14
IV Seminário da Pós-Graduação em Engenharia Mecânica Unesp - Bauru DESENVOLVIMENTO E ANÁLISE DE UM PROTÓTIPO PARA FORMULAÇÃO, DOSAGEM E APLICAÇÃO DE FERTILIZANTES SÓLIDOS (N, P E K) A TAXAS VARIÁVEIS DE MANEIRA LOCALIZADA EM MÁQUINAS DE PLANTIO DIRETO. Conrado Di Raimo Aluno do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica Unesp Bauru Prof. Dr. Edson Antonio Capello Souza Orientador Depto de Engenharia Mecânica Unesp Bauru RESUMO A crescente demanda por alimentos no mundo, com a mesma área agrícola e com os recursos financeiros para a fabricação de fertilizantes, cada vez mais escassos é inevitável a utilização de novas tecnologias para fazer frente a essa nova realidade, pois com o uso dessas pode-se produzir mais alimentos com menos fertilizantes. Na busca por novas tecnologias que fazem o processo produtivo mais eficiente é que surge a chamada “Agricultura de Precisão” que, embora não seja um conceito novo, vem tomando espaço nos Países desenvolvidos como uma alternativa para aperfeiçoar o processo produtivo agrícola. As ações que conduzem à chamada agricultura de precisão exigem diversas etapas para sua implementação. Contudo, uma das mais importantes está relacionada com a formulação dosagem e aplicação de fertilizantes agrícolas a taxas variáveis de maneira localizada e precisa. Para isto, tem-se a necessidade de desenvolver equipamentos capazes de executar tais tarefas. Com esse intuito está sendo estudado o comportamento de um protótipo que tem como objetivo formular, dosar e aplicar no momento do plantio, três fertilizantes sólidos (N, P e K) a taxas variáveis de acordo com as quantidades desejáveis da cultura em questão e de maneira localizada. Para a avaliação do protótipo foi construída uma bancada de testes onde foram acoplados os dosadores helicoidais e seus respectivos motores elétricos (12 Vdc) e três tanques para armazenamento de fertilizantes. Também foram utilizados equipamentos periféricos como: Uma fonte (12 Vdc); três drivers de potência (MOSFET); um notebook; uma placa de aquisição e controle e um software de Instrumentação Virtual. Os ensaios serão realizados com um software de instrumentação e controle virtual (LabVIEW), que tem como função controlar a rotação dos eixos dos três motores de maneira independente, baseando-se em dados de um mapa de fertilidade do solo com localização baseada em informações geográficas, obtendo a vazão mássica do produto desejado ponto a ponto conforme tamanho da grade amostral do solo. Os valores da vazão mássica determinada em função do tempo serão comparados com os valores da massa de fertilizantes indicados no mapa de fertilidade do solo, a precisão do sistema será maior quanto menor for a diferença desses valores. Nos ensaios realizados com o software de simulação os resultados obtidos para vazão foram satisfatórios uma vez que o tipo de controle utilizado foi o PID, pode-se dizer também que o comportamento do sistema foi oscilatório em torno dos valores de referência. PALAVRAS-CHAVE: Agricultura de Precisão, Fertilização a Taxas Variáveis e Plantio Direto.

IV Seminário da Pós-Graduação em Engenharia Mecânica ......com taxas variáveis, mapeamento da lavoura para mapeamento de pragas e doenças, aplicação localizada de defensivos

  • Upload
    others

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: IV Seminário da Pós-Graduação em Engenharia Mecânica ......com taxas variáveis, mapeamento da lavoura para mapeamento de pragas e doenças, aplicação localizada de defensivos

IV Seminário da Pós-Graduação em

Engenharia Mecânica – Unesp - Bauru

DESENVOLVIMENTO E ANÁLISE DE UM PROTÓTIPO PARA FORMULAÇÃO,

DOSAGEM E APLICAÇÃO DE FERTILIZANTES SÓLIDOS (N, P E K) A TAXAS

VARIÁVEIS DE MANEIRA LOCALIZADA EM MÁQUINAS DE PLANTIO

DIRETO.

Conrado Di Raimo

Aluno do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica – Unesp – Bauru

Prof. Dr. Edson Antonio Capello Souza

Orientador – Depto de Engenharia Mecânica – Unesp – Bauru

RESUMO

A crescente demanda por alimentos no mundo, com a mesma área agrícola e com os

recursos financeiros para a fabricação de fertilizantes, cada vez mais escassos é inevitável a

utilização de novas tecnologias para fazer frente a essa nova realidade, pois com o uso dessas

pode-se produzir mais alimentos com menos fertilizantes. Na busca por novas tecnologias que

fazem o processo produtivo mais eficiente é que surge a chamada “Agricultura de Precisão”

que, embora não seja um conceito novo, vem tomando espaço nos Países desenvolvidos como

uma alternativa para aperfeiçoar o processo produtivo agrícola. As ações que conduzem à

chamada agricultura de precisão exigem diversas etapas para sua implementação. Contudo,

uma das mais importantes está relacionada com a formulação dosagem e aplicação de

fertilizantes agrícolas a taxas variáveis de maneira localizada e precisa. Para isto, tem-se a

necessidade de desenvolver equipamentos capazes de executar tais tarefas. Com esse intuito

está sendo estudado o comportamento de um protótipo que tem como objetivo formular, dosar

e aplicar no momento do plantio, três fertilizantes sólidos (N, P e K) a taxas variáveis de

acordo com as quantidades desejáveis da cultura em questão e de maneira localizada. Para a

avaliação do protótipo foi construída uma bancada de testes onde foram acoplados os

dosadores helicoidais e seus respectivos motores elétricos (12 Vdc) e três tanques para

armazenamento de fertilizantes. Também foram utilizados equipamentos periféricos como:

Uma fonte (12 Vdc); três drivers de potência (MOSFET); um notebook; uma placa de

aquisição e controle e um software de Instrumentação Virtual. Os ensaios serão realizados

com um software de instrumentação e controle virtual (LabVIEW), que tem como função

controlar a rotação dos eixos dos três motores de maneira independente, baseando-se em

dados de um mapa de fertilidade do solo com localização baseada em informações

geográficas, obtendo a vazão mássica do produto desejado ponto a ponto conforme tamanho

da grade amostral do solo. Os valores da vazão mássica determinada em função do tempo

serão comparados com os valores da massa de fertilizantes indicados no mapa de fertilidade

do solo, a precisão do sistema será maior quanto menor for a diferença desses valores. Nos

ensaios realizados com o software de simulação os resultados obtidos para vazão foram

satisfatórios uma vez que o tipo de controle utilizado foi o PID, pode-se dizer também que o

comportamento do sistema foi oscilatório em torno dos valores de referência.

PALAVRAS-CHAVE: Agricultura de Precisão, Fertilização a Taxas Variáveis e Plantio

Direto.

Page 2: IV Seminário da Pós-Graduação em Engenharia Mecânica ......com taxas variáveis, mapeamento da lavoura para mapeamento de pragas e doenças, aplicação localizada de defensivos

IV Seminário da Pós-Graduação em

Engenharia Mecânica – Unesp - Bauru

1 INTRODUÇÃO

No contexto global, todas as formas de economia sofrem com a redução das margens

de lucros, fazendo surgir à necessidade de se obter níveis de competitividade internacionais.

Além disto, a procura pela conservação dos recursos naturais impõe à atividade agrícola,

novos processos e técnicas de produção, aliados à eficiência e maior controle dos resultados

alcançados no campo, em relação ao que vinha sendo praticado. Como uma resposta para

minimizar estes problemas e com o avanço da tecnologia, foi possível que satélites,

computadores e sensores auxiliassem a agricultura. Fazendo com que surgisse um novo

sistema de produção que, há alguns anos já é utilizada pelos agricultores de países de

tecnologia avançada, chamado de Precision Agriculture, Precision Farming e no Brasil de

Agricultura de Precisão (AP). Este sistema vem fazer cumprir a capacidade de conhecer cada

metro quadrado da lavoura, que foi perdido à medida que as áreas cultivadas foram se

desenvolvendo.

A riqueza dos solos está condicionada pelas rochas que lhe deram origem. Existem

solos com grande potencial do ponto de vista do teor, equilíbrio e disponibilidade de

elementos essenciais às plantas. Nessas condições, a qualidade das culturas é garantida

durante um bom tempo. Outros solos foram menos afortunados na sua origem ou passaram

por transformações na sua história e não apresentam as qualidades exigidas para uma nutrição

mineral adequada das plantas. De modo geral, após sucessivas colheitas, os solos apresentam

dificuldades em nutrir convenientemente as plantas. Utilizando-se da adubação, o homem,

apoiado em bases científicas e experimentais, interfere no processo, fornecendo ao solo aquilo

que está necessitando. A reposição dos elementos essenciais deve respeitar as quantidades

adequadas e no momento necessário, pois do contrário provocaria alterações nos vegetais e

prejuízo da qualidade das colheitas, justificando assim o uso de ferramentas mais precisas

para depositar o adubo no local mais próximo e na quantidade ideal para a planta.

O processo da agricultura de precisão inicia-se com o propósito de buscar a

variabilidade espacial da fertilidade prévia do solo, utilizando para isso uma amostragem

programada e criteriosa. Com todas as informações obtidas da amostragem, parte-se para o

tratamento direcionado da fertilidade do solo, aplicando corretivos e fertilizantes à taxas

variáveis, buscando resolver problemas que podem vir a depreciar a qualidade e a

produtividade da lavoura por falta ou excesso dos nutrientes essenciais. Nos dias de hoje,

consegue-se fazer todo o processo de amostragem de solo georreferenciada, ou seja, mapear a

área retirando amostras de solo e delimitando os pontos com suas respectivas coordenadas

geográficas. Esse processo de marcação dos pontos amostrais com o Sistema de

Posicionamento Global (SPG) ou Global Positioning System (GPS) permite, posteriormente,

a confecção de mapas de fertilidade de solo, ferramenta fundamental para a tomada de

decisão sobre a recomendação de adubação para a cultura que se pretende trabalhar. De posse

das análises de solo e das coordenadas geográficas dos pontos amostrais, são gerados os

mapas de fertilidade, onde se tem para cada elemento analisado e para cada área amostrada

um mapa mostrando as variações de concentrações de cada elemento no solo. Com o mapa de

aplicação introduzido na máquina, a mesma aplica o fertilizante em quantidades variáveis

obedecendo à análise prévia da fertilidade do solo, tratando de forma diferenciada cada ponto

amostrado anteriormente. Destacam-se duas motivações que induzem à agricultura de

precisão. Uma diz respeito à preservação do meio ambiente, onde se deseja cada vez mais a

redução das quantidades de fertilizantes e agroquímicos jogados ao solo. A outra diz respeito

à margem de lucro cada vez menor, o que faz com que se deseje diminuir a quantidade de

insumos fabricados principalmente fertilizantes e agroquímicos necessários ao processo

produtivo.

Page 3: IV Seminário da Pós-Graduação em Engenharia Mecânica ......com taxas variáveis, mapeamento da lavoura para mapeamento de pragas e doenças, aplicação localizada de defensivos

IV Seminário da Pós-Graduação em

Engenharia Mecânica – Unesp - Bauru

Atualmente as máquinas que tem o propósito de fazer adubação na linha de plantio o

fazem com adubos pré-formulados, ou seja, com uma mistura de proporções já definidas dos

macros elementos (Nitrogênio, Fósforo e Potássio), fazendo assim com que elemento que já

existe no solo seja depositado novamente sem a necessidade prévia do mesmo causando,

portanto um aumento no custo de plantio e o desperdício de fertilizante químico. A proposta

deste trabalho é fazer a formulação, dosagem e aplicação localizada ponto a ponto no

momento do plantio, ou seja, depositar no ponto desejado somente o elemento necessário e na

quantidade requerida, com isso a adubação torna-se mais precisa e econômica, maximizando

o uso do fertilizante e minimizando os danos ao meio ambiente.

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Nos vegetais, o desenvolvimento, a produção e a multiplicação dependem de três

fatores: herança genética, ambiente e grau de nutrição, que é limitado pelo elemento que

estiver em menor disponibilidade no solo. Essa é a “lei do mínimo” de Liebig, como ficou

conhecida no campo da nutrição vegetal. Pode ser representada por uma barrica, cujo

conteúdo máximo corresponde à altura da tábua menor, como mostra a Fig. (1).

Figura 1: Representação da “lei do mínimo” de Liebig, (Alcarde et al.,1998)

Sendo assim de nada adianta colocar um elemento químico no solo se o mesmo já se

encontra no local se esse elemento for de característica residual, vale lembrar que alguns dos

elementos usados na formulação de fertilizantes químicos não são residuais, por exemplo, o

Nitrogênio. Portanto deve-se fazer um nivelamento dos elementos e usar quantidades

próximas a real necessidade no que diz respeito aos macros elementos (N, P e K), evitando

assim uma superposição dos elementos químicos no solo.

A solução hoje utilizada é a de enfocar grandes áreas e entendê-las como homogêneas,

levando ao conceito da necessidade média para a aplicação dos insumos - fertilizantes,

defensivos, água, etc. O que faz com que, por exemplo, a mesma formulação e/ou quantidade

do fertilizante seja utilizada para toda a área, atendendo apenas as necessidades médias e não

considerando, desta forma, as necessidades específicas de cada parte do campo. O mesmo

acontece para os demais insumos, causando como resultado uma lavoura com produtividade

não uniforme (CAPELLI, 1999).

A variabilidade espacial nas lavouras brasileiras não é nenhuma novidade. Em

conversa com produtores e técnicos de campo percebe-se o reconhecimento dessa natureza,

reafirmando que uma parte da área produz mais que a outra ou, que em determinado local, os

teores de nutrientes são mais elevados que a média da lavoura. A valorização da variabilidade

espacial e a possibilidade de manejá-la visando aumentar a eficiência do uso de insumos tem

sido um desafio para técnicos e produtores. A partir desse contexto, tem ganhado espaço a

Page 4: IV Seminário da Pós-Graduação em Engenharia Mecânica ......com taxas variáveis, mapeamento da lavoura para mapeamento de pragas e doenças, aplicação localizada de defensivos

IV Seminário da Pós-Graduação em

Engenharia Mecânica – Unesp - Bauru

chamada Agricultura de Precisão. As novas ferramentas da tecnologia da AP vêm sendo

incorporadas como meio de gerenciar a variabilidade de atributos de solo na propriedade e

subsidiar o aprimoramento do manejo do solo e das culturas. O aumento na eficiência da-se

com base no manejo diferenciado, respeitando a variabilidade existente na área. A integração

da computação e da eletrônica são os meios de se elevar os níveis de controle e

monitoramento da atividade agrícola em locais específicos da lavoura. Através de análise

detalhada das lavouras e do aprimoramento das técnicas de manejo, novos níveis de eficiência

qualitativos e quantitativos da produção das culturas podem ser alcançados sucessivamente,

(SANTI, et al. , 2009).

Como se pode observar na Fig. (2) – Ciclo completo da AP mostra a preocupação com

o preparo do solo, plantio, acompanhamento da lavoura e colheita. Citando as seguintes

técnicas: análise de solo, aplicação de fertilizantes e corretivos em taxas variáveis, plantio

com taxas variáveis, mapeamento da lavoura para mapeamento de pragas e doenças, aplicação

localizada de defensivos agrícolas, colheita com máquinas com sensores e geração de mapas

de produtividade, observa-se também a preocupação com a preparação do solo envolvendo a

análise e aplicação de fertilizantes (ARVUS, 2007).

Figura 2: Ciclo completo da AP, (Arvus, 2007)

A variabilidade dos fatores de produção está associada a múltiplas causas, desde a

variabilidade climática até a representada pelo ambiente em torno de uma única semente

(solo, oxigênio, disponibilidade de água, nutrientes, etc.) que é depositada no solo. Entretanto,

as formas de variabilidade que estão sendo estudadas e manejadas em AP podem ser

classificadas em “Variabilidade Espacial” (aquela que ocorre com um atributo na área, por

exemplo: variação da concentração de fósforo no solo em uma área de 20 hectares),

“Variabilidade Temporal” (aquela que ocorre ao longo do tempo, por exemplo:

disponibilidade de água no solo em função da sazonalidade da precipitação pluvial) e uma

terceira (que representa a ação do homem nas duas primeiras), chamada “Variabilidade

Induzida pelo Manejo” (aquela criada pelas decisões de manejo tomadas nas áreas de cultivo,

Page 5: IV Seminário da Pós-Graduação em Engenharia Mecânica ......com taxas variáveis, mapeamento da lavoura para mapeamento de pragas e doenças, aplicação localizada de defensivos

IV Seminário da Pós-Graduação em

Engenharia Mecânica – Unesp - Bauru

por exemplo: alocação de culturas e regulagem de máquinas). Esta última ocorre, por

exemplo, quando há máquinas desgastadas e desreguladas, sistemas de cultivo diferenciados,

partes da lavoura deixadas em descanso por vários anos e deficiência no controle de plantas

daninhas (FARNHAM, 2000).

Para minimizar a variabilidade é necessário conhecer sua magnitude, identificando-a e

quantificando-a por meio de parâmetros de solo, de planta e de clima, mapeando “áreas

problemas” (com níveis abaixo dos considerados adequados) e, posteriormente, empregando

práticas de manejo capazes de minimizá-las.

O Sistema de Plantio Direto (SPD) promove alterações no comportamento do solo,

pela eliminação das ações mecânicas que promovem a homogeneização do solo. Com a

distribuição predominantemente na superfície, e a ação das plantas acumulando nutrientes na

biomassa aérea, ocorre o acumulo de nutrientes, especialmente P e K, na camada superficial

grumosa, nos primeiros 10 cm. Com o tempo, há uma tendência de aumento da eficiência dos

adubos aplicados e da disponibilidade de nutrientes, pela ação de microrganismos (N),

diminuição da fixação de nutrientes pela argila do solo (P), e movimentação de cátions no

perfil do solo (Ca, Mg). A fertilidade do solo deve também considerar os aspectos físicos e

biológicos, tais como a porosidade (distribuição de tamanho de poros, volume total e

continuidade), susceptibilidade à compactação, friabilidade em diferentes umidades, teor e

qualidade da matéria orgânica e, atividade biológica (FREITAS, 1994).

A partir da consolidação do SPD, a recomendação da adubação (baseada na análise do

solo), passa a considerar o sistema, e não as culturas de forma individual. Por fim, o manejo

da fertilidade passa a conjugar a utilização de adubos químicos com o poder de reciclagem

biológica de culturas de cobertura e da rotação (Souza & Lobato, 2002).

Existem várias possibilidades para a aplicação em taxa variável, que incluem os

principais nutrientes de plantas (N, P e K), calcário, sementes, genótipos, agroquímicos, água

e práticas de manejo do solo. Para cada insumo, deve ser desenvolvida uma estratégia para

guiar com precisão a aplicação variável (DOERGE, 2000).

Com o mapa de aplicação de fertilizantes gerado por softwares específicos e com o

auxílio do GPS de alta precisão todos interligados a um computador de bordo e inseridos na

máquina, a mesma aplica o fertilizante em quantidades variáveis ou fixa, obedecendo à

análise prévia de fertilidade do solo processada anteriormente, fazendo com que as

quantidades requeridas e os elementos necessários (N, P e K) dos mapas sejam depositados no

local exato e no momento do plantio.

Neste contexto, a AP apresenta-se como uma moderna ferramenta para auxiliar o

produtor na definição das melhores estratégias de manejo a serem adotadas, visando aumentar

a eficiência da atividade agrícola. Especificamente, no manejo do solo, a AP tem como

principal conceito aplicar no local correto (espaço), no momento adequado (tempo), as

quantidades de insumos necessários (quantidade) à produção agrícola, para áreas cada vez

menores e mais homogêneas, tanto quanto a tecnologia e os custos envolvidos o permitam

(DODERMANN & PING, 2004).

Com a popularização do GPS (Global Positioning System) que utiliza satélites como

mostra a Fig. (3), permitiu-se que os processos de desenvolvimento da agricultura de precisão

se consolidassem, pois pode-se atribuir qualquer propriedade a uma determinada coordenada,

sendo ela, química ou física do solo, produtividade, pragas, doenças entre inúmeras outras.

Page 6: IV Seminário da Pós-Graduação em Engenharia Mecânica ......com taxas variáveis, mapeamento da lavoura para mapeamento de pragas e doenças, aplicação localizada de defensivos

IV Seminário da Pós-Graduação em

Engenharia Mecânica – Unesp - Bauru

Figura 3: Satélite em órbita (Serrana, 2007)

Para a coleta das amostras de solo por georreferenciamento, pode-se utilizar um

quadriciclo capaz de fazer todo o processo de amostragem de solo por coordenadas, ou seja,

mapear a área retirando amostras de solo e delimitando os pontos com suas respectivas

coordenadas geográficas, como mostra a Fig. (4).

Figura 4: Quadriciclo amostrador de solo (Serrana, 2007)

O processo de marcação dos pontos amostrais com o GPS permite, posteriormente, a

confecção de mapas de fertilidade de solo, ferramenta fundamental para a tomada de decisão

sobre a recomendação de adubação para a cultura que se pretende implantar no sistema. Após

mapear determinado talhão, faz-se necessário a subdivisão do mesmo em áreas menores para

que se possa trabalhar pequenas glebas gerando um número maior de informações sobre a

fertilidade local, para isso utiliza-se uma malha sobre o perímetro da área, é o que se

denomina de grids de amostragem, como mostra a Fig. (5). O tamanho do grid depende de

alguns fatores como: uniformidade de produção, relevo e histórico da área (SERRANA,

2007).

Page 7: IV Seminário da Pós-Graduação em Engenharia Mecânica ......com taxas variáveis, mapeamento da lavoura para mapeamento de pragas e doenças, aplicação localizada de defensivos

IV Seminário da Pós-Graduação em

Engenharia Mecânica – Unesp - Bauru

Figura 5: Grid de amostragem de solo com pontos amostrais determinados (Zulli, 2008)

A partir das análises de solo e das coordenadas geográficas dos pontos amostrais, são

gerados os mapas de fertilidade, onde se tem para cada elemento analisado e para cada talhão

amostrado um mapa mostrando as variações de concentrações de cada elemento no solo,

como mostra a Fig. (6).

Figura 6: Mapa de fertilidade de solo (Zulli, 2008)

Page 8: IV Seminário da Pós-Graduação em Engenharia Mecânica ......com taxas variáveis, mapeamento da lavoura para mapeamento de pragas e doenças, aplicação localizada de defensivos

IV Seminário da Pós-Graduação em

Engenharia Mecânica – Unesp - Bauru

Utilizando um mapa de aplicação obtido após todo o estudo de fertilidade do solo e

inserido em um computador com o auxilio de um GPS para a informação exata das

coordenadas geográficas, o mesmo fará o controle dos três motores elétricos independentes,

cuja função será de regular a rotação através de um software de instrumentação e controle

virtual, sendo que a vazão é uma variável dependente da rotação fazendo com que cada motor

tenha uma rotação diferente, dependendo da quantidade de fertilizante necessária em cada

ponto amostral do solo no momento do plantio. Com esse procedimento espera-se uma

adubação mais eficiente e econômica, pois só será depositada no local a quantidade exata de

elemento químico necessário para o desenvolvimento da planta. Os valores da vazão mássica,

determinados em função do tempo serão comparados com os valores da massa de fertilizantes

indicados no mapa de aplicação, a precisão desse sistema será maior quanto menor for a

diferença encontrada entre eles.

3 MATERIAL E MÉTODOS

De posse do mapa de aplicação da Fig. (7), elaborado a partir de estudos da fertilidade

do solo e obtidos através da amostragem georreferênciada para cada elemento (N, P e K),

inicia-se o processo de simulação do protótipo com o objetivo de analisar o comportamento

dos dosadores e fazer a verificação da vazão mássica de cada elemento.

Figura 7: Mapa de aplicação de fertilizantes (Zulli, 2008)

Page 9: IV Seminário da Pós-Graduação em Engenharia Mecânica ......com taxas variáveis, mapeamento da lavoura para mapeamento de pragas e doenças, aplicação localizada de defensivos

IV Seminário da Pós-Graduação em

Engenharia Mecânica – Unesp - Bauru

A bancada para testes foi confeccionada em aço carbono (metalon de 20 x 30mm) com

3 tanques de vidro para o armazenamento dos elementos químicos, 3 dosadores helicoidais

marca (John Deere), 3 mangueiras de borracha de 2 polegadas por 50 cm de comprimento, 3

recipientes de polietileno para coleta dos elementos químicos e com 4 rodízios para facilitar o

transporte da mesma, como mostra a Fig. (8).

Os motores que acionam os dosadores helicoidais da bancada estão acoplados por uma

transmissão de coroa e sem fim e são alimentados por uma fonte de 12 Vdc, cada ligado no

driver e controlado por um software de aquisição e controle instalado em um Desktop, que

auxiliado por um mapa de aplicação e um GPS manda sinal (Tensão) para os motores fazendo

com que seja variada a rotação dos mesmos, obtendo assim a variação da vazão mássica do

produto.

Figura 8: Protótipo

A grande vantagem do sistema elétrico de fertilização a taxa variável em relação a

outros sistemas é o baixo custo, outra vantagem é a possibilidade de controle preciso e

compacto, pois utilizam componentes eletrônicos de tamanho reduzido e de fácil construção,

como mostra a Fig. (9).

Figura 9: Componentes eletrônicos

Page 10: IV Seminário da Pós-Graduação em Engenharia Mecânica ......com taxas variáveis, mapeamento da lavoura para mapeamento de pragas e doenças, aplicação localizada de defensivos

IV Seminário da Pós-Graduação em

Engenharia Mecânica – Unesp - Bauru

O ideal para o trabalho proposto seria usar um motor cujo comportamento do gráfico

de rotação pela tensão fosse linear e obter assim também dosagens próximas de zero, o motor

utilizado no ensaio é de baixa rotação e alto torque de tamanho reduzido e de baixo custo, o

motor é de fabricação PITTMAN, 12 Vdc, Fig. (10).

Figura 10: Motor elétrico

Os dosadores são fabricados em polietileno de alta resistência e aço inox, com rosca

transportadora de aço carbono de 1 polegada de passe, como mostra a Fig.(11).

Figura 11: Dosador Helicoidal (John Deere)

4. RESULTADOS

Utilizando-se o mapa de aplicação de fertilizantes foram realizados ensaios com um só

elemento (Potássio), num grid definido no mapa de pontos amostrais com células de 223,60 x

223,60 metros sendo assim cada célula com 50000 m2 ou 5 hectares. Nota-se no mapa que ha

uma variação de 0 a 85 kg/ha de potássio, numa rota traçada para passar por 8 células

amostrais que deverá ser seguida em linha e com velocidade constante de 1,6 m/s para a

aplicação exata do produto, obtendo-se os valores da vazão mássica como mostra a Tab. (1),

vale ressaltar que os ensaios foram realizados apenas para um motor e que o dosador usado

foi de rosca transportadora de 1Polegada de passe.

Page 11: IV Seminário da Pós-Graduação em Engenharia Mecânica ......com taxas variáveis, mapeamento da lavoura para mapeamento de pragas e doenças, aplicação localizada de defensivos

IV Seminário da Pós-Graduação em

Engenharia Mecânica – Unesp - Bauru

Tabela 1: Valores da vazão mássica do Dosador Helicoidal

N°.

Das

Células

Necessidade Requerida do Mapa de

Aplicação em kg/ha na Respectiva

Célula

Produto Aplicado Pelo Dosador

Helicoidal em kg/ha na Respectiva

Célula

Rotação

do eixo

(rpm)

1 0 0 0

2 45 45,39 17

3 45 45,39 17

4 45 45,39 17

5 85 85,44 32

6 85 85,44 32

7 45 45,39 17

8 0 0 0

Com a velocidade de deslocamento constante, o tempo também permanecerá

constante, ou seja, qualquer cálculo que seja necessário fazer deve-se utilizar o mesmo valor

para o tempo (t), portanto o cálculo da quantidade de produto por (rpm) obtêm-se

multiplicando o número de voltas com a rotação de 1 rpm pela quantidade de produto por

volta (0,52 . 18) = 9,36 gramas que passando para quantidade por unidade de área será : C =

(9,36 . 10000) / (0,70 . 50), C = 2,67 Kg/ha, essa quantidade será em Quilogramas por

Hectare por rpm do eixo dosador, com esses valores foi construído um gráfico, como mostra a

Figura 12.

Figura 12: Gráfico da Rotação do eixo do dosador X Vazão Mássica

Page 12: IV Seminário da Pós-Graduação em Engenharia Mecânica ......com taxas variáveis, mapeamento da lavoura para mapeamento de pragas e doenças, aplicação localizada de defensivos

IV Seminário da Pós-Graduação em

Engenharia Mecânica – Unesp - Bauru

Para Iniciar a avaliação do comportamento do sistema em função da rotação do motor

que, transformada em vazão mássica do nutriente defini se o sistema será ou não viável, foi

realizado um teste de controle sem carga para o motor acoplado a uma frequência de 100 Hz,

conforme mostra o gráfico da Figura 13, nota-se uma oscilação na rotação na ordem de 10

rpm para mais ou para menos em relação aos valores de referência.

0 50 100 150 200 250 300 350

0

50

100

150

200

250

300

Rotação de P

Tempo (s)

Ro

taç

ão

(rp

m)

Obtida

Desejada

Figura 13: Gráfico da Rotação do motor acoplado sem carga (100 Hz)

Posteriormente repetiu-se o teste de controle, porém agora com carga para o motor

acoplado, ou seja, utilizando o nutriente como se fosse a real situação de trabalho também

com a mesma frequência de 100 Hz conforme mostra o gráfico da Figura 14, nota-se uma

oscilação na rotação na ordem de 25 rpm para mais ou para menos em relação aos valores de

referência, percebe-se que houve um aumento na oscilação da rotação em relação aos testes

sem carga, fato que se da pela diferença de torque, esse comportamento pode prejudicar a

precisão do sistema e, consequentemente alterar os valores das taxas de aplicação de

nutrientes, percebe-se também que existe um atraso entre o sinal de controle e a rotação do

eixo maior que o caso anterior.

0 50 100 150 200

0

50

100

150

200

250

300

350

Rotação de P

Tempo (s)

Ro

taç

ão

(rp

m)

Obtida

Desejada

Figura 14: Gráfico da Rotação do motor acoplado com carga (100 Hz)

Page 13: IV Seminário da Pós-Graduação em Engenharia Mecânica ......com taxas variáveis, mapeamento da lavoura para mapeamento de pragas e doenças, aplicação localizada de defensivos

IV Seminário da Pós-Graduação em

Engenharia Mecânica – Unesp - Bauru

Foram realizados ensaios do motor com carga e sem carga e construiu-se um gráfico

da Rotação pela Tensão do PWM, notou-se um pequeno deslocamento da curva do motor com

carga para a direita como mostra a Figura 15, do gráfico de rotação pela tensão, afetando o

torque do motor que só inicia a rotação do eixo do dosador a partir de aproximadamente 8%

do duty cycle aplicado, fato que não ocorre com a curva do motor sem carga, sabe-se que os

motores elétricos de corrente contínua tem sua rotação proporcional a tensão de alimentação,

porem neste caso como foi utilizada alimentação por onda quadrada, essa não relação era

previsível.

Figura 15: Gráfico da Rotação pela Tensão do PWM

5. CONCLUSÃO

Notou-se que variando a rotação varia-se a vazão mássica, isso era o que se almejava

no inicio do trabalho e que foi comprovado com os ensaios que foram realizados com o

protótipo.

O dosador helicoidal testado mostrou-se eficiente na dosagem entre 0 e 85 kg/ha

requerida no mapa de fertilidade porem, a oscilação da rotação do sistema faz com que os

valores obtidos também oscilem, ocasionando uma imprecisão no sistema, embora para a

agricultura essa imprecisão pode ser considerada normal.

Foi observado também no gráfico de rotação x tensão que a diferença entre o torque

estático e o dinâmico não permitiu a rotação do motor com carga entre 0 a 7% da tensão

aplicada, esse problema já era previsto, pois é uma característica inerente dos motores de

corrente continua.

Page 14: IV Seminário da Pós-Graduação em Engenharia Mecânica ......com taxas variáveis, mapeamento da lavoura para mapeamento de pragas e doenças, aplicação localizada de defensivos

IV Seminário da Pós-Graduação em

Engenharia Mecânica – Unesp - Bauru

Percebe-se que apesar do protótipo ter sido testado apenas com um motor o sistema é

viável e tem como maior inovação a variação da dosagem do fertilizante, mesmo com o erro

de aplicação causado pela oscilação do sistema.

Os ensaios realizados mostraram que o sistema de controle PID foi adequado para a

utilização do protótipo, que dosa e aplica insumos agrícolas a taxas variáveis de maneira

localizada e com precisão muito superior aos sistemas tradicionais utilizados atualmente.

6. REFERENCIAS

ALCARDE, J.C; Guidolim, J.A. & Lopes, A.S. Os adubos e a eficiência das

adubações. São Paulo, ANDA, 1998, 35p. 3ª ed. (Boletim Técnico, 6).

ARVUS: Agricultura de precisão. Ano 2007. Disponível em:

http://www.cnps.embrapa.br. Acesso em: 13 de abr. 2007.

CAPELLI, N. L. Agricultura de Precisão - Novas Tecnologias para o Processo

Produtivo. LIE/DMAQAG/FEAGRI/UNICAMP, 1999. Disponível na Internet.

http://wwwbases.cnptia.embrapa.br/cria/gip/gipap/capelli.doc, em 15 Out. 1999.

DODERMANN, A.; Ping, J.L. Geostatistical integration of yield monitor data and

remote sensing improves yield maps. Agronomy Journal, Madison, v.96, n.1, p.285-297,

2004.

DOERGE, T. A. Management zone concepts. Site-Specific management guidelines.

2000. Disponível em: <http://www.farmresearch.com/ssmg/ssmg-02/002-print.ftm> Engel,

R.; Long, D.; Carlson, G. On-the-go grain protein sensing is near. Does it have a future in

precision nitrogen management for wheat? Better Crops, Norcross, v. 81, n. 4, p. 20-23, 1997.

FARNHAM, D. E. Site-specific crop management: what have we learned and where

do we go from here? Ames: Iowa State University-Department of Agronomy, 2000. 6 p.

FREITAS, P. L. Aspectos físicos e biológicos do solo. In: LANDERS, J. N. (Ed.).

Fascículo de experiências de Plantio Direto no Cerrado. Goiânia: APDC, 1994. p. 199-213.

SANTI, A. L; Amado T. J. C; Della Flora, L. P. & Smaniotto, R. F. F. Revista Plantio

Direto, RS, Aldeia Norte Editora, 2009, ed. 109, Passo Fundo.

SERRANA: Tecnologia em serviços – Agricultura de Precisão. Ano, 2007.

Disponível em: http://www.serrana.com.br. Acesso em: 02 de abr. 2007.

SOUZA, D. M. G.; Lobato, E. (Ed.) Cerrado: correção do solo e adubação.

Planaltina, DF: Embrapa Cerrados, 2002.416p.

UMEZU, C. K. Sistema de controle de um equipamento de formulação, dosagem e

aplicação de fertilizantes sólidos a taxas variáveis. Tese UNICAMP. Campinas, SP: [s.n.],

2003.

ZULLI, M. R. Seminário Aprosoja: Agricultura de precisão – Racionalizando

Custos. Tangará da Serra, MT. Ano, 2008. Disponível em: http://www.aprosoja.com.br.

Acesso em: 26 de abr. 2009.