Semeadura Aérea de Pinus por Helicóptero

por Wes Kay, Gerente de Aplicação Aérea, Expedition Helicopters Fashor Yu, AgNav, Inc. / Lai Nguyen, P.Eng., AgNav, Inc.

Com incêndios catastróficos ocorrendo em muitos lugares do mundo, a proteção florestal e o reflorestamento são grandes preocupações para países com variações de clima seco e úmido, como Estados Unidos, Canadá e Austrália. Este ano, milhões de hectares de terras selvagens e florestas foram queimados. Pessoas perderam suas casas e até suas vidas. Os animais selvagens perderam seus habitats, como visto nos recentes incêndios na Austrália. Os danos acumulam-se em bilhões de dólares. Após incêndios florestais, as florestas devem ser restauradas para devolver a ecologia ambiental para os residentes locais e habitats para os animais. Como outros países desenvolvidos, a cada ano o Canadá gasta milhões de dólares para gerenciar florestas, mantê-las saudáveis, torná-las mais resistentes a insetos e doenças e replantar árvores após a colheita. Está provado que a aplicação aérea desempenha um papel crítico no manejo florestal.

Em janeiro de 2019, a Expedition Helicopters, empresa sediada em Cochrane Ontario, Canadá, ganhou uma licitação para programas de semeadura aérea em florestas na região noroeste de Ontário. Esse projeto envolveu a semeadura de um total de 1.164 hectares (4.657 acres) de florestas de pinus no norte de Ontário. O planejamento do programa começou em meados de março e a semeadura foi realizada em meados de abril de 2019. O desafio para os aplicadores era que o volume de semeadura era muito pequeno, apenas 75 a 125 gramas de sementes por hectare (0,067 a 0,11 libras / acre).

O sistema existente usava um tanque com uma placa de orifício na porta de distribuição para espalhar as sementes. O tamanho do orifício foi calibrado no solo para a quantidade desejada de sementes por minuto. Toda vez que o volume de semeadura era alterado, o orifício precisava ser calibrado novamente. Esse método funcionou, supondo que o piloto sempre pudesse manter a mesma velocidade em relação ao solo durante a aplicação. Isso foi difícil para o piloto, especialmente quando havia vento. Considerando a precisão da aplicação, esse método expôs alguns problemas importantes. Primeiro, a quantidade de sementes liberadas em qualquer momento não era mensurável durante o voo e não era controlável com base na velocidade da aeronave. Devido à gravidade, mais sementes podiam ser liberadas quando os tanques estavam cheios do que quando estavam pela metade ou quase vazios.

Ao vencer a licitação, Wes Kay, gerente da Divisão de Aplicação Aérea da Expedition Helicopters, entrou em contato com a AgNav, Inc. para discutir como criar um sistema melhor para a aplicação de sementes de pinus na vazão exigida. Kay trouxe para a AgNav um recipiente de sementes de pinus para testar com o controlador de fluxo granular AgNav (GFC), que inclui uma caixa de controle de vazão universal (UFC) e dois distribuidores rotativos fabricados pela AgNav. O distribuidor funciona como uma porta de medição rotativa para o aplicador granular Isolair e consiste em um motor de engrenagem CC, codificador e impulsor.

No passado, o AgNav GFC era usado principalmente para o controle de mosquitos para espalhar grânulos para uso de larvicidas.

Controlador de Fluxo Granular AgNav

Depois de trabalhar com a Expedition Helicopters para a calibração do GFC, verificou-se que o impulsor distribuía cerca de 125 gramas de sementes por rotação.

Com o helicóptero tendo uma largura de faixa de 18 m (60 pés), voando a 100 km/h (60 MPH), o piloto percorreu 3,0 hectares por minuto. Na vazão requerida de 75 a 125 gramas de sementes por hectare, o piloto precisava aplicar 225 a 375 gramas por minuto (g/min).

O helicóptero estava equipado com dois tanques Isolair. Cada tanque espalhou 113 a 188 g/min. Nesse ritmo, o motor GFC girava apenas de 1 a 1,5 rotações por minuto (RPM). Essa velocidade de rotação era muito lenta para controlar o GFC existente. Durante o teste, quando a velocidade do GFC era menor que três RPM, o motor operava em um padrão pulsante, isto é, parava e voltava.

Distribuidor AgNav GFC com impulsor padrão

Distribuidor AgNav GFC com impulsor modificado

Para fazer o GFC funcionar para Kay, os engenheiros da AgNav primeiro modificaram o impulsor fazendo pétalas mais rasas e adicionando espaçadores de uma maneira que as sementes ainda eram liberadas uniformemente, mas em menor quantidade com o rotor do impulsor. O objetivo era aumentar a velocidade do motor para que funcionasse sem problemas. Após algumas modificações, o impulsor final distribuiu 62 gramas de sementes por rotação.

GFC funcionou melhor, mas ainda pulsava. Devido à baixa energia cinética a uma velocidade muito baixa, o atrito e a mudança de carga podem fazer com que a velocidade do motor varie significativamente. Um pequeno ajuste fazia com que o motor funcionasse muito rápido ou muito devagar. O algoritmo de controle proporcional-integral-derivativo (PID) usado no firmware GFC foi ajustado com precisão para permitir que o motor funcionasse sem problemas a uma velocidade abaixo de três RPM. Os motores de 24V usados em um GFC padrão foram substituídos por motores com razão de transmissão 12V mais alta para obter melhor precisão. Isso ajudou a reduzir a oscilação da velocidade e convergiu para uma velocidade alvo duas vezes mais rápida. O software Navigate no sistema de orientação AgNav também foi modificado para permitir ao piloto inserir um pequeno aplicativo e exibir o valor da vazão em gramas para monitoramento. O sistema final funcionou bem.

Depois de instalar o GFC nos tanques Isolair do helicóptero, Kay o calibrou novamente e demonstrou o sistema aos supervisores do programa de semeadura. Uma das áreas tratadas foi percorrida usando simulação de voo. A velocidade da aeronave variava de 100 a 120 km/h. Quando o helicóptero entrou na área, o GFC acionou automaticamente os motores para liberar sementes nos contêineres de coleta. Quando o helicóptero saiu da área ou estava sobre uma zona de exclusão, o GFC parava os motores. Quando uma passagem era concluída, a próxima era selecionada automaticamente. O recurso de pulverização automática no sistema de orientação AgNav eliminou o erro humano ao operar a função de ligar/ desligar o pulverizador nos limites.

Um helicóptero da Expeditions Helicopter com tanques Isolar e controlador de vazão AgNav para semeadura de pinus.

Cobertura semeada de pinus nas áreas tratadas

Isso ajudou significativamente quando o limite da aplicação não era visível claramente por causa do dossel da floresta. Depois de terminar uma área, as sementes nos contêineres de coleta foram pesadas. Segundo Kay, os pesos liberados eram perfeitamente compatíveis com o peso ideal prescrito para a área. O sistema de aplicação foi aprovado para o programa.

Em abril de 2019, Kay realizou o programa de semeadura. Durante o trabalho, a velocidade da aeronave variou de 95 a 120 km/h ao espalhar sementes. Foram encontrados alguns problemas menores devido à instalação que causaram o vazamento de sementes através de uma pequena abertura. Quando isso foi corrigido, a calibração do GFC estava correta.

Para superar o atrito, os motores GFC tiveram que funcionar a uma velocidade maior que a velocidade desejada. Levou apenas um segundo para estabilizar e atingir a velocidade desejada. Por esse motivo, houve alguns erros menores para passagens curtas ou passagens com vários pontos de corte ou segmentos. Após dois dias de aplicações, Kay concluiu o programa de semeadura com sucesso. Os dados da aplicação foram submetidos aos supervisores do programa para repetição, verificação, relatório e análise.

Kay se reuniu com a AgNav novamente após o programa para fornecer feedback. Com base em suas informações, os engenheiros da AgNav continuaram trabalhando no GFC para melhorar ainda mais seu desempenho. Um novo impulsor adequado para uma taxa de propagação ultra baixa foi projetado. O objetivo era aumentar a velocidade do motor para 10 RPM ou mais, para um controle melhor e preciso. O recém-projetado GFC estará pronto em 2020 para aplicações aéreas de sementes. A semeadura aérea de pinus do programa do noroeste de Ontario mostrou que, ao enfrentar desafios, as empresas podem encontrar soluções ao trabalharem juntas. Mais do que nunca, é nossa responsabilidade manter as florestas em um bom ambiente de crescimento, mantendoas verdejantes, não apenas para nosso benefício, mas também para as próximas gerações.