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IT-154 MOTORES E TRATORES
Professor: Carlos Alberto Alves Varella Engenheiro Agrônomo, UFRRJ, 1983 – Modalidade Engenharia Agrícola Mestre em Fitotecnia, UFRRJ, 2000 – Sistemas de preparo do solo Doutor em Engenharia Agrícola, UFV, 2004 – Agricultura de precisão
E-mail: varella@ufrrj.br
Web: http://www.ufrrj.br/institutos/it/deng/varella/ Celular: (21)9763-4591
Março - 2010
Laboratório de Máquinas e Energia na Agricultura
MOTORES E TRATORES AGRÍCOLAS
histórico e desenvolvimento
O desenvolvimento de tratores agrícolas veio da necessidade de se cultivar grandes áreas para a produção de alimentos.
Preparo do solo
Plantio
Antes do trator a fonte de potência
era “Humana” ou “Animal”
O trator teve importante papel no desenvolvimento da mecanização agrícola;
Homem menos que 0,1 kw de potência em trabalho contínuo;
Potência
Homem Animal Trator
Potência média de animais
Fonte: Boletim da Divisão de Mecanização Agrícola, DEMA, Secr. Agr. Est. São
Paulo,1957
0,23 830 4,1 195 3,0 Mestiço
0,19 1080 5,4 208 4,2 Bretão
(pesado)
Peso/Tração Peso, kg V, km.h-1 Tração, kgf P, cv Raça
Objetivos da Mecanização Agrícola
Aumentar a produtividade do “Homem”;
Tornar o trabalho menos árduo e mais agradável;
Melhorar a qualidade das operações agrícolas.
Agrishow, Ribeirão Preto-SP, 2007.
Importância da Mecanização Agrícola
Segundo a Academia Nacional de Engenharia-USA
A Mecanização Agrícola é a 7ª. maior invenção da Engenharia do século XX, à frente do computador, do telefone e das naves espaciais.
http://www.greatachievements.org/
Importância do trator agrícola
O trator foi o principal responsável pelo
desenvolvimento da mecanização agrícola
durante o século XX.
Evolução do Trator
Inicialmente foi um substituto da força animal;
Hoje é projetado para múltiplos usos:
Tração
Acionamento de outras máquinas
Transporte
Irrigação
Sistemas remotos de controle hidráulico entre outros.
Estados produtores de máquinas
agrícolas: variação 1990-2004
Em 1990 o Estado de São Paulo liderava a produção com 56,4%
Estados produtores de máquinas
agrícolas: variação 2005-2006
Em 2006 o Estado do Rio Grande do Sul liderava a produção de
máquinas agrícolas com 46,2% da produção nacional
Tendência da produção de tratores
de rodas:
1960-2006 – Análise de curto prazo
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Produção Polinômio (Produção)
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Produção Linear (Produção)
Tendência da produção de tratores
de rodas:
1960-2006 – Análise de longo prazo
Frota brasileira de tratores e
colhedoras
450.000
Brasil Mundo Brasil USA Mundo
4.126.763 48.000 4.800.000 26.253.568
Colhedoras Tratores
Ano de 2000
Disponibilidade de áreas agrícolas
por país
Fonte:
http://www.rlc.fao.org/es/prioridades/bioenergia/pdf/bioenergiapor.pdf
Produção de cereais em milhões de
toneladas
7%
14%
1%
6%
72%
Ano 2008
Argentina Brasil Colombia Mexico USA
Fonte: http://www.fao.org/docrep/011/ai473e/ai473e06.htm
Motores são conjuntos de mecanismos
que transformam qualquer tipo de energia em energia mecânica.
• Eólicos: fluxo de ar;
• Hidráulicos: pressão de óleo;
• Elétricos: corrente elétrica;
• Térmicos: calor;
DESENVOLVIMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO
• Até início de 1800 o calor era considerado um fluido chamado calórico;
• 1783: LAPLACE e LAVOISIER introduziram o conceito de calor especifico;
• 1842: MAYER e POISSON calcularam a equivalência do trabalho em calor e definiram a equação do gás ideal;
• 1652: Padre HAUTEFOILLE propõe a construção de um motor aproveitando a força expansiva dos gases
provenientes da combustão da pólvora num cilindro
fechado;
• 1821: W. CECIL desenvolveu um motor que funcionava com mistura de ar e hidrogênio, que foi realmente o primeiro motor a funcionar com sucesso.
DESENVOLVIMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO
• 1878: Nicolaus OTTO, alemão, caixeiro viajante e sócio de uma fábrica de motores a gás, é o inventor do motor de combustão por centelha;
• 1893: RUDOLF DIESEL, alemão, engenheiro, é o inventor do motor de combustão por compressão;
Invenção dos motores OTTO e DIESEL
MOTORES TÉRMICOS DE COMBUSTÃO EXTERNA
• produção externa de calor;
• motores de locomotivas a vapor
• atualmente o princípio é utilizado em usinas termoelétricas e nucleares para geração de energia elétrica.
• produção de calor no interior do próprio
motor;
• tipos de motores que vamos estudar;
• utilizados na propulsão de tratores e máquinas agrícolas.
MOTORES TÉRMICOS DE COMBUSTÃO INTERNA
PRINCÍPIOS TERMODINÂMICOS
A Termodinâmica estuda transformações de energia.
1ª LEI DA TERMODINÂMICA: “Todas as formas de energia são mutuamente conversíveis”. E ainda: “ A energia de um sistema fechado e isolado permanece constante” (1847).
PRINCÍPIOS TERMODINÂMICOS
2ª LEI DA TERMODINÂMICA: “ A temperatura da fonte de calor superior ao meio circulante fornece calor ao meio em busca de equilíbrio” (1865).
EQUAÇÃO DOS GASES
k=T
VPouTR
M
m=VP
constante dos gases; = R
temperatura do gás. = T
peso molecular (g.mol-1) = M
massa do gás (g); = m
volume do gás, cm3; = V
pressão absoluta, dyna.cm-2; = P
n =mM
n = número de moles;
RELAÇÕES PVT SISTEMA ISOLADO
Caso de Pressão constante
V
T=k ou
V1
T 1
=V2
T2
Neste caso o aumento da Temperatura ocasionará também um aumento do Volume para manutenção da pressão constante
Caso de Volume constante
P
T=k ou
P1
T 1
=P2
T2
Neste caso o aumento da Temperatura ocasionará também um aumento da Pressão para manutenção do volume constante.
RELAÇÕES PVT SISTEMA ISOLADO
TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA NOS MOTORES TÉRMICOS
• principais componentes do motor no processo são:
cilindro – pistão – biela - manivela
COMBUSTÍVEL
Processo de transformação
ENERGIA MECÂNICA
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