramenta e solo.

As operações agrícolas empregadas na implantação de uma cultura, desde o preparo do solo até a colheita, na sua maioria podem ser mecanizadas e, com isto, apresentar grande eficiência e retorno econômico ao produtor, desde que estas sejam bem conduzidas empregando para isto tecnologia e maquinário adequado (Duarte Júnior et al, 2008).

O uso de máquinas e tratores agrícolas é requerido para a mobilização do solo e o consumo energético desses equipamentos engloba um dos custos mais elevados nas operações agrícolas das propriedades rurais. A demanda energética está diretamente ligada a fatores como a adequação e condição do conjunto trator-equipamento, profundidade da operação, tipo e condição de solo, número total de operações utilizadas, configuração geométrica das ferramentas, dentre outros.

A necessidade dos produtores rurais em descompactar seus solos para a produção agrícola faz com que os mesmos dependam da utilização de ferramentas de mobilização do solo como escarificadores e subsoladores visando corrigir essa limitação.

Lanças (2002) afirma que o escarificador é um implemento, cuja função é promover a desagregação do solo, no sentido de baixo para cima, realizando mobilização até a profundidade de 35cm. É semelhante a um subsolador, porém trabalhando em profundidades menores e com espaçamento entre hastes também menor.

Em relação ao rompimento do solo, o mesmo autor cita ainda que as hastes dos escarificadores mobilizam o solo em propagação tridimensional (para frente, para os lados e para cima) das trincas, ou seja, o solo não é cortado como na aração ou gradagem e sim rompido nas suas linhas de fraturas naturais através das interfaces dos seus agregados.

Vista parcial da área experimental.
Vista parcial da área experimental.

Dentre as tecnologias atualmente utilizadas na agricultura, verifica-se que o uso de sistemas sensores, sistemas eletrônicos de aquisição de dados e programas computacionais possibilitam a coleta e o processamento de um elevado volume de dados capazes de gerar informações importantes relacionadas aos parâmetros das máquinas agrícolas.

O conceito de sensores para relacionar as propriedades físicas do solo, medições de compactação, mapeamento simultâneo de resistência mecânica em diferentes profundidades e conteúdo de água tem mostrado ser uma abordagem promissora, auxiliando significativamente o conhecimento das variáveis físicas do solo e, potencialmente, o aumento na eficiência da agricultura (Adamchuk et al, 2008).

Com base nos conceitos supramencionados realizou-se uma pesquisa na área experimental agrícola pertencente à Tokyo University of Agriculture and Technology, localizada no Distrito de Fuchu, cidade de Tóquio, Japão, com o objetivo de desenvolver um sistema de mensuração das forças de mobilização do solo em tempo real com uso de tecnologias da informação. A universidade forneceu centro de pesquisa nas áreas de agricultura de precisão e mecanização agrícola e disponibilizou tecnologias para a instrumentação das máquinas e equipamentos agrícolas.

Foi utilizado um equipamento agrícola de modelo plowsoiler fabricado pela empresa Sugano Farm Machinery. O equipamento consistiu de uma plataforma metálica montada junto ao sistema hidráulico de três pontos do trator agrícola e ofereceu suporte para a alocação de hastes com defletores de até 7cm de largura. Para a realização dos ensaios foi utilizado um modelo específico do equipamento com suporte para apenas uma haste escarificadora adaptando-se às condições dos ensaios e às especificações do trator de pequeno porte.

Para determinação de velocidades de deslocamento foi instalado junto ao trator agrícola um receptor GNSS da marca Hemisphere GPS Smart Antenna, com sistema de correção diferencial e-Dif.

Foram utilizados três extensômetros elétricos de resistência Kyowa, modelo KFG-5-350-C1, instalados junto ao equipamento agrícola para mensuração das forças de mobilização do solo.

Os três extensômetros elétricos de resistência denominados sensor ch1, ch2 e ch3 foram instalados na haste do equipamento agrícola e calibrados por meio de uma célula de carga aferida comparando-se os sinais gerados pelos sensores com os valores gerados pela célula de carga. Os sensores foram posicionados na haste de acordo com Sakai et al (2005).

Para a coleta dos dados foram utilizados três sistemas eletrônicos de aquisição de dados Kyowa, modelo DBU-120 com frequência de 100Hz, responsáveis pela coleta dos sinais gerados respectivamente pelos sensores ch1, ch2 e ch3 instalados na haste do equipamento. Um computador industrial da marca Panasonic Toughbook 30 foi instrumentado junto ao trator agrícola e utilizado durante a realização dos ensaios para coletar e armazenar os dados em tempo real e de forma simultânea entre os canais sensores ch1, ch2 e ch3.

Uma estrutura de madeira foi construída para adaptar a instalação do computador industrial, da bateria de alimentação e dos três sistemas de aquisição de dados. A estrutura de madeira foi fixada junto ao equipamento escarificador. (Figura 1). 

Figura 1 - Instalação dos sistemas de aquisição de dados e microcomputador
Figura 1 - Instalação dos sistemas de aquisição de dados e microcomputador.

O conjunto foi responsável pela coleta de dados gerados pelos sensores ch1, ch2 e ch3 instalados na haste e pelo receptor GNSS instalado no trator agrícola. Para determinar os requerimentos de forças horizontal (Fx), vertical (Fy) e resultante (F) solicitados pelas operações de campo utilizou-se uma haste instrumentada com extensômetros elétricos de resistência segundo Liu et al (1996) e Sakai et al (2009), ilustrados na Figura 2.

Figura 2 - Determinação das forças do equipamento
Figura 2 - Determinação das forças do equipamento.
Equipamento agrícola plowsoiler.
Equipamento agrícola plowsoiler.

Como exemplo dos resultados coletados, a Figura 3 ilustra as forças de mobilização da coleta dos dados temporais do sensor ch1, para o tratamento em profundidade de trabalho de 35cm.

Figura 3 - Gráfico dos dados temporais obtidos pelo sensor ch1
Figura 3 - Gráfico dos dados temporais obtidos pelo sensor ch1.

A partir dos resultados da resistência do solo, através das células de carga com posição georreferenciada por receptor GNSS, obtidos pela haste instrumentada, faz-se possível a intervenção em tempo real nas camadas compactadas em profundidades variáveis ou posterior gerenciamento a partir do mapeamento da área.

Machado (2013) desenvolveu e avaliou um protótipo de hastes instrumentadas, capazes de fazer a leitura de resistência do solo, em três diferentes camadas, em tempo real, comandando o escarificador a descompactar o solo quando necessário, bem como coletar informações para o mapeamento das camadas para fins gerenciais.

O autor verificou que as hastes realizaram as leituras de resistência mecânica do solo semelhantes ao penetrômetro, tendo uma correlação aceitável com R2 = 0,79.

 A utilização desse tipo de equipamento no gerenciamento agrícola pode permitir ao produtor rural um melhor uso dos equipamentos agrícolas, a diminuição do consumo de energia e o aumento na capacidade operacional.

O trator agrícola instrumentado com os sistemas sensores, sistemas eletrônicos de aquisição de dados, sistema GNSS e computador industrial mostrou-se adequado para condução dos ensaios de campo propostos no trabalho. Nas condições ensaiadas, a instrumentação do equipamento agrícola para mobilização do solo mostrou-se adequada para avaliar as forças horizontal (Fx), vertical (Fy) e resultante (F).

Os ensaios em campo demonstraram que o sistema pode produzir resultados que evidenciam a variabilidade espacial nas áreas agrícolas com grau elevado de densidade de amostragem e ainda apresentar uma capacidade operacional mais eficiente e dinâmica se comparada com levantamentos feitos com métodos convencionais.

Trator agrícola instrumentado utilizado pelo pesquisador para a realização do ensaio.
Trator agrícola instrumentado utilizado pelo pesquisador para a realização do ensaio.


Gustavo K. Montanha, Fatecbt; Saulo P. S. Guerra, Unesp; Fernando H. Campos, UTFPR; Marcelo S. Denadai, Unesp


Artigo publicado na edição 159 da Cultivar Máquinas. 

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