Avaliação e simulação do desempenho de uma colhedora de fluxo axial para feijão (Phaseolus vulgaris L.)

Abstract

Na avaliação de desempenho da máquina colhedora de feijão (Phaseolus vulgaris L.) foram estudadas as exigências energéticas, a capacidade de processamento, as perdas ocasionadas no processo de colheita, a qualidade do produto colhido e o nível de ruído emitido pelo conjunto trator-máquina. Para analisar o processo de separação mecânica do produto, por meio do desenvolvimento de modelos de simulação, considerou-se que a probabilidade de separação dos grãos da vagem é proporcional à energia despendida na debulha e à transmissibilidade desta energia através da densidade da camada de palha. O trabalho foi conduzido no Laboratório de Mecanização Agrícola do Departamento de Engenharia Agrícola da Universidade Federal de Viçosa, nas empresas MIAC, COTRAME e AEMCO, pertencentes às Indústrias Reunidas Colombo Ltda., e no Campo Experimental e Laboratório de Automação Agropecuária da EMBRAPA Milho e Sorgo. Os ensaios foram realizados com a cultura do feijão, cultivar Carioca, utilizando uma colhedora de arrasto modelo “Double Master” com sistema de trilha em fluxo axial. As variáveis investigadas foram: número de linhas de feijão na leira (4, 7 e 10 linhas), velocidade de trabalho da máquina (4, 7 e 10 km/h), rotação do cilindro trilhador (420 e 540 rpm) e o teor de umidade de colheita do produto (10,65 ± 0,25 e 14,10 ± 0,81%). Foram determinados, nos testes, o torque e a rotação na TDP do trator, a força necessária para arrastar a máquina, a quantidade de produto colhido e o tempo necessário para colhê-lo, o nível de ruído emitido pelo conjunto trator-máquina e a massa de grãos perdida durante a colheita. Retiraram-se amostras no tanque graneleiro da máquina para analisar a qualidade do produto, sendo determinados a pureza, o índice de danos mecânicos, o vigor e a germinação das sementes. Por meio das análises de metodologia de superfície de resposta dos dados e interpretações dos resultados obtidos, pode-se concluir que, nas condições que o trabalho foi realizado a potência exigida no motor do trator para tracionar a colhedora, com carregamento máximo do tanque graneleiro, foi 7,90 kW e o acionamento dos órgãos internos demandou 45,28 kW. A capacidade de colheita aumentou, linearmente, com o aumento da taxa de alimentação, com maior valor de 6,56 t/h. O consumo específico de energia apresentou comportamento quadrático em função da taxa de alimentação, o menor consumo específico de energia obtido foi de 2,46 kWh/t. A perda na plataforma de recolhimento foi a maior dentre os demais componentes da colhedora, representando 49,19% da perda total da colhedora. As perdas no sistema de trilha e na separação e de limpeza foi de 44,62 e 6,19%, respectivamente. O melhor resultado de eficiência de colheita da máquina foi 96,98%. A germinação, o vigor e a pureza aumentaram com o aumento da taxa de alimentação da colhedora. Os valores desses parâmetros de qualidade foram maiores para a rotação de 420 rpm do que para a de 540 rpm na TDP. O índice de danos mecânicos decresceu com o aumento da taxa de alimentação, e aumentou com o aumento da rotação do cilindro trilhador. O conjunto trator-máquina emitiu níveis de ruído acima do limite de 85 dBA, que é considerado crítico pela NR-15 para oito horas de exposição diária, independentemente das rotações do motor utilizadas. O nível de ruído diminuiu com o aumento da taxa de alimentação, mas aumentou com o aumento da rotação do motor do trator. O nível de ruído foi menor quanto maior era o raio de afastamento lateral, sendo que o lado traseiro foi o que apresentou maiores valores. O modelo de simulação implementado foi validado, apresentando erro relativo médio na determinação da eficiência de trilha e separação do côncavo de 1,78%. Por meio da análise do modelo, verificou-se que a diferença de teor de umidade nos grãos, nas faixas estudadas, não influenciou a eficiência de trilha e separação do côncavo.

In the evaluation of the bean axial flow harvester it was studied the energy consumption, the processing capacity, and the losses in the harvesting process, the quality of harvested product and the noise generated by the tractor-harvester system. The mechanical separation process analysis was done by using a mathematical model, the probability of separating grains from the supporting parts of the plant was assumed proportional to the energy necessary for threshing and for transmitting this energy through the material other than grain layer. The work was done in the Agricultural Mechanization Laboratory of the Department of Agricultural Engineering, Universidade Federal de Vicosa and in the MIAC, COTRAME e AEMCO companies and also in the Experimental Field and Agricultural Automation Laboratory of Embrapa Milho e Sorgo. The tests were performed for beans of “Carioca” cultivar and using a pull type bean harvester, “Double Master” model. This harvester has an axial flow threshing system. During the tests the following variables were analyzed: a) number of bean rows in each harvesting line (4, 7 e 10 rows); b) the harvester speed (4, 7 e 10 km/h); c) the rotation of the threshing cylinder (420 e 540 rpm) and d) the product moisture content (10,65 ± 0,25 e 14,10 ± 0,81% wet basis). In the tests the torque and speed of PTO, the force necessary to pull the machine, the harvesting capacity, the noise generated by the tractor-harvester and the grain losses of the harvester were measured. Grain samples of the harvester tank were taken for measuring the purity, the mechanical damage index, the germination and vigor of the kernels. The tests were performed using 3x3x2 factorial type, where three different number of bean rows in each harvesting line, three different harvester speeds and two different speed of the threshing cylinder were used according to on an entirely randomized design, with two replications. Experimental data were analyzed by using the response surface method. Based on this analysis the following conclusions were taken. The power to pull with the tank full of grains was 7.90 kW. The PTO power needed in the machine operation was 45.28 kW. The harvesting capacity increased linearly with the increase of the feeding rate, the higher value obtained was 6.56 t/h. The specific energy consumption obtained was 2.46 kWh/t. The header loss was higher h t an in any other part of the harvester and represented 49.2% of the total loss. The threshing and separating was 44.6% and the cleaning loss was 6.2% of the total loss. The lowest value of harvesting loss was 3.02%. The germination, vigor and purity of the seeds increased with the increase of the feeding rate. The value of these quality parameters was higher at the 420 rpm than at the 540 rpm PTO speed. The grain damage decreased with the increase of the feeding rate and with the reduction of the threshing cylinder speed. The noise level produced by the tractor-harvester system was higher than 85 dBA that is considered the highest value established by the NR-15 standards for 8 hours of continuous exposition to a worker. The noise level decreased with the increase of the feeding rate and increased with the engine speed. The noise level decreased as the distance from the tractor-harvester increased. The rear part of the system was the one that was subject to the highest noise level. The implemented model for simulating the threshing and separating process was validated, the average difference between the experimental and the simulated values was 1.78%. The grain moisture content had no effect on the threshing and separating efficiency of the harvester.