Máquinas para a Colheita de Cereais

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
ESCOLA SUPERIOR DE AGRICULTURA “LUIZ DE QUEIROZ”
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE BIOSSISTEMAS
LEB 432 – Máquinas e Implementos Agrícolas
Máquinas para a Colheita de Cereais
Prof. Thiago Romanelli - [email protected]
Piracicaba, 07 a 09 de outubro de 2013
Objetivos da aula
•
•
Caracterizar os diferentes sistemas de
colheita de grãos existentes no nosso
meio
Analisar as partes constituintes e o
funcionamento das máquinas utilizadas
na colheita de grãos
Bibliografia
• BALASTREIRE, L.A. Máquinas Agrícolas. Editora Manole
Ltda. São Paulo, 1987. 307p.
• GADANHA JR., C.D.; MOLIN, J.P.; COELHO, J.L.D.;
YAHN, C.H.; TOMIMORI, S.M.A.W.
Máquinas e
implementos agrícolas do Brasil. IPT, São Paulo, 1999.
468p.
• MIALHE, L.G. Máquinas para colheita de cereais. Apostila
CALQ, Piracicaba, 1984.
• Material em:
http://www.leb.esalq.usp.br/disciplinas/Romanelli/leb432/
Objetivos da colheita
Retirar os grãos do campo e separá-los
do resto do material colhido num tempo
condizente e com mínima perda
quantitativa mantendo-se a mais alta
qualidade do grão.
(ASABE, 2006)
Operações Mecanizadas
Preparo de solo
Controle de águas
Correção química
Implantação de culturas
Cultivo
Tratamento fitossanitário
Colheita
Transporte
Armazenamento
Não podem limitar a
Capacidade de Colheita
Operações Mecanizadas
Particularidades
Capacidade de Campo Operacional
Outras Operações
Área / tempo (ha h-1)
Capacidade de Processamento
Colheita
Massa / tempo (t h-1)
Capacidade de Processamento (t h-1)
Produtividade (t ha-1)
=
CcO (ha h-1)
f (umidade, invasoras)
Particularidades
Colheita
Etapa final do ciclo de produção
Retirada do produto do campo
Fatores cruciais: Custo e Pontualidade
Colheita - Custo
Colhedora:
Máquina complexa
Com custo alto – o maior entre as máquinas na
produção de grãos
Preços variam desde R$400.000 até R$1.000.000
Além do custo elevado são utilizadas por poucas
horas ao ano
Alto custo horário: R$200 h-1 e R$400 h-1
Tipos de Colheita
 Colheita Manual
 Colheita Semi-mecanizada
 Colheita Mecanizada
Colheita Manual
• Difundida em
pequenas lavouras.
• 10 dias de trabalho
de um homem para
cortar 1 ha.
• O corte, recolhimento
e trilha são feitos
manualmente.
Colheita Semi-Mecanizada
• Neste sistema, pelo
menos
uma
das
etapas da colheita é
feita manualmente.
• Geralmente, o corte e
o recolhimento das
plantas são manuais
e
a trilha é feita
mecanicamente.
Trilhadora
• Esta máquina foi construída e avaliada pela EMBRAPA.
• Operada por duas pessoas.
• A capacidade de produção de trilha foi de 237 kg/h, ou
seja quatro vezes superior à trilha manual.
FONTE: EMBRAPA, 1999
Trilhadora com Separação e Limpeza
• Esta máquina foi construída e avaliada pela EMBRAPA.
• Operada por duas pessoas.
• A capacidade de produção de trilha foi de 117 kg/h.
FONTE: EMBRAPA, 2000
Trilhadora estacionária
– a origem da
colhedora de hoje
Trilhadora estacionária
de fluxo radial
Debulhadora
manual para milho
FEIJÃO
FEIJÃO
FEIJÃO
AMENDOIM
Colheita mecanizada
Utilizam-se máquinas que realizam, em seqüência, as
operações de corte, trilha, separação, limpeza e
armazenamento denominadas colhedoras combinadas
autopropelidas de grãos.
Tipos de colhedoras
 Autopropelida ou tracionada
 Grãos ou sementes
 Sistema de trilha: radial ou axial
Sistemas de colheita
• Manual
• Semi-mecanizada
• Mecanizada
–Indireta
1. Segadora automotriz
2. Recolhedora
trilhadora
autopropelida
Arrancador
de feijão
Segadora de feijão acoplada ao engate de três pontos dianteiro
Segadora de feijão adaptada ao chassi de uma antiga colhedora
Recolhedora
trilhadora de
cereais
rebocada
Recolhedora
autopropelida
(adaptada)
Recolhedora autopropelida
Arrancador de amendoim
Sistemas de colheita
• Manual
• Semi-mecanizada
• Mecanizada
– Indireta
– Direta
Tracionada
Colhedora combinada tracionada por trator
ASAE (1993)
Semi-montada - despigadora
Candelon (1971)
Despigadora autopropelida - semente
http://www.may.com.tr/ing/ production.html (2001)
Colheita Mecanizada
• Utilizam-se máquinas que realizam, em seqüência, as
operações de corte, trilha, separação, limpeza e
armazenamento denominadas colhedoras combinadas
autopropelidas de grãos.
Colhedora de cereais
A primeira “combinada”,
associada a um trator a vapor
The Berry self-propelled combine of 1886 with a
22-ft cutting width. (Photo courtesy of the F. Hal
Higgins Collection, Special Collections
Department, Library of the University of
California, Davis) – Resource, ASABE, nov. 2007)
COLHEDORA COMBINADA
AUTOPROPELIDA
As máquinas e seus sistemas de
trilha
• Radial
• Axial
Rotor
Côncavo
Cilindro
Rotor
Trilhadora
estacionária
Primeira
colhedora
combinada
autopropelida
brasileira
Colhedora combinada de
grãos semi-montada com
plataforma despigadora e
acionada pela TDP
Colhedora
combinada de
grãos semimontada com
plataforma
segadora e
acionada pela
TDP
Área
de
separação
Área
de
debulha
Cone de transição e aletas
propulsoras
• Rotor de fluxo axial: Vantagem de permanecer com o
material por mais tempo melhorando a eficiência isso
contribui para redução no comprimento do sistema de
separação. A rotação varia de 400 ou 760 rpm.
FONTE: CASE IH, 2005.
Colheita de
deSementes
sementes
 Não pode haver qualquer perda em viabilidade dos embriões
 Fissuras e quebras nas sementes são indesejadas
 Geralmente se utilizam máquinas axiais pois estas permitem uma
trilha com menos impactos e danos
 Soja, trigo, girassol e feijão com colhedora axial ou radiais (com
ressalvas)
 Milho com espigadoras com a trilha é feita com máquinas
especiais após lenta secagem
COMPOSIÇÃO DA COLHEDORA
COMBINADA AUTOPROPELIDA
Colhedora
combinada
autopropelida
de fluxo radial
Alimentaçã
Separação
Trilha
Limpeza
Trilhadora estacionária
de fluxo radial
transporte e
armazenamento
separação
trilha
alimentação
corte
limpeza
Colhedora combinada de
grãos semi-montada com
plataforma despigadora e
acionada pela TDP
Trilha e
separação
Limpeza
Armazenamento
Despigador
(“corte”)
Alimentação
Colhedora
combinada de
grãos semimontada com
plataforma
segadora e
acionada pela
TDP
Transporte e
armazenamento
Limpeza
Alimentação
Peneiras
Retrilha
Trilha e
separação
Ventilador
Corte
Chassi
Transmissões na parte industrial da máquina
transporte e
armazenamento
trilha e
separação
limpeza
alimentação
corte
armazenamento
trilha
separação
alimentação
corte
Colhedora
limpeza
combinada
autopropelida de
fluxo axial
transversal
Transmissão
predominantemente
hidráulica em
máquina moderna
A velocidade de avanço da colhedora deve ser ajustada a
todo momento para regular a taxa de alimentação – fluxo de
material que entra na máquina
Polia de diâmetro variável
Máquinas no Pátio
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
ESCOLA SUPERIOR DE AGRICULTURA “LUIZ DE QUEIROZ”
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE BIOSSISTEMAS
LEB 432 – Máquinas e Implementos Agrícolas
Máquinas para a Colheita de Cereais
Prof. Thiago Romanelli
Piracicaba, 14 a 16 de outubro de 2013
COLHEDORA COMBINADA
AUTOPROPELIDA
Fabricantes no Brasil
• AGCO (Santa Rosa, RS)
– Massey Fergusson
• CNH (Curitiba, PR)
– New Holland
– Case
• John Deere (Horizontina, RS)
– John Deere
COMPONENTES DE UMA COLHEDORA
Etapas da colheita
1.
2.
3.
4.
5.
Corte e Alimentação
Trilha
Separação
Limpeza
Transporte e Armazenamento
COLHEDORA AUTOPROPELIDA DE TRILHA RADIAL
FONTE: MASSEY FERGUSON , 1986.
transporte e
armazenamento
separação
trilha
alimentação
corte
limpeza
transporte e armazenamento
alimentação
limpeza
corte
separação
trilha
Colhedora
combinada
autopropelida
de fluxo axial
Sistema de
corte e
alimentação
Função:
corte do material
a ser colhido e
condução até o
sistema de trilha
Plataforma de Corte
Proteção da base da
plataforma flexivel
Plataforma segadora
Plataforma despigadora
Molinete
Funções
 Puxar – as plantas contra a barra segadora;
 Empurrar – as partes aéreas das plantas cortadas
sobre o condutor transversal;
 Levantar – plantas que encontram acamadas e que
serão cortadas.
Barra de corte
Correntes
transportadoras
rolos
despigadores
Plataforma
despigadora
As primeiras plataformas
despigadoras de linhas
adensadas
Plataformas
despigadoras
de linhas
adensadas,
hoje bastante
comuns no
mercado
brasileiro
Plataforma segadora para feijão
Corte e Alimentação - Plataforma
Claas (2001) e John Deere (2001)
Corte – Mecanismo Despigador
ASAE (1993)
Funções
 Cortar as plantas que ficam na faixa delimitadas
pelos separadores
 O movimento alternativo da barra de corte é obtido
de uma caixa de transmissão localizada numa das
extremidades da plataforma
Condutor Tranversal
Funções:
 Receber o material cortado
 Conduzir o material cortado
até o condutor longitudinal
Condutor Longitudinal
Funções:
Transportar o material entregue,
pelos dedos retráteis, até o
mecanismo de trilha
Coletor de Pedras
Trilha – Sistema Radial
IOCHPE - Maxion (s.d.)
Sistema de
trilha
Função:
desprender o
grão da planta
(trilhar - debulhar)
Batedor
Separador de palhas por rotor duplo:
A rotação varia de 750 a 1031 rpm
• Tipos de cilindro de trilha: de dentes e de barras.
FONTE: SRIVASTAVA, 1993.
FONTE: DEERE & CO, 1993.
Sistema de
separação
Função:
separação do material trilhado
(separar o grão da palha)
Saca-palhas
FONTE: IOCHPE-MAXION, 1995.
trilha e
separação
limpeza
alimentação
Colhedora combinada
autopropelida de fluxo
axial de dois rotores
Saca-palhas: O movimento rotativo alternado faz com
que os grãos se soltem da palha e caiam por gravidade.
Para auxiliar à separação, o saca-palhas vem equipado
com cristas.
FONTE: DEERE & CO., 1993.
Saca-palhas - Separador
O movimento rotativo alternado faz com que os grãos
se soltem da palha e caiam por gravidade. Para auxiliar
à separação, o saca-palhas vem equipado com cristas.
DEERE & CO. (1993).
Saca-palhas com sua base aberta e sem-fim
FONTE: DEERE & Co., 1993
Sistema de
Sistema
de limpeza
limpeza– Alimentação por Gravidade
O
ventilador força o ar sob as peneiras para retirar o palhiço e a
poeira
O
movimento oscilante das peneiras proporciona grãos mais
limpos no tanque graneleiro.
Sistema de limpeza – Alimentação por Gravidade
Sistema de limpeza – Alimentação por transportador
Retrilha
Retrilha
Rotor
Helicóide
Chapa
IOCHPE - Maxion (s.d.)
Sistema de
transporte e
armazenamento
Função:
transporte interno e
armazenamento do
produto colhido
proveniente do
sistema de limpeza
Picador de Palhas
NEW HOLLAND (2004).
Difusor de Palhas
Sistemas de semeadura
direta  boa cobertura
sobre o solo
Plataformas cada vez
maiores
Distribuição deficiente da
palha
Alteração na distribuição
espacial de nutrientes no
solo
 Dificulta as operações
seguintes (semeadura)
Claas (2001)
Esteira metálica
para colheita de
arroz irrigado
Mapas de Produtividade
O mapa de produtividade de uma colhedora de grãos
Os componentes básicos de um sistema de
monitoramento de colheita em colhedora de grãos
Eletrônica embarcada
Cabine
Cabine
John Derre (2001) e New Holland (2001)
Monitor de Perdas
2 conjuntos de sensores, instalados
na descarga do saca-palha e na da
peneira superior, além de um painel
monitor instalado na plataforma do
operador.
Os sensores interceptam o fluxo de
carga do material, o impacto do grão
(mais denso que o resto do material)
é transformado em impulso elétrico,
associando à uma perda (kg/ha).
NEW HOLLAND (2004)
Determinação de Perdas no Campo
Normas de ensaios de perdas NBR 9740 (ABNT)
Nela são definidas as condições de ensaio:
- declividade do terreno
- número de parcelas e de repetições
- tamanho das parcelas
- velocidade de deslocamento
- coleta do material
- método de cálculos etc.
FONTES DE PERDAS NA COLHEITA
• As perdas na operação de colheita podem
ser divididas em três partes
1. Pré-colheita
– perdas que antecedem a colheita e são
ocasionadas pelas condições climáticas
(ventos,chuvas,etc), tombamento e debulha
natural
1o Passo: Determinação das perdas précolheita
 Demarcar a área com uma armação de madeira ou arame de 1m2
 Debulhar os grãos e pesá-los
 Repetir em 5 locais diferentes da lavoura
Causa
 queda natural de grãos, excesso de chuva e vento, acamamento
das plantas
Copo medidor
2o Passo: Determinação das perdas na
plataforma
 Depois que a colhedora estiver colhendo pará-la e retrocedê-la uma
distância do seu comprimento
 Com a armação, fazer a coleta à frente das marcas dos pneus dianteiros
Causa
 vagens cortadas não conseguem ser captadas, grãos abaixo da
barra de corte, plantas arrastadas pelo movimento do molinete,
grãos derrubados pela vibração da barra de corte transmitida às
plantas, grãos debulhados pelo molinete e pelos separadores
Como medir as perdas
em campo?
FONTES DE PERDAS NA COLHEITA
2. Plataforma de Corte
– perdas derivadas do contato e
ação dos componentes da
plataforma com a cultura:
• molinete (altura e posição,
velocidade, inclinação do pente)
• altura da plataforma
• barra de corte com problemas
(folga, danificação de lâminas)
• velocidade de avanço da
máquina
• abertura do caracol e da esteira
alimentadora
3o Passo: Determinação das perdas na
traseira da máquina
 Operar a máquina com o picador de palha desligado e fazer a
coleta do material com a armação atrás da colhedora
 Os grãos soltos recolhidos do solo correspondem a porção
perdida na limpeza e separação os grãos contidos em partes
da planta é devido ao sistema de trilha
Causas
 grãos não-trilhados que não são recuperados pelo sacapalhas ou sistemas de peneiras,
 grãos soltos junto a palha que é descarregado pelo sacapalhas. Devido à sobrecarga do saca-palhas
 grãos que passam por sobre a peneira superior e são jogados
fora da máquina
FONTES DE PERDAS NA COLHEITA
3. Perdas internas (máquina)
– perdas provocadas pelos componentes
internos da máquina decorrentes de má
regulagem e de deficiências de projeto.
FONTES DE PERDAS NA COLHEITA
• Trilha: grão preso na palha - causada pela
abertura excessiva entre côncavo e cilindro,
ou velocidade inadequada do cilindro e da
colhedora.
FONTES DE PERDAS NA COLHEITA
• Separação: grão solto na palha - causada
também por abertura excessiva entre
côncavo e cilindro e uma baixa velocidade
do cilindro, sobrecarregando o saca-palha.
FONTES DE PERDAS NA COLHEITA
• Limpeza: grão solto no palhiço - causada por
peneiras mal ajustadas associado a má
regulagem do ventilador, velocidade e
direção do fluxo de ar incorretos.
4o Passo: Determinação das perdas totais
devido a colhedora
 Para esse cálculo, é usada a quantidade total de
grãos recolhidos na traseira da máquina,
subtraindo-se o total de grãos recolhidos para o
cálculo das perdas pré-colheita.
MACHADO (2003)
FONTES DE PERDAS NA COLHEITA
Monitor
Sensor
do sacapalhas
Sensor de
perdas
Sensor
das
peneiras
Perdas
Taxa de alimentação
PAMI, 1978
Perdas
Dias após a
maturação
6
10
20
25
30
40
50
Teor de umidade
Perdas de
do milho(%)
matéria-seca(%)
25
1,5
23
2,0
20
3,0
18
5,0
17
7,0
15
12,0
15
14,0 (1995)
Weber
6% de perdas total: aceitável
> 10%: prejuízo supera custo operacional da colhedora
perdas não podem passar de 2% na colheita
SLC (1988)
Colheita - Pontualidade
Senescência das plantas – perdas quantitativas e qualitativas
Qualitativa
 O grão é um organismo vivo e para se manter o embrião consome
parte de suas reservas – menor produtividade
 Após a maturação fisiológica os grãos apenas perdem qualidade
 Doenças fúngicas, ataque de pragas
Quantitativas
 Deiscência – queda dos grãos no solo
 Acamamento – corte e entrada na plataforma dificultados
Colheita - Pontualidade
Comparativo de produtividade de cultivares de soja e suas respectivas
perdas relativas
Borges (2004)