Desenvolvimento de um mecanismo dosador de fertilizante granulado para aplicação em taxa variável

Abstract

A cafeicultura de montanha impõe restrições à mecanização convencional, especialmente na aplicação de fertilizantes, em função da topografia acidentada, da limitação ao uso de máquinas de grande porte e da elevada participação dos insumos nos custos de produção. Nessas condições, a adoção da Agricultura de Precisão, particularmente da adubação à taxa variável, ainda é limitada entre pequenos produtores, principalmente pela ausência de equipamentos portáteis, adaptados e de menor custo. Diante desse cenário, este trabalho teve como objetivo desenvolver e avaliar um mecanismo dosador de fertilizantes granulados para aplicação pontual em taxa fixa e variável. O protótipo foi composto por um mecanismo dosador volumétrico do tipo rotor acanelado, acionado por motor elétrico de corrente contínua e instalado em uma plataforma de aplicação previamente existente, composta por um reservatório de fertilizante comercial e uma Unidade de Controle Eletrônica (UCE). A avaliação experimental foi realizada por meio de ensaios laboratoriais e avaliação em campo. Em laboratório, realizaram-se ensaios de caracterização física dos fertilizantes, calibração da dosagem em função do ângulo de revolução do mecanismo e investigação dos efeitos da inclinação transversal, do nível de enchimento do reservatório e da dose prescrita, em esquema fatorial 3 × 3 × 5. Foram ainda determinados os indicadores de precisão e exatidão da massa aplicada. Posteriormente, o desempenho do sistema foi avaliado em campo, em células georreferenciadas com doses diferenciadas, analisando-se a coerência entre valores prescritos e aplicados, bem como a capacidade operacional efetiva. Os resultados laboratoriais indicaram relação linear entre o ângulo de revolução e a massa dosada para os fertilizantes avaliados, além de efeito significativo da inclinação transversal, do nível de enchimento e da dose prescrita sobre a massa aplicada. O mecanismo apresentou elevada precisão (coeficiente de variação inferior a 2%) e elevada exatidão (desvio percentual inferior a 1%) em condições controladas. Em campo, o sistema embarcado realizou a variação automática das doses entre células, mantendo proximidade entre as doses prescritas e aplicadas na maioria dos tratamentos. Conclui-se que o mecanismo dosador desenvolvido apresenta desempenho técnico satisfatório para aplicação localizada de fertilizantes granulados em taxa fixa e variável, demonstrando potencial de uso em sistemas produtivos com restrições à mecanização convencional, como a cafeicultura em regiões montanhosas. Palavras-chave: agricultura de Precisão; adubação à taxa variável; adubadora costal; fertilizantes granulados; dosagem volumétrica.

Mountain coffee farming imposes constraints on conventional mechanization, particularly for fertilizer application, due to rugged topography, limitations on the use of large-scale machinery, and the significant share of fertilizers in production costs. Under these conditions, the adoption of Precision Agriculture, especially variable-rate fertilization, remains limited among smallholders, mainly because of the lack of portable, adapted, and cost-effective equipment. In this context, the present study aimed to develop and evaluate a metering mechanism for the spot application at fixed and variable rates. The prototype consisted of a fluted-roller volumetric metering mechanism driven by a direct-current electric motor and installed on an existing backpack fertilizer spreader platform composed of a commercial fertilizer hopper and an Electronic Control Unit (ECU). The experimental evaluation comprised laboratory and field trials. Laboratory tests included physical characterization of the fertilizers, calibration of the applied mass as a function of the mechanism’s rotation angle, and investigation of the effects of transverse inclination, hopper fill level, and prescribed rate under a 3 × 3 × 5 factorial design. Precision and accuracy indicators of the applied mass were also determined. Subsequently, system performance was assessed under field conditions in georeferenced cells with differentiated application rates, analyzing the consistency between prescribed and applied values as well as the effective field capacity. Laboratory results showed a linear relationship between rotation angle and applied mass for the evaluated fertilizers, as well as significant effects of transverse inclination, hopper fill level, and prescribed rate on the applied mass. The mechanism demonstrated high precision (coefficient of variation below 2%) and high accuracy (relative error below 1%) under controlled conditions. In the field, the onboard system successfully performed automatic rate variation between cells, maintaining close agreement between prescribed and applied doses in most treatments. It is concluded that the developed mechanism presents satisfactory technical performance for the localized application of granular fertilizers at fixed and variable rates, demonstrating potential for use in production systems with restrictions on conventional mechanization, such as mountain coffee farming. Keywords: precision agriculture; variable-rate fertilization; volumetric metering mechanism; backpack fertilizer applicator; granular fertilizers