Instituto Federal de Pernambuco/ Campus Barreiros Departamento de Desenvolvimento Educacional Coordenação do Curso Técnico em Agropecuária Disciplina: Mecanização Agrícola Aluno:
I Unidade
MECANIZAÇÃO AGRÍCOLA Material Complementar
Barreiros/PE Março-2014
Aula 1 – Mecanização Agrícola: histórico e conceitos Objetivos Estabelecer a importância da mecanização agrícola na produção de alimentos. Identificar as questões econômicas, sociais e ambientais referentes à mecanização agrícola. Reconhecer os conceitos utilizados na mecanização agrícola.
1.1 Histórico Ao nosso redor existem objetos capazes de nos proporcionar mais conforto e rapidez na comunicação: aparelhos de TV, relógios, telefones, entre outros. Hoje eles podem parecer comuns, mas se pararmos para pensar vamos perceber que há algum tempo nenhum deles existia. Então, você pode se perguntar: como o homem pode ter criado tudo isso? Na verdade, ele foi aos poucos percebendo que o seu meio poderia ser melhorado. Dessa forma, criou a roda; talvez com um incêndio provocado por um raio, descobriu o fogo. E assim aconteceu com as máquinas agrícolas: no início o homem percebeu que ao plantar uma semente, podia dar origem a uma planta inteira da mesma semente. Daí ele deixou de ser nômade, ou seja, deixou de mudar de local para sobreviver e virou sedentário, habitando um local fixo. Esse homem percebeu que não havia a necessidade de sair à procura de comida, já que podia produzir o seu próprio alimento. Mas esse fato acabou forçando-o a cada vez mais ter que aumentar sua produção. Por exemplo, se ele plantava arroz, ele trocava o seu excedente com os vizinhos que produziam ou tinham outros produtos, não apenas alimentos. O homem, então, começou a desenvolver formas de aumentar o seu plantio, criando ferramentas que ajudavam o seu trabalho. Assim, os séculos foram passando, e foi sempre constante a evolução dos equipamentos agrícolas.
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Uma produção em alta escala é dependente da mecanização agrícola, ou seja, o uso das máquinas é um dos principais pontos para o aumento de produtividade. No entanto, nem sempre foi assim. Como todo processo de implantação de tecnologia, a mecanização passou por algumas etapas até chegarmos aos dias de hoje. Mesmo assim, estamos sempre nos defrontando com problemas sociais em virtude da falta de alimentos para uma grande parte da população mundial. A evolução da capacidade de produção nos últimos 50 anos foi, em média, superior ao crescimento da população mundial. Apesar disso, segundo a FAO (Organização das Nações Unidas para a Agricultura e a Alimentação), neste início de milênio, 852 milhões de pessoas viviam em estado de fome crônica ou de subnutrição, sendo 815 milhões nos países subdesenvolvidos.
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Países em transição 39
Países Industrializados 53
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Índia China Ásia e Pacífico* 204 África subsaariana América Latina
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Oriente Médio e África do Norte * Menos China e Índia
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Figura 1.1: Pessoas subnutridas em 2001-2002 (em milhões) Fonte: Estado de insegurança alimentar no mundo – 2004 (FAO). Disponível em: <http://educacao.uol.com.br/geografia/ ult1701u13.jhtm>. Acesso em: 27 abr. 2010.
O espaço rural de vários países se modernizou. A mecanização agrícola, o uso da biotecnologia, de sistemas de estocagem e escoamento da produção tornaram a agropecuária mais produtiva e competitiva. Os investimentos e o controle da produção agrícola por grandes empresas disseminaram a utilização de produtos apropriados à correção do solo, de adubos químicos, de agrotóxicos, de rações, de sementes geneticamente modificadas etc. Por outro lado, diversas regiões do mundo vivem as tragédias da subnutrição e da fome. O Brasil, em seu imenso território, vive essa mesma contradição. Colocase entre os dez maiores exportadores agrícolas mundiais, desenvolve uma agricultura moderna e de elevada competitividade e possui o maior rebanho
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bovino comercial do mundo, ao mesmo tempo em que uma parte expressiva da população rural vive em condições miseráveis. Em sua própria região, você pode notar essas contradições. É só observar com um olhar crítico, não é mesmo?
1.1.1 A Revolução Agrícola: uma importante etapa da evolução da mecanização O primeiro grande avanço tecnológico nas atividades agropecuárias ocorreu dentro do mesmo processo da Revolução Industrial, no século XVIII. Os países que se industrializaram nesse período modernizaram os seus sistemas de cultivo, elevaram a produção e a produtividade – produzir mais com menos terra e mão de obra – e introduziram novas técnicas com o desenvolvimento de instrumentos agrícolas. A migração para as cidades, nesse período, também diminuiu o número de pessoas envolvidas nas atividades agrícolas. Dessa forma, a Revolução Industrial e a intensa urbanização gerada por ela exigiram uma Revolução Agrícola capaz de ampliar o fornecimento de matérias-primas à indústria e à produção de alimentos necessária ao abastecimento de uma população que se urbanizava.
1.1.2 A Revolução Verde: estratégia para elevar a produção agrícola A partir da segunda metade do século XX, os países desenvolvidos criaram uma estratégia de elevação da produção agrícola mundial por meio da introdução de técnicas mais apropriadas de cultivo, mecanização, uso de fertilizantes, defensivos agrícolas e a utilização de sementes VAR (Variedades de Alto Rendimento) em substituição às sementes tradicionais, menos resistentes aos defensivos agrícolas. Concebido nos Estados Unidos, esse processo ficou conhecido como Revolução Verde. Sua principal bandeira era combater a fome e a miséria dos países mais pobres por meio da introdução de técnicas mais modernas de cultivo. Ao mesmo tempo em que modernizou a agricultura em alguns países subdesenvolvidos, a Revolução Verde elevou a sua dependência em relação aos países mais ricos, que detinham a tecnologia indispensável ao cultivo das novas sementes e forneciam os insumos necessários para viabilizar a produção. A elevação da produtividade diminuiu o preço de diversos produtos para o consumidor, mas o custo dos insumos aumentou numa escala muito maior.
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A produção de determinados gêneros contemplados pela Revolução Verde era viável quando realizada em grande escala, em grandes propriedades agrícolas. Dessa forma, muitos pequenos proprietários ligados à agricultura comercial ficaram incapacitados de incorporar essas novas tecnologias, abandonaram suas atividades e venderam as suas propriedades. Isso causou um impacto desastroso na estrutura fundiária de diversos países, entre eles o Brasil. Quanto à erradicação da fome, a principal promessa da Revolução Verde, os próprios dados da ONU mostram os resultados insuficientes. A mecanização pode ajudar no combate à subnutrição devido ao aumento da produção de alimentos e à queda dos preços dos mesmos. Observe, na Figura 1, a quantidade de pessoas que vivem subnutridas. Só a América Latina possui 53 milhões delas. Pesquise na internet a quantidade de pessoas que vivem dessa forma no Brasil.
1.2 Reflexões sobre a mecanização e seus efeitos econômicos, sociais e ambientais Uma questão importante que você precisa entender é que a mecanização agrícola, sem dúvida, se bem aplicada, ajuda o agricultor ou produtor a aumentar a sua produção. Mas nós vivemos numa região onde a questão ambiental deve ser levada em consideração. Isso porque a nossa realidade é diferente de outras regiões onde não se tem uma preocupação tão forte e rígida com a questão ambiental. É inegável que a motomecanização da agricultura permitiu, entre outras coisas: reduzir ao mínimo a penosidade na realização dos trabalhos agrícolas que os métodos tradicionais impunham; aumentar de forma espetacular o rendimento do trabalho, as áreas das culturas e as conwsequentes produções; e uma fortíssima redução da população ativa agrícola que, nos países desenvolvidos, se transferiu para outros setores com perspectivas de uma vida mais confortável financeiramente. No entanto, temos que estar atentos sobre alguns aspectos menos positivos, que também são decorrentes dessa mecanização e merecem uma reflexão. Esses aspectos têm caráter econômico, social e ambiental.
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As estatísticas agrícolas amazonenses deixam claro que a maioria das áreas produtoras é de pequeno porte. Devido a essa realidade e às dificuldades das linhas de comunicação, os agricultores investem na compra de máquinas sem perspectiva de retorno. Por isso, para se adquirir um maquinário, deve haver uma criteriosa escolha dos equipamentos, tendo em vista as condições da exploração. Aconselhamos, então, o recurso de utilização em comum das máquinas, como a formação de cooperativas. No que se refere às questões ambientais, também devemos ter uma atenção crescente sobre o uso das máquinas. Hoje, muita informação é produzida sob a forma de guias ou códigos no sentido de se fazer boas práticas, visando o menor desgaste do solo, a diminuição da erosão, a preocupação com a aplicação massiva de fertilizantes e produtos fitofarmacêuticos. Assim, pare e reflita um pouco: qual destino deve ser dado aos óleos queimados resultantes das mudanças de óleos dos motores? E em relação às emissões de dióxido de carbono para a atmosfera, o que deve ser feito? Enfim, são vários os problemas que afetam o ambiente. Então, para minimizar os efeitos dos aspectos acima relacionados, aconselhamos que você recorra a técnicas e equipamentos que conduzem a uma nova abordagem das questões da Mecanização Agrícola, como, por exemplo, a mobilização mínima do solo, a sementeira direta, a redução do número de passagens através do uso de operações combinadas, como a técnica conjugada de aração e gradagem ao mesmo tempo, através do uso da grade aradora. Quanto à aplicação de fertilizantes e de produtos fitofarmacêuticos, exige-se cada vez maior precisão por parte dos equipamentos de aplicação, tanto em termos de volume das substâncias ativas a aplicar quanto em termos de sua localização. Outra questão que vem sendo discutida no mais alto nível mundial é a questão dos gases CO2 emitidos pelas máquinas, os quais contribuem para o denominado “efeito estufa”, ou seja, o consequente aumento de temperatura no planeta. Apesar disso, alguns autores não apontam a atividade agrícola como agente decisivo nessa matéria, ao contrário de outros setores, como o da indústria e o dos transportes. Mas isso não significa que a agricultura não tenha que assumir a sua parte em termos de minimização dos efeitos. Impõe-se, portanto, que os agricultores, especialmente as camadas mais jovens, sejam motivados a reunir o maior número de informações possíveis, tanto do
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ponto de vista econômico como de seu eventual impacto na conservação dos recursos naturais e na preservação do ambiente. É obvio que os serviços oficiais devem ter capacidade para proporcionar aos agricultores um aconselhamento competente à formação e à informação indispensáveis ao sucesso de suas atividades. E a um melhor reconhecimento dos aspectos ambientais referidos, necessariamente condicionantes a médio ou a longo prazo, desse mesmo sucesso. Com base nas nossas reflexões sobre a mecanização, faça um quadro e liste na coluna esquerda as vantagens e na coluna direita as desvantagens da mecanização agrícola.
1.3 Mecanização Agrícola: terminologia utilizada Você agora entenderá o significado de alguns termos que são constantemente utilizados na mecanização agrícola, ou seja, essas terminologias serão rotineiramente comentadas por você. Operação agrícola: é toda atividade diretamente e permanentemente relacionada com a execução do trabalho de produção agropecuária. A mecanização é uma das inúmeras operações agrícolas. Podemos definir como a operação de diversas práticas, como manejo de pragas, irrigação, produção de mudas, colheita, armazenamento, comercialização, mecanização agrícola etc. Mecanização Agrícola: é a utilização racional das máquinas agrícolas, estudando-as de maneira aplicada. Cada máquina tem sua função e é projetada para determinado objetivo específico. Máquina agrícola: máquina projetada especificamente para realizar integralmente ou coadjuvar a execução da operação agrícola. Pode ser motora ou não. As máquinas motoras são aquelas que transformam várias formas de energia e transmitem o efeito de força. Como exemplo temos o trator, que transforma energia térmica combustível em força de tração. Já as máquinas não motoras são aquelas que não transformam energia, elas apenas transmitem o efeito de força.
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Implementos: são as máquinas não motoras, ou seja, aquelas que não são capazes de transformar energia, mas simplesmente transmitir o efeito de força. Como exemplos de implementos, podemos citar o arado, a grade, o subsolador, o perfurador de solo etc. Todos eles são acoplados ao trator e utilizam-no como fonte principal para a realização do trabalho agrícola. Ferramenta agrícola: implemento em sua forma mais simples, o qual entra em contato direto com o material trabalhado, acionado por uma fonte de potência qualquer. Exemplos: enxada, foice, facão etc.
1.4 Outras terminologias utilizadas na mecanização relacionadas com o preparo do solo TALHÃO SANGRADOR
ESTRADA RURAL
CARREADOR
TALHÃO
CABECEIRA
CABECEIRA
CARREADOR
LEIRA
LEIRA ESTRADA RURAL
TALHÃO
Figura 1.2: Nomenclatura geralmente adotada para designar as partes integrantes dos campos de cultivo
Campo de cultivo: são glebas de terra resultantes da subdivisão da área da propriedade agrícola por divisores naturais (rios, ribeirões, grotas, valas etc.) ou artificiais (estradas, cercas, quebra-ventos, carreadores etc.), cuja demarcação e caracterização são exigências de ordem administrativa e de exploração econômica.
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Talhões: são parcelas dos campos de cultivos que são efetivamente mobilizadas através das operações de preparo periódico do solo e que serão, futuramente, ocupadas pelas plantas da cultura a ser instalada. Na figura a seguir, você pode ver alguns formatos de talhões.
TRIANGULAR
RETANGULAR QUADRADO
TRAPEZOIDAL
FAIXA SINUOSA
Figura 1.3: Formatos de talhões
Carreadores: são vias de acesso e/ou divisores de talhões que se interligam entre si e com as estradas da propriedade, permitindo livre trânsito de veículos e máquinas. Cabeceiras: são faixas de terreno deixadas em cada extremidade do talhão, imediatamente antes da margem dos carreadores, para giro de máquinas (o giro de certos tipos de máquinas no carreador poderá danificar seu leito carroçável); as cabeceiras são mobilizadas à parte, após o término da operação no talhão; quando se utiliza os carreadores para giros de cabeceira (caso de máquinas montadas de engate de três pontos), as áreas de cabeceiras deixam de existir. Leiras: são faixas estreitas de terreno deixadas de cada lado do talhão (entre a borda deste e a margem do carreador), desde uma cabeceira à outra: têm por finalidade manter a largura dos carregadores e evitar a destruição de seus sangradores e canais de escoamento de água; em certos casos, as leiras são deixadas para facilitar o alinhamento do percurso principal das máquinas (caso de talhões com bordas muito irregulares), sendo mobilizadas posteriormente em operação à parte.
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Faixas ou passadas: são faixas de terra mobilizadas pela máquina de preparo do solo durante o deslocamento através do talhão, cuja largura é determinada pela largura de dois cortes dos órgãos ativos e cujo comprimento é determinado pela distância de uma cabeceira à outra. Faixas mortas: são faixas ou passadas cujo comprimento é menor que a distância entre cabeceiras do talhão; ocorre quando não há paralelismo entre as direções das leiras e das passadas. Leivas: são fatias de solo cortadas e invertidas pelos órgãos ativos dos arados; o corte e o tombamento de uma leiva resultam no aparecimento de um sulco a ser preenchido pelo tombamento da leiva seguinte.
Faixas ou passadas Muralha Talhão
Soleira
Leiva
Figura 1.4: Detalhe da abertura de um sulco
Soleira: é o fundo do sulco originado pelo corte e inversão da leiva. Muralha: é a parte lateral do sulco, oposta à leiva e acima da soleira. Sulco morto: é o sulco deixado pelo tombamento da última leiva do talhão; também é a designação dada a uma depressão do terreno arado motivada pela coincidência de duas passadas adjacentes do arado, tombando a leiva para lados opostos, ao longo de uma mesma linha, conforme ilustra a Figura 1.4. Essa depressão também poderá ser produzida por grades de discos (as grades cujos corpos apresentam o último disco externo de menor diâmetro que os demais não deixam sulcos mortos no terreno).
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Camalhão: são elevações do terreno arado motivadas pela coincidência de duas passadas adjacentes do arado, tombando as leivas uma contra a outra ao longo de uma mesma linha, como ilustra a Figura 1.5. Do ponto de vista prático, o camalhão consiste numa situação inversa à do sulco morto.
Figura 1.5: Detalhe de um camalhão
Diferencie máquina, implemento e ferramenta.
Resumo Na aula de hoje, você viu como se deu a evolução das máquinas agrícolas no seu contexto histórico. Conheceu, também, as questões polêmicas da mecanização, como as preocupações com o uso inadequado dessa tecnologia, a questão do êxodo rural, poluição, desmatamento, entre outros. Por fim, aprendeu os termos ou terminologias que são bastante utilizadas na mecanização.
Atividade de aprendizagem Com base na aula de hoje, pense na realidade do seu município. Qual a sua situação agrícola? O que ele produz na agricultura? Faça um pequeno texto falando como a mecanização seria importante para a melhoria da produção local, e também comente que problemas ou dificuldades (por exemplo: financeiro, na aquisição de máquinas etc.) a mecanização pode encontrar no seu município.
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Mecanização Agrícola
Máquinas Agrícolas
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1. Introdução
1.1. Conceituação e Normalização das Máquinas Agrícolas
Abaixo segue algumas terminologias segundo a ABNT - NB-66.
Operação Agrícola: Toda atividade direta e permanentemente relacionada com a execução do trabalho de produção agropecuária.
Máquinas Agrícolas: Máquina projetada especificamente para realizar integralmente ou coadjuvar a execução da operação agrícola.
Implemento Agrícola: Implemento ou sistema mecânico, com movimento próprio ou induzido, em sua forma mais simples, cujos órgãos componentes não apresentam movimentos relativos.
Ferramenta Agrícola: Implemento, em sua forma mais simples, o qual entra em contato direto com o material trabalhado, acionado por uma fonte de potência qualquer.
Máquina Combinada ou Conjugada: É uma máquina que possui, em sua estrutura básica, órgãos ativos que permitem realizar, simultaneamente ou não, várias operações agrícolas.
Acessórios: Órgãos mecânicos ou ativos que, acoplados à máquina agrícola ou implemento, permite tanto aprimoramento do desempenho como execução de operações diferentes para o qual foi projetado.
1.2. Classificação das Máquinas Agrícolas
As máquinas agrícolas são divididas em grupos, especificados na seqüência.
Máquinas Agrícolas
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Grupo 1 - Máquinas para o preparo do solo
a.1) Máquinas para o preparo inicial do solo
São responsáveis pela limpeza do solo, ou seja, pela remoção de árvores, cipós e etc. Constituem-se de destocadores, serras, lâminas empurradoras, lâminas niveladoras, escavadeiras e perfuradoras.
a.2) Máquinas para o preparo periódico do solo
São responsáveis pela movimentação ou mobilização do solo (inversão de leiva). Constituem-se de arados de aivecas, arados de discos, subsoladores, enxadas rotativas, sulcadores, etc.
Grupo 2 - Máquinas para a semeadura, plantio e transplante
b.1) Semeadoras, plantadoras e transplantadoras b.2) Cultivo mínimo ou plantio direto
a) Grupo 3 - Máquinas para a aplicação, carregamento e transporte de adubos e corretivos
c.1) Adubadoras e carretas
Grupo 4 - Máquinas para o cultivo, desbaste e poda
d.1) Cultivadores de enxadas rotativas, ceifadeiras e roçadoras
Grupo 5 - Máquinas aplicadoras de defensivos
e.1) Pulverizadores, polvilhadoras, microatomizadoras, atomizadoras e fumigadores
Grupo 6 - Máquinas para a colheita
f.1) Colhedoras ou colheitadoras
Máquinas Agrícolas
Grupo 7 - Máquinas para transporte, elevação e manuseio
g.1) Carroças, carretas e caminhões
Grupo 8 - Máquinas para o processamento
h.1) Máquinas beneficiadoras de café, milho, arroz, algodão e cana h.2) Máquinas para o tratamento e polimento: secadoras, classificadoras e polidoras
Grupo 9 - Máquinas para a conservação do solo, água e irrigação e drenagem
i.1) Irrigação: motobombas e aspersores i.2) Drenagem: retroescavadeiras e valetadeiras
Grupo 10 - Máquinas especiais
j.1) Reflorestamento: tratores florestais e filler bush (processador de madeira)
Grupo 11 - Máquinas motoras e tratoras
k.1) Tratores agrícolas, tratores industriais e tratores florestais
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Máquinas Agrícolas
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2. Tratores Agrícolas
Importância: Aumentar a produtividade aliado à maior eficiência das atividades agrícolas, tornando-o menos árduo e mais atraente. Condicionam e exigem avanços tecnológicos constantes.
Evolução:
-
1858: Trator à vapor para arar a terra;
-
1889: Trator com combustão interna (Henry Ford - Fergusson);
-
1911: Ocorreu a primeira mostra de tratores de Nebraska - E.U.A.;
-
1920: Surgiram dois tratores agrícolas: Massey Harris - Henri Ford e Fergusson;
-
1940: Surgiram tratores equipados com Tomada de Potência (TDP), Barra de Tração (BT) e Sistema de 3 Pontos (1º ponto: inferior esquerdo, 2º ponto: inferior direito e 3º ponto: superior);
-
Atualmente: Tratores com potência elevada e tecnologia avançada como os das marcas Ford-New Holland, Agrale, Massey – Fergusson, Caterpillar, Valmet, Muller e SLC.
2.1. Funções Básicas
a) Tracionar máquinas e implementos de arrasto tais como arados, grades, adubadoras e carretas, utilizando a barra de tração; b) Acionar máquinas estacionárias, tais como batedoras de cereais e bombas de recalque d’água, através de polia e correia ou da árvore de tomada de potência; c) Tracionar máquinas, simultaneamente com o acionamento de seus mecanismos, tais como colhedoras, pulverizadores, através da barra de tração ou do engate de três pontos e da árvore de tomada de potência;
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Tiveram como causas principais a evolução dos tratores:
a) A necessidade do aumento da capacidade de trabalho do homem do campo, face à crescente escassez de mão-de-obra rural; b) A migração das populações rurais para as zonas urbanas, devido ao processo de desenvolvimento econômico pelo qual tem passado o nosso país.
Como conseqüência, o trator tem provocado modificações profundas nos métodos de trabalho agrícola nos seguintes aspectos:
a) Redução sensível da necessidade de tração animal e de trabalho manual e, por conseqüência, diminuição do mercado de trabalho rural, para mão-de-obra não qualificada; b) Crescente exigência do emprego de tecnologia avançada, notadamente das técnicas de descompactação e conservação dos solos, de aplicação de fertilizantes e defensivos, da utilização de sementes selecionadas e de conservação e armazenamento dos produtos colhidos; c) Organização e racionalização do trabalho, através de planejamento agrícola e controle econômico-financeiro, dando às atividades de produção rural um caráter tipicamente empresarial.
A evolução do uso de máquinas na agricultura pode ser vista pela figura a seguir:
Figura 2.1 – Evolução da participação nos sistemas de produção das várias tecnologias de execução mecanizada das operações agrícolas.
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2.2. Constituição
Figura 2.2 – Constituição geral de um trator agrícola.
a) Motor: Responsável pela transformação da energia potencial do combustível em energia mecânica, na forma de potência disponível no eixo de manivelas.
Combustível
Diesel
Número de cilindros
1,3,4 ou 6
Bico Injetor
Injeção direta
Potência
16 ~ 215 cv
Torque
3,7 kgf.m a 79 kgf.m
Rotação máxima
2400 a 2700 rpm
Relação de compressão
16:1 a 18:1
b) Embreagem: Órgão receptor da potência do motor e responsável pela sua transmissão à caixa de mudança de marchas, sob o comando de um pedal ou alavanca acionável pelo operador (pedal de embreagem).
Máquinas Agrícolas 7 c) Caixa de mudança de marchas: Órgão mecânico responsável pela
transformação de movimento para o sistema de rodados do trator. É o responsável pela transformação de torque e velocidade angular do motor, sendo comandada pela alavanca de mudança de marchas.
d) Coroa, pinhão e diferencial: Órgãos transformadores e transmissores de movimentos responsáveis pela transmissão do movimento da caixa de mudança de marchas a cada uma das rodas motrizes; envolvendo uma redução proporcional de velocidade e uma mudança na direção do movimento de um ângulo de 90º.
e) Redução final: Órgão que transmite os movimentos do diferencial às rodas motrizes com redução da velocidade angular e aumento do torque.
f) Rodados: São os órgãos operadores responsáveis pela sustentação e direcionamento do trator, bem como sua propulsão, desenvolvida através da transformação da potência do motor em potência na barra de tração.
g) Tomada de potência (TDP): Órgão responsável pela transformação do movimento do motor para uma árvore de engrenagens, cuja extremidade externa está localizada na parte traseira do trator, local onde são acoplados sistemas mecânicos rotativos. As tomadas de potência possuem rotações na faixa de 540 a 1000 rpm e são normalizadas pela ABNT-PB-83.
h) Sistema hidráulico: Órgãos receptores, transformadores e transmissores da potência do motor através de um fluido sob pressão aos órgãos operadores, representados, principalmente, por cilindros hidráulicos. São normalizados pela ABNT-PB-131.
i) Reguladores: Conjunto de órgãos que têm por função regular a velocidade angular do motor em função das variações das cargas às quais o trator é submetido.
Máquinas Agrícolas 8 j) Sistema de engate de três pontos: Responsável pela tração e suspensão de
implementos e máquinas agrícolas. É normalizado pela ABNT-PB-84, categoria I, II (tratores agrícolas) e III (tratores industriais e florestais).
k) Barra de tração (BT): Órgão responsável pela tração de máquinas e implementos. É normalizado pela ABNT-PB-85.
2.3. Classificação Geral
A classificação geral dos tratores leva em consideração dois critérios básicos: o tipo de rodado e o tipo de chassi.
2.3.1. Tipo de Rodado
Confere à máquina importantes características com relação à tração, estabilidade e rendimento operacional. Classificam-se em:
a) Tratores de rodas
Os tratores de rodas constituem o tipo predominante para uso agrícola. Caracterizamse por possuírem, como meio de propulsão, rodas pneumáticas, cujo número e disposição determinam os seguintes subtipos:
a.1) Duas rodas;
-
as rodas são motrizes;
-
o operador caminha atrás do conjunto;
-
tobatas ou microtratores.
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO IT – Departamento de Engenharia ÁREA DE MÁQUINAS E ENERGIA NA AGRICULTURA IT 154- MOTORES E TRATORES
CONSTITUIÇÃO DOS MOTORES Carlos Alberto Alves Varella1
INTRODUÇÃO Os motores podem ser definidos como todo tipo de conjunto mecânico capaz de transformar uma determinada energia em energia mecânica. Os motores são classificados segundo a energia que transformam. 1. Eólicos: Utilizam-se do movimento do ar. Nestes motores hélices são impulsionadas por fluxo de ar. São destinados normalmente ao bombeamento de água, moinhos e, atualmente também parag geração de energia elétrica. 2. Hiráulicos: direcionamento do fluxo hidráulico através de uma turbina hidráulica, impulsionando um eixo produzindo movimento de rotação. Destinado tradicionalmente ao acionamento de máquinas estacionárias. 3. Elétricos: utiliza as propriedades magnéticas da corrente elétrica para acionamento de um eixo. Aplicações inúmeras . Possibilidade de atingir uma grande gama de potências, desde motores elétricos minúsculos a motores de porte elevado. 4. Térmicos: baseado nas propriedades térmicas das substâncias. Aumento do volume e pressão para produzir movimento linear transformado em movimento de rotação através do conjunto biela-manivela. 4.1. Térmicos de combustão externa: A combustão é realizada externamente ao motor, isto é, o calor é produzido fora do motor em local denominado de caldeira (Figura 1). Em geral utiliza-se vapor d’água proveniente da elevação de pressão no processo de ebulição. Nesta categoria se enquadram os motores das locomotivas a vapor. Atualmente o princípio é utilizado nas Usinas Termoelétricas, podendo utilizar combustível fóssil ou nuclear.
Figura 1. Combustão externa: calor é produzido fora do motor em caldeiras. 1
Professor. Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, IT-Departamento de Engenharia, BR 465 km 7 - CEP 23890-000 – Seropédica – RJ. E-mail: varella@ufrrj.br.
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4.2. Térmicos de combustão interna: A combustão é realizada dentro do próprio motor. Tipos de motores que vamos estudar. Atualmente utilizados na propulsão de tratores e máquinas agrícolas. Baixo consumo, flexibilidade, disponibilidade de fontes de energias abundantes. PRINCIPAIS PARTES CONSTITUINTES Os motores de combustão interna apresentam três principais partes: cabeçote, bloco e cárter, conforme ilustrado na Figura 2.
Figura 2. Partes do motor de combustão interna. CABEÇOTE DO MOTOR O cabeçote é a parte superior do motor. Normalmente os cabeçotes de motores resfriados a água são fabricados em ferro fundido, e em circunstâncias especiais que exige pouco peso, são fabricados em alumínio. A Figura 3 ilustra o cabeçote de um motor de quatro tempos.
Figura 3. Cabeçote de um motor de quatro tempos. Atualmente, quase todos os motores apresentam as válvulas no cabeçote. No cabeçote dos motores de quatro tempos existe para cada cilindro, uma válvula de descarga, uma válvula de
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admissão, uma câmara de combustão, um coletor de admissão, um coletor de descarga. O eixo de comando de válvulas pode ser encontrado no cabeçote ou no bloco do motor. Válvulas A válvula de haste é hoje universalmente usada nos motores de quatro tempos. Controlam a entrada e saída de gases no cilindro. As válvulas de admissão são de aço, de aço ao níquel ou cromo-níquel. A passagem dos gases de admissão mantém sua temperatura entre 250 e 300°C. As válvulas de descarga são de uma liga de aço, de forte teor de níquel, de cromo e de tungstênio. O níquel melhora a resistência; o cromo torna o aço inoxidável; o tungstênio mantém uma forte resistência mecânica em temperaturas elevadas. As válvulas de descarga suportam temperaturas entre 700 e 750°C. O motor de quatro tempos convencional apresenta duas válvulas por cilindro: uma de admissão e outra de descarga. Segundo TAYLOR (1976), a capacidade de escoamento da válvula de descarga pode ser menor que da válvula de admissão, e recomenda que o diâmetro da válvula de descarga deve ser 0,83-0,87 do diâmetro da válvula de admissão. A Figura 4 ilustra diversos tipos de válvulas para motores de quatro tempos.
Figura 4. Diversos tipos de válvulas para motores de quatro tempos. Eixo de cames ou de comando de válvulas Este eixo controla a abertura e fechamento das válvulas de admissão e descarga. Recebe movimento da árvore de manivelas, possui um ressalto ou came para cada válvula e gira com metade da velocidade da árvore de manivelas. Os ressaltos atuam sobre os impulsionadores das válvulas em tempos precisos. Os eixos de cames são fabricados em aço forjado ou ferro fundido (ao níquel-cromo-molibdênio). Passam por tratamentos como cementação e tempera, de maneira a oferecer a máxima resistência ao desgaste dos ressaltos. A Figura 5 ilustra o eixo de cames ou de comando de válvulas.
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Figura 5. Eixo de cames ou de comando de válvulas. BLOCO DO MOTOR O bloco é a parte central do motor. São, na sua maioria, de ferro fundido. A resistência do bloco pode ser aumentada, se for utilizada na sua fabricação uma liga de ferro fundido com outros metais. Alguns blocos de motor são fabricados com ligas de metais leves, o que diminui o peso e aumenta a dissipação calorífica. Neste caso o cilindro é revestido com camisa de ferro fundido. A Figura 6 ilustra o bloco do motor de combustão interna.
Figura 6. Bloco do motor de combustão interna. Vídeo: bloco do motor Cilindro O cilindro é um furo no bloco aberto nas duas extremidades. Os cilindros podem ser constituídos por uma peça sobressalente denominada camisa, que é colocada no furo do bloco, evitando que este sofra desgaste. A camisa ou câmara de água é um conjunto de condutores para circulação da água de resfriamento dos cilindros, e, é normalmente fundida com o bloco do qual faz parte integrante. Árvore de manivelas ou virabrequim Á árvore de manivelas possui na extremidade posterior um flange para acoplamento do volante do motor e na extremidade anterior um eixo para transmissão de rotação ao eixo de comando de válvulas, diretamente engrenado ou por intermédio de corrente/correia dentada. São 4
normalmente fabricadas em aço ou aço fundido. A Figura 7 ilustra árvore de manivelas de um motor de quatro cilindros..
Figura 7. Árvore de manivelas de um motor de quatro cilindros. Pistão O pistão é fechado na parte superior e aberto na inferior. Apresenta ranhuras na parte superior para fixação dos anéis de segmento. Existem dois tipos de anéis de segmento: de vedação e de lubificação. Os anéis de vedação impedem a passagem dos gases de compressão e os queimados para o cárter, mantendo assim, a pressão constante sobre a cabeça do pistão. Os anéis de lubrificação, lubrificam e raspam o excesso de óleo que fica na parede do cilindro, removendo-o para o cárter. A Figura 8 ilustra um pistão com três ranhuras na cabeça para colocação dos anéis de segmento.
Figura 8. Pistão com três ranhuras na cabeça para colocação dos anéis de segmento. Biela Em forma de haste, serve para transmitir o movimento linear alternativo do pistão para o virabrequim. A biela é fixada nos mancais móveis ou de bielas do virabrequim e não fica em contato direto com o eixo. Entre a biela e o virabrequim são colocados os casquilhos para evitar desgaste do virabrequim. Mesmo assim, essas peças não são justas, existindo entre elas, uma folga, por onde circula o óleo lubrificante. A biela e casquilhos são ilustrados na Figura 9.
5
Figura 9. .Biela e casquilhos. CÁRTER DO MOTOR O cárter é a parte inferior do motor. Nos motores de quatro tempos é basicamente o reservatório de óleo lubrificante. A bomba de óleo lubrificante está localizada no cárter. A Figura 10 ilustra o cárter do motor de combustão interna.
Figura 10. Cárter do motor de combustão interna.
6
I. CONHECER OS COMPONENTES DOS TRATORES AGRÍCOLAS DE PNEUS O trator agrícola é formado por vários componentes, com funções específicas de transformação e transferência de energia para sua locomoção e movimentação das máquinas e implementos nele acoplados.
1.
Identifique os componentes dos tratores agrícolas de pneu
1.
Motor
2.
1.1.
Sistema de alimentação de ar
1.2.
Sistema de alimentação de combustível
1.3.
Sistema de lubrificação
1.4.
Sistema de arrefecimento
Sistema de transmissão 2.1.
Embreagem
2.2.
Câmbio
2.3.
Diferencial
2.4.
Redutores traseiros
3.
Rodado
4.
Tomada de potência
5.
Eixo dianteiro
6.
Sistema de direção
7.
Sistema de freio
8.
Sistema hidráulico
9.
Sistema elétrico
10. Barra de tração 11. Painel de instrumentos de controle 12. Comandos de operação
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III. CONHECER O FUNCIONAMENTO DO SISTEMA DE TRANSMISSÃO Sua função é transferir o movimento de rotação do motor para as rodas e para a tomada de potência.
1.
Conheça o funcionamento dos componentes do sistema de transmissão
Esse sistema é composto por um conjunto de componentes básicos: embreagem, caixa de câmbio, diferencial e redutores.
1.1. Entenda sistema de embreagem O sistema de embreagem é um interruptor do movimento do motor para as rodas, possibilitando o início e o fim do movimento do trator de forma suave e também a mudança de marcha. Alguns tratores possuem uma segunda embreagem, que tem a função de interromper o movimento entre o motor e a tomada de potência, com comando independente ou pedal integrado. Quanto ao seu acionamento, pode ser mecânico ou hidráulico.
1.2. Entenda a caixa de câmbio A caixa de câmbio é um mecanismo composto por combinações de engrenagens, que transmite diferentes velocidades e forças às rodas de tração do trator. Tem também, como função, modificar o sentido do movimento (marcha a ré) e possibilitar o ponto neutro. Serviço Nacional de Aprendizagem Rural
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1.3. Entenda o diferencial A principal função do diferencial é a de diferenciar a rotação entre as duas rodas motrizes, traseiras ou dianteiras, sob certas circunstâncias como curvas e patinagem.
O diferencial tem também as funções de transferir o movimento em ângulo de 90o do pinhão para os semi-eixos e aumentar o torque para as rodas através da redução da relação pinhão e coroa. Incorporado ao diferencial existe o bloqueio, cuja função é eliminar o efeito do diferencial, igualando o giro das rodas, quando uma das rodas perde aderência com o solo em patinagem.
Atenção!!! Com o bloqueio do diferencial aplicado, o trator desloca-se somente em linha reta.
1.4. Entenda os redutores O redutor é um conjunto de engrenagens incorporadas aos eixos traseiros ou tração dianteira auxiliar, cuja função é diminuir a rotação das rodas, aumentar o torque e amortecer os impactos sofridos pelas rodas, evitando danos ao diferencial e à caixa de câmbio.
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2.4. Entenda as galerias de lubrificação As galerias internas são cavidades por onde passa o lubrificante, que é distribuido para os pontos de lubrificação.
2.5. Entenda o manômetro O manômetro marca a pressão de lubrificação, indicando-a no painel através de uma luz ou de um mostrador em escala.
manômetro com graduação
manômetro de faixas
Atenção!!! Caso a luz de óleo acenda ou o mostrador indique baixa pressão, pare imediatamente o trator e desligue o motor para verificações.
apagada
acesa
2.6. Entenda o respiro do motor O respiro do motor tem a função de controlar a pressão dos gases entre o ambiente interno e externo do motor.
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3.
Conheça o circuito do óleo lubrificante no motor
O óleo é succionado do cárter pela bomba de óleo, passa por uma tela metálica e segue com pressão controlada pela válvula de alívio, até o filtro de óleo. Mais limpo, segue por uma rede de galerias, lubrificando de forma forçada todas as partes internas do motor, retornando ao cárter por gravidade.
4.
Conheça os tipos e as classificações de lubrificantes para tratores agrícolas
4.1. Entenda a função do lubrificante O óleo lubrificante tem a função de: • Reduzir o atrito e o desgaste dos componentes • Diminuir o aquecimento dos componentes em contato • Reduzir o efeito da corrosão sobre os componentes lubrificados • Melhorar a vedação de compartimentos • Amortecer choques e reduzir ruído • Auxiliar a limpeza das superfícies lubrificadas • Vedar o espaço entre a parede do cilindro e dos anéis de segmento do pistão
4.2. Conheça as classificações dos lubrificantes As classificações mais comuns e utilizadas no Brasil são: • SAE (Society of Automotive Engineers – Sociedade dos Engenheiros Automotivos) • API (American Petroleum Institute – Instituto Americano do Petróleo) • NLGI (National Lubricant Grease Institute – Instituto Nacional de Graxas Lubrificantes)
4.2.1. Entenda a classificação SAE dos óleos lubrificantes. A classificação SAE baseia-se na viscosidade, que é a resistência que um fluido apresenta ao escoamento a uma dada temperatura e condição de pressão. Os óleos lubrificantes segundo a classificação SAE podem ser: monoviscoso e multiviscoso. O óleo monoviscoso é representado pela sigla da norma SAE seguida por um número, sendo que, quanto maior for esse número, maior será a viscosidade. Exemplo: SAE 30, SAE 40, SAE 90, etc. 38
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VII. FAZER A MANUTENÇÃO DO SISTEMA DE ARREFECIMENTO DO MOTOR O sistema de arrefecimento tem como função manter o motor no intervalo de temperatura adequada, pois a queima do combustível e o atrito das peças em movimento geram calor. Os motores dos tratores agrícolas podem ser arrefecidos por sistema à água ou a ar. Aqui, será abordado o sistema de arrefecimento à água.
1.
Identifique os componentes do sistema de arrefecimento do motor
O sistema de arrefecimento contém os seguintes componentes: • Radiador • Tampa do radiador • Mangueiras condutoras • Bomba d’água • Ventilador e correia • Galerias internas do motor • Válvula termostática • Termômetro • Grade protetora e/ou tela frontal do radiador
2.
C onheça a função dos componentes do sistema de arrefecimento
2.1. Entenda o radiador O radiador é um trocador de calor do líquido aquecido pelo motor e o ar ambiente gerado pelo ventilador.
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2.2. Entenda a tampa do radiador A tampa do radiador tem uma válvula de pressão e uma de descompressão. A pressurização do sistema de arrefecimento tem função de retardar o ponto de ebulição do líquido, prevenindo a perda do líquido por evaporação, e evitar o fenômeno da cavitação.
2.3. Entenda a bomba d’água A bomba d’água faz com que o líquido de arrefecimento circule dentro do sistema.
2.4. Entenda a válvula termostática A válvula termostática controla o fluxo d’água entre o motor e o radiador, provocando um aquecimento rápido e controlando a temperatura adequada de funcionamento.
Atenção!!! A válvula termostática deve ser substituída quando apresentar defeito.
2.5. Entenda o termômetro O termômetro é um medidor de temperatura do líquido de arrefecimento localizado no ponto de maior calor no motor, indicando no painel através de luz ou medidor, que mostra a faixa ideal de temperatura de funcionamento do sistema.
indicador de temperatura
3.
Conheça o circuito do líquido no sistema de arrefecimento
A bomba d’água succiona o líquido pela mangueira inferior do radiador, forçando-o para as galerias do motor retirando o calor. O líquido aquecido retorna para a parte superior do radiador. Ao descer pelas canaletas do radiador, o líquido é resfriado pela corrente de ar que passa pelas colméias. Esta corrente de ar é aspirada pelo ventilador montado no eixo da bomba. Serviço Nacional de Aprendizagem Rural
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Quando o motor está frio, a válvula termostática está fechada, fazendo com que o líquido circule somente entre o bloco do motor e a bomba d’água, provocando um aquecimento rápido. válvula termostática fechada
4.
válvula termostática aberta
Faça a manutenção do sistema de arrefecimento do motor
A manutenção do sistema de arrefecimento é fundamental na durabilidade e bom funcionamento do motor. O líquido de arrefecimento é composto por água e aditivo, e tal proporção deve ser feita conforme recomendação do fabricante. As funções do aditivo para radiadores são: • Inibir o processo de oxidação dos componentes • Diminuir o ponto de congelamento da água • Retardar o ponto de ebulição da água
4.1. Verifique, diariamente, o nível do líquido de arrefecimento Antes de dar a partida no motor, verifique o nível do líquido de arrefecimento no radiador ou no reservatório de expansão. No radiador coloque o líquido até cobrir as colméias. Alguns tratores possuem um reservatório de expansão, onde há a indicação de nível mínimo e máximo do líquido.
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XIII. FAZER A MANUTENÇÃO DO SISTEMA ELÉTRICO A função do sistema elétrico, nos tratores mais simples ou antigos, resume-se à partida do motor, acendimento de luzes e medidores do painel. Nos tratores modernos, além dessas funções, o sistema atua também no funcionamento de acionadores de tração auxiliar, tomada de potência, variadores de torque, controladores, dentre outros, além de dar suporte para sistemas automatizados e no uso da agricultura de precisão.
1.
Identifique os componentes do sistema elétrico
2.
Faça a manutenção do sistema elétrico
2.1. Faça a manutenção da bateria A bateria é o componente do sistema elétrico que mais requer cuidados de manutenção. A bateria é especificada conforme sua capacidade de carga (amperagem) e voltagem, que, na maioria dos casos, é de 12 volts.
Atenção!!! Alguns tratores com dispositivos eletrônicos de controle e operação podem ter problemas com desprogramação de componentes ao se desconectar a bateria. Serviço Nacional de Aprendizagem Rural
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2.
Conheça a classificação dos tratores, quanto ao tipo de tração de pneu
De acordo com o tipo de rodado de pneu, o trator pode ser classificado em:
2.1. Trator 4x2 (Tração Simples) Possui 4 rodas, sendo as duas traseiras de tração e as duas dianteiras, menores, apenas com finalidade direcional.
2.2. Trator 4x2 TDA (Tração Dianteira Auxiliar) “Traçado” Este trator possui as rodas dianteiras menores que as traseiras. Além de possuir função direcional, as rodas dianteiras são providas de tração, sendo então denominado de trator “traçado” Quando acionada a TDA, a velocidade do rodado dianteiro tem um avanço de aproximadamente 5% em relação à traseira.
2.3. Trator 4x4 Possui todas as rodas do mesmo tamanho, providas de tração permanentes, com velocidade igual nos dois eixos.
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XIV. FAZER A MANUTENÇÃO DO SISTEMA DE RODADOS O sistema de rodados é o elemento responsável pela estabilidade, direcionamento e tração do trator. Um rodado pneumático é composto por: • Pneu (parte de borracha) • Roda (parte metálica) - pode ser divida em aro e disco pneu
aro disco
batentes de fixação do disco 1.
Conheça a função dos rodados
As principais funções dos rodados são: • Sustentação • Amortecimento do peso • Tração • Controle direcional O amortecimento e a sustentação do peso do trator são obtidos pelo efeito da pressão de ar nos pneus. Nos tratores com tração 4x2 TDA (Tração Dianteira Auxiliar), a tração e a direção são feitas por pneus de características iguais aos da traseira.
2.
Faça a manutenção do sistema de rodados
A manutenção dos rodados consiste na calibragem da pressão dos pneus e no reaperto dos parafusos de fixação. Para efetuar esta manutenção, consulte o manual do operador.
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2.1. Faça a calibragem da pressão dos pneus A calibragem da pressão dos pneus influencia em sua durabilidade e na aderência ao solo. A calibragem da pressão dos pneus depende da: • Marca do pneu • Dimensão e especificação • Terreno • Operação • Carga Para manter a pressão adequada, deve-se, periodicamente, efetuar sua calibragem, conforme a recomendação do fabricante. A pressão de inflação é a mesma com água ou sem água no pneu.
2.2. Faça o reaperto dos parafusos de fixação do aro, do disco e dos anéis de peso Confira o aperto dos parafusos de fixação do aro, do disco e dos anéis de peso periodicamente, conforme as recomendações do fabricante.
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V. FAZER A MANUTENÇÃO DO SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO DE COMBUSTÍVEL DO MOTOR O combustível deve chegar na câmara de combustão com boa qualidade, por isso o sistema de alimentação de combustível deve realizar filtragens, separação de água ou de quaisquer outras impurezas.
1.
Identifique os componentes do sistema de alimentação de combustível do motor
O sistema de alimentação de combustível contém os seguintes componentes: • Tanque de combustível - Tampa - Torneira • Copo sedimentador de água • Bomba alimentadora • Filtro(s) de combustível • Bomba injetora • Bico injetor • Tubulações: baixa pressão - alta pressão - retorno
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2.
Conheça a função dos componentes do sistema de alimentação de combustível
2.1. Entenda o tanque de combustível O tanque deve armazenar combustível para uma autonomia mínima de 10 horas de trabalho. O tanque possui um respiro que permite a entrada de ar, compensa o volume de combustível consumido e controla a pressão provocada por diferenças de temperatura. Tanques localizados acima ou no nível do motor possuem torneira na saída do combustível, que é utilizada quando se faz reparos, limpeza ou troca dos elementos.
2.2. Entenda o copo sedimentador O copo sedimentador está situado na linha de sucção do combustível e tem a função de separar a água e impurezas mais pesadas.
2.3. Entenda a bomba alimentadora A bomba alimentadora tem a função de elevar a pressão para que o diesel passe pelo filtro e chegue com volume suficiente na bomba injetora. Serve também para fazer a sangria quando acionada manualmente.
2.4. Entenda o filtro de combustível O filtro é constituído de papel poroso ou feltro, por onde passa o combustível, sua função é reter as impurezas.
2.5. Entenda a bomba injetora A bomba injetora tem a função de gerar uma vazão de combustível capaz de abrir os bicos injetores, quando solicitados. A dosagem de combustível é feita pela abertura de alimentação, através do acelerador.
2.6. Entenda o bico injetor O bico injetor tem a função de injetar o combustível de forma atomizada na câmara de combustão, a fim de homogeneizar com o oxigênio e produzir a queima da mistura.
2.7. Entenda os tubos de retorno O tubo de retorno conduz a sobra do combustível dos injetores para o tanque. Esta sobra tem a função de fazer a lubrificação, resfriamento e limpeza nos injetores. Serviço Nacional de Aprendizagem Rural
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3.
Conheça o circuito do combustível no motor
O combustível sai do tanque, passa inicialmente pelo sedimentador e é succionado pela bomba alimentadora; depois, sob média pressão, passa pelo(s) filtro(s) e chega à bomba injetora, que gera uma vazão de combustível abrindo os bicos injetores. Estes pulverizam o óleo diesel, em alta pressão, na câmara de combustão.
4.
Faça a manutenção do sistema de alimentação de combustível
A correta manutenção desse sistema garante um combustível livre de impureza física, contribuindo para o ótimo desempenho do motor, e aumentando a vida útil dos componentes. O período para realização dessa manutenção deverá ser conforme recomendado no manual do operador.
Precaução!!! Durante esta operação, utilize o EPI adequado.
4.1. Faça a manutenção do tanque de combustível Ao abastecer, faça a limpeza do bocal do tanque antes de abrir a tampa. Verifique o estado da borracha de vedação da tampa do tanque e, caso esteja danificada, substitua-a por uma nova.
Atenção!!! Utilizar pano que não deixe fiapos.
Periodicamente verifique a limpeza do respiro do tanque.
Atenção!!! O abastecimento do tanque deve ser feito sempre após a jornada diária. Isso evita a condensação da água que ocupa o tanque. Se abastecido, o volume de ar é expulso pelo bocal.
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VI. FAZER A MANUTENÇÃO DO SISTEMA DE LUBRIFICAÇÃO DO MOTOR O sistema de lubrificação tem com função levar o lubrificante de forma forçada por uma bomba para o interpor nas partes móveis do motor.
1.
Identifique os componentes do sistema de lubrificação do motor
O sistema de lubrificação do motor contém: • Cárter • Bomba de óleo - válvula de alívio • Filtro - válvula de desvio • Galerias de lubrificação • Manômetro • Respiro do motor
2.
Conheça a função dos componentes do sistema de lubrificação
2.1. Entenda o cárter O cárter é o reservatório de óleo lubrificante localizado na parte inferior do motor.
2.2. Entenda a bomba de óleo A bomba de óleo serve para succionar o lubrificante do cárter, bombeando-o para as galerias. O volume bombeado é proporcional à rotação do motor e a pressão máxima é limitada por uma válvula de alívio. válvula de segurança 2.3. Entenda o filtro de óleo O filtro do óleo lubrificante é localizado no circuito logo após a bomba, é constituído de papel poroso que impede a passagem das partículas abrasivas contidas no óleo. Incorporado ao filtro, existe uma válvula de segurança que permite o desvio do fluxo de óleo, no caso de aumento da pressão causada pelo entupimento do filtro ou em casos de ocorrência de baixas temperaturas. 36
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Universidade Estadual do Norte Fluminense Centro de Ciências e Tecnologias Agropecuárias Laboratório de Engenharia Agrícola * EAG 03204 – Mecânica Aplicada Motores de Combustão Interna 1. Introdução O motor de combustão interna é qualquer tipo de máquina que obtém energia mecânica diretamente do consumo de energia química de combustível queimado em uma câmara de combustão que é uma parte integral de um motor. Atualmente, existem quatro tipos principais de motores de combustão interna: o motor de ciclo Otto, o motor Diesel, o motor rotacional (Wankel), e a turbina de gás. O motor de ciclo Otto, nomeado devido ao nome de seu inventor, o técnico alemão Nikolaus August Otto, é o familiar motor de gasolina usado em automóveis e aviões; o motor Diesel, inventado pelo engenheiro Rudolf Christian Karl Diesel, opera em diferentes princípios e usualmente utiliza óleo como combustível. É aplicado em geradores de energia elétrica e projetos de potência marinhos, em caminhões e ônibus, em tratores e em alguns automóveis. Ambos os motores de ciclo Otto e Diesel são construídos em modelos quatro tempos e dois tempos. 2. Componentes dos motores As partes essenciais dos motores de ciclo Otto e Diesel são as mesmas e são classificados da seguinte forma: -
Estacionários: - blocos, cárter e cabeçote; Móveis: - pistão, biela, virabrequim ou eixo de manivelas, eixo de comando de válvulas, válvulas e conjunto de acionamento de válvulas; Bombas: - bomba de óleo e bomba de água; Mancais: - de escorregamento e de rolamento.
O bloco é o motor propriamente dito, onde existem os furos, também chamados de cilindros, que vão alocar os pistões. O bloco possui um sistema de arrefecimento por ar, com aletas dispostas externamente com uma grande área de radiação do calor, ou por água apresentando dutos internos no bloco por onde circula água responsável por roubar o calor do motor. A água circula pelos dutos forçada por meio de uma bomba d’água e é resfriada nas serpentinas finas do radiador. Na parte inferior do bloco estão os alojamentos dos mancais centrais, onde se apóia o virabrequim. O cárter é a parte inferior do bloco que cobre componentes inferiores do motor. Em motores de quatro tempos, tem a função de depósito de óleo lubrificante e nos motores dois tempos, funciona como pré-câmara de admissão. O cabeçote é uma espécie de tampa do motor, contra a qual o pistão comprime a mistura de ar e combustível, e somente ar no motor Diesel. Geralmente possui furos onde são instalados as velas de ignição (ciclo Otto) ou os bicos injetores (motor Diesel). E é no cabeçote onde se localiza a câmara de combustão, espaço livre que fica acima do pistão quando este se encontra no ponto morto superior (PMS). O pistão é a parte móvel da câmara de combustão, recebe a força de expansão dos gases queimados, transmitindo à biela, por intermédio de um pino de aço. Geralmente é composto por liga de alumínio. A biela é o braço de ligação entre o virabrequim, recebe o impulso do pistão, transmitindo-o ao virabrequim. E é o conjunto biela-virabrequim que transforma o movimento retilíneo do pistão em movimento rotativo do virabrequim. O virabrequim ou eixo de manivelas é o eixo motor propriamente dito. Recebe o movimento proveniente das bielas transmitindo potência às demais partes móveis do motor. O eixo de comando de válvulas tem como função abrir as válvulas de admissão e descarga, nos tempos de admissão e descarga, respectivamente. É dotado de ressaltos que elevam o conjunto tucho/haste/balancim abrindo as válvulas no momento oportuno. Ë acionado pelo virabrequim por meio de engrenagem, corrente, ou ainda correia dentada. As válvulas de admissão e descarga têm a função de permitir a entrada de ar e combustível (ar puro no ciclo Diesel), e de permitir a saída dos gases queimados do cilindro, respectivamente. O conjunto de acionamento das válvulas compreende o tucho e uma haste que interliga ao balancim, sendo que este se apóia diretamente sobre a válvula. No momento em que o eixo de comando de *
Prof. Ricardo Ferreira Garcia – garcia@uenf.br – CCTA-LEAG
válvulas gira, o ressalto deste aciona o tucho, que por sua vez move a haste, fazendo com que o balancim transmita o movimento à válvula, abrindo-a. A bomba de óleo é responsável pelo bombeamento do óleo do cárter aos diversos pontos do motor, que necessitam de lubrificação. A bomba de água destina-se a efetuar a circulação de água pelo motor e radiador, para arrefecimento do motor. As bronzinas, ou casquilhos, buchos e arruelas de encosto são peças que visam elevar a eficiência dos motores e prolongar a vida útil dos elementos móveis de maior responsabilidade e custo, como o virabrequim, o berço e o eixo de comando de válvulas. Os mancais, por sua vez, têm a função de apoiar os eixos, deixando-os girar, transmitindo potência, e mantendo-os alinhados.
Figura 1 – Partes essenciais de um motor de Ciclo Otto típico. 3. Funcionamento dos motores O cilindro, usualmente fixo, é fechado em uma extremidade e é onde desliza um pistão intimamente ajustado. O movimento de ida e volta do pistão varia o volume do cilindro entre a face superior do pistão e a extremidade fechada do cilindro. A face inferior do pistão é ligada ao eixo virabrequim por meio de uma biela de conexão. O virabrequim transforma o movimento alternativo do pistão em movimento circular. Em motores com vários cilindros, o virabrequim tem uma parte excêntrica para cada biela, de modo que a potência de cada cilindro seja aplicada ao virabrequim no ponto apropriado de sua rotação. Os eixos virabrequins têm volantes pesados e contrapesos, que pela suas inércias minimizam a irregularidade do movimento do eixo. Um motor pode ter de um a vários cilindros. O sistema de fornecimento de combustível de um motor de combustão interna consiste de um tanque, uma bomba de combustível, e um dispositivo para vaporizar ou atomizar o combustível líquido. Nos motores de ciclo Otto este dispositivo é o carburador, ou nos modelos mais recentes, um sistema de injeção de combustível. Na maioria dos motores com carburador, o combustível vaporizado é conduzido aos cilindros através dutos de admissão, e vários motores, são providos de um sistema similar de dutos para levar os gases produzidos pela combustão para fora do motor. O combustível é admitido por cada cilindro e os gases são expelidos através de válvulas operadas mecanicamente. As válvulas são normalmente mantidas fechadas por meio da pressão de molas e são abertas no instante apropriado durante o ciclo de operação por ressaltos que são engrenados ao eixo virabrequim. Por volta dos anos 80, sistemas mais sofisticados de injeção de combustível, também usados em motores de ciclo Diesel, têm substituído largamente os métodos tradicionais de fornecimento da mistura apropriada de ar e combustível. Em motores com injeção de combustível, sistemas de monitoramento controlados mecanicamente ou eletronicamente injetam a quantidade apropriada de mistura diretamente no cilindro ou na válvula de admissão no instante oportuno. A mistura vaporiza assim que entra no cilindro. Este sistema é mais eficiente que o carburador e produz menos poluição. Em todos os motores deve existir algum meio de ignição do combustível. Por exemplo, o sistema de ignição do motor de ciclo Otto consiste em uma fonte de baixa voltagem, de corrente contínua que é conectada ao enrolamento primário de um transformador, chamado de bobina de ignição. A corrente é interrompida várias vezes por segundo por uma chave automática chamada de platinado. A pulsação da corrente no primário induz a uma alta voltagem pulsante no enrolamento secundário. A alta voltagem é distribuída para cada cilindro em seqüência por meio de um mecanismo de rotação chamado de distribuidor.
O dispositivo de ignição é a vela de centelha, um condutor isolado disposto na parede ou no topo de cada cilindro. Na parte inferior da vela existe uma pequena folga entre dois condutores. A alta voltagem forma um arco voltaico entre esta folga, formando uma faísca que faz a ignição da mistura no cilindro.
Figura 2 – Partes dos motores de Ciclo Otto. Obs.: Cylinder = cilindro; pistons = pistões; crankshaft = eixo virabrequim; spark plug = vela de ignição; intake valve = válvula de admissão; exhaust valve = válvula de descarga; piston rod = biela; rings = anéis de segmento. Devido ao calor da combustão, todos os motores devem ser equipados com algum tipo de sistema de refrigeração. Alguns motores de avião e automóveis, pequenos motores estacionários, e motores externos de barcos são refrigerados pelo ar. Neste sistema, a superfície externa do cilindro tem várias aletas dispostas com uma grande área de radiação do calor do cilindro. Outros motores são refrigerados por água e têm dutos internos no cilindro por onde circula água responsável por roubar o calor do motor. A água circula pelos dutos forçada por meio de uma bomba de água e é resfriada nas serpentinas finas do radiador. Diferentes das máquinas a vapor e turbinas, os motores de combustão interna não desenvolvem torque quando dão partida, e um torque inicial deve ser fornecido para girar o eixo virabrequim por meio de um motor elétrico ou um motor de arranque que é conectado por meio de engrenagens ao virabrequim com uma embreagem automática que desengata as engrenagens após a partida do motor. Pequenos motores podem ter partida manual girando o virabrequim com uma alavanca ou puxando uma corda enrolada várias vezes no volante do motor. Métodos de partida de grandes motores incluem partida com inércia, que consiste em um volante que é girado manualmente ou por motor elétrico até a energia cinética ser suficiente para girar o virabrequim, e partida por explosão, que consiste na explosão de um cartucho que movimenta uma roda acoplada ao motor. Estes tipos de partida são largamente usados em partidas de motores de avião. 4. Motores de ciclo Otto Um motor de ciclo Otto típico é um motor de quatro tempos, ou seja, em um ciclo completo, seus pistões desenvolvem quatro tempos, dois próximos da cabeça do cilindro e dois distantes da cabeça do cilindro. Os motores de dois tempos combinam em dois cursos as funções dos de quatro tempos, sendo assim, há um curso motor para cada volta completa do virabrequim. Porém, possuem eficiência e potência menores do que os de quatro tempos. A eficiência de um motor de ciclo Otto moderno é limitada por vários fatores, incluindo perdas por refrigeração e por atrito. Em geral, a eficiência destes tipos de motores é determinada pela taxa de compressão do motor. A taxa de compressão, relação entre os volumes máximos e mínimos da câmara de combustão, é usualmente cerca de 8:1 ou 10:1. Maiores taxas de compressão, acima de 15:1, com um conseqüente incremento de eficiência, são possíveis com o uso de combustíveis antidetonantes de alta octanagem. A eficiência de um moderno motor Otto varia na faixa de 20 a 25%, em outras palavras, somente esta porcentagem da energia calorífica do combustível é transformada em energia mecânica. 4.1. Funcionamento do motor de ciclo Otto de quatro tempos Seu ciclo é dividido em quatro tempos a seguir: admissão, compressão, expansão (ou combustão), o e descarga (ou escape). Em cada tempo, o virabrequim gira 180 em torno de seu eixo. Durante o primeiro tempo do ciclo, a admissão, o pistão se move do ponto morto superior (PMS) para o ponto morto inferior (PMI) do cilindro enquanto que simultaneamente a válvula de admissão se abre, formando-se uma depressão no interior do cilindro. O movimento do pistão durante este tempo suga uma quantidade de mistura de ar e combustível para dentro do cilindro.
Durante a compressão, o pistão se move do PMI ao PMS do cilindro comprimindo a mistura ar e combustível na câmara de combustão, espaço vazio no topo do cilindro. Neste tempo as válvulas de admissão e descarga se encontram fechadas. Pouco antes de o pistão atingir o PMS, o sistema de ignição transmite corrente elétrica à vela, fazendo soltar uma faísca entre seus eletrodos, que inflama a mistura fortemente comprimida. Os gases queimados expandem exercendo pressão sobre o pistão, que é movido do PMS para o PMI no terceiro tempo, a expansão, também com as duas válvulas fechadas. É neste tempo que se produz energia mecânica. Durante o último tempo, a descarga, o pistão se desloca do PMI para o PMS, encaminhando os gases queimados para fora do cilindro por meio da válvula de descarga, que é aberta, deixando assim o cilindro pronto para repetir um novo ciclo. Em seu sistema de lubrificação, leva o óleo no cárter, sendo a bomba de óleo responsável pela distribuição do óleo nas partes móveis do conjunto pistão-biela-virabrequim e do resto do motor.
Figura 3 – Admissão (intake); Compressão (compression); Expansão ou trabalho motor (power); e Descarga (exhaust) – 4 tempos de um ciclo dos motores Otto. 4.2. Funcionamento do motor de ciclo Otto de dois tempos O princípio geral de um motor dois tempos é encurtar o período em que o combustível é introduzido à câmara de combustão e em que os gases liberados são expelidos em uma pequena fração da duração do tempo ao invés de permitir que cada uma destas operações ocupe um tempo inteiro. Nos motores de dois tempos mais simples, as válvulas do cabeçote são substituídas por válvulas tubulares ou janelas de transferências - aberturas na parede do cilindro que são cobertas pelo pistão no final de seu percurso para cima. A lubrificação do conjunto pistão-biela-virabrequim é feita adicionando-se óleo ao combustível. A lubrificação é feita no momento em que a mistura de ar, combustível e óleo lubrificante é introduzida no cilindro para posterior queima. No primeiro tempo do ciclo, quando ocorrem a admissão e compressão simultaneamente, durante o movimento ascendente do pistão, do PMI ao PMS, a janela de transferência e as janelas de admissão e descarga permanecem fechadas, devido à geometria de posição das mesmas em relação ao curso do pistão. Nessas condições, origina-se vácuo parcial na parte inferior do motor, ao mesmo tempo em que ocorre compressão da mistura na câmara de compressão. Próximo ao PMS, a saia do pistão permite a abertura da janela de admissão e o vácuo succiona a mistura para a parte inferior do motor. Quando o pistão aproxima-se do PMS, o sistema de ignição transmite corrente elétrica à vela, fazendo soltar uma faísca entre seus eletrodos, que inflama a mistura fortemente comprimida na parte superior do pistão. A pressão de expansão dos gases provenientes da combustão atua sobre o pistão, empurrando-o em direção ao PMI. Ocorrem então o segundo tempo, a expansão e descarga. Durante o curso descendente do pistão, a janela de transferência e o canal de admissão permanecem fechados, comprimindo-se assim a mistura admitida na parte inferior do motor. Próximo ao PMI, a cabeça do pistão permite a abertura da janela de transferência e o canal de descarga, permitindo que os gases queimados sejam expelidos, ao mesmo tempo em que a nova mistura é injetada para a câmara do cilindro, através da janela de transferência. Desta forma, a nova mistura, ao entrar no cilindro, ajuda a expelir os gases queimados pela janela de descarga.
Figura 4 – Admissão/Compressão; e Expansão/Descarga – ciclo dos motores Otto de dois tempos. 5. Motores de ciclo Diesel Teoricamente, o motor de ciclo Diesel difere do ciclo Otto por ter sua combustão a volume constante ao invés de ocorrer à pressão constante. A maioria dos motores diesel também é motor de quatro tempos, mas eles operam diferentemente que os quatro tempos de ciclo Otto. A eficiência do motor tipo Diesel, que é geralmente determinada pelos mesmos fatores que do ciclo Otto, é maior que de qualquer motor do ciclo Otto e atualmente atingem mais que 40%. Motores tipo Diesel são, geralmente, motores de baixa rotação, com a velocidade do virabrequim entre 100 a 750 rpm quando comparados aos 2500 a 5000 rpm de um motor típico de ciclo Otto. Alguns tipos de Diesel, porém, trabalham em velocidades até 2000 rpm. Devido ao fato de motores de ciclo Diesel usarem taxas de compressão de 14:1 ou mais, estes são geralmente mais pesados, e esta desvantagem é compensada pela sua grande eficiência e pelo fato de poderem ser operados com óleos combustíveis mais baratos. Também como os motores de ciclo Otto, os motores tipo Diesel apresentam motores de dois tempos e quatro tempos. 5.1. Funcionamento do motor de ciclo Diesel de quatro tempos Na admissão, só ocorre entrada de ar, e não a mistura ar e combustível, pela válvula de admissão. No segundo tempo, a compressão, o ar é comprimido a uma pequena fração de seu volume inicial e é o aquecido a aproximadamente 440 C devido a esta compressão. No final da compressão, o combustível vaporizado é injetado na câmara de combustão e se queima instantaneamente devido à alta temperatura do ar na câmara. Alguns motores de ciclo Diesel têm sistema de ignição elétrica auxiliar para realizar a ignição do combustível na partida e até que ele se aqueça. Esta combustão movimenta o pistão para baixo no terceiro tempo, ou expansão. O quarto tempo, a descarga, é semelhante ao do ciclo Otto.
Figura 5 – Admissão; Compressão; Expansão (trabalho motor); e Descarga – 4 tempos de um ciclo dos motores Diesel. 5.2. Funcionamento do motor de ciclo Diesel de dois tempos Os motores de ciclo Diesel de dois tempos têm funcionamento semelhante aos Otto de dois tempos, porém, admitem apenas ar puro, geralmente forçado no interior do cilindro por um compressor de baixa pressão. Possui também um sistema de lubrificação semelhante aos motores de quatro tempos, isto é, leva o óleo no cárter e tem bomba de óleo, filtro, etc.
Os motores de combustão interna, transformam a energia térmica gerada pela combustão da mistura ar/combustível em energia mecânica.
2.1 Partes móveis envolvidas no funcionamento do motor:
2.2 Funcionamento do motor de “4 tempos”:
Ciclo completo – efetua 2 rotação do virabrequim
3. Motor Ciclo Diesel x Motor Ciclo Otto (Gasolina) Ciclo Diesel
Ciclo Otto
Na compressão, somente ar é comprimido na câmara.
Na compressão é comprimida uma mistura de ar + combustível.
O ar é comprimido até atingir uma temperatura acima da de auto-ignição.
O ar é comprimido a mais baixas pressões, a temperatura atingida fica abaixo da de autoignição.
O combustível é injetado pelo “Bico Injetor” (quase no final da corrida do pistão) e entra em autoignição.
O combustível entra em ignição através de uma faísca liberada pela “Vela”.
Taxas de compressão altas.
Taxas de compressão mais baixas.
4. Funcionamento do motor de “2 tempos”: 1ºTempo – Expansão/Admissão A mistura gasolina-ar explode e empurra o êmbolo para baixo, uma nova mistura entra no cárter pela janela de admissão. O êmbolo empurra a mistura nova para a janela de transferência e começa a abrir a janela de escape. 2ºTempo – Compressão/Escape A janela de transferência é aberta, passando a mistura para a parte superior do cilindro o que ajuda a expulsar os gases. O êmbolo sobe, fechando a janela de escape e comprimindo a mistura. Na vela salta a faísca.
1ºTempo – Expansão/Admissão
2ºTempo – Escape/Compressão
Ciclo completo – efetua 1 rotação do virabrequim
Para Saber mais: 1.Bibliografia Consultada: Mecanizacao Agricola http://www.ebah.com.br/content/ABAAAgKYoAK/mecanizacaoagricola Máquinas-Agrícolas http://pt.scribd.com/doc/114066347/Apostila-de-maquinas-agricolas Manutenção de Tratores Agrícolas http://www.fatecpompeia.edu.br/arquivos/arquivos/cartilha-manutsp.pdf Motores de Combustão Interna http://pt.scribd.com/doc/78552801/Aula12-Motores 2.Vídeos: 01-Montagem de um motor Legendado http://www.youtube.com/watch?v=cK2tUl2CNmI 02-Diferenças entre motores Diesel e Gasolina http://www.youtube.com/watch?v=JnwVHbizoEc 03 - Como funciona o motor dois tempos - parte 1 http://www.youtube.com/watch?v=FRO5bzBtQeQ 04 - Como funciona o motor dois tempos - parte 2 http://www.youtube.com/watch?v=61O0DrFdSLQ 05 - Motor 2 Tempos(veja como funciona) http://www.youtube.com/watch?v=FRf2mNpKvlc Outros Jads e Jadson - Eucaliptos - Part. Fael [ VÍDEO OFICIAL ] http://www.youtube.com/watch?v=WTOaJm2a_8Y Clipe Imperador STARA HD Clipe Oficial http://www.youtube.com/watch?v=QMFpF9fFy24