Nome do Projeto
Projeto preliminar e sistema de controle para dosador de sementes pneumático com cilindro vertical acionado eletricamente
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
23/03/2022 - 31/08/2025
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Engenharias
Resumo
O presente trabalho tem como objetivo finalizar o projeto preliminar de um dosador de sementes pneumático de cilindro vertical acionado eletricamente (SIGALES, 2021), além de implementar controle eletrônico em malha fechada para este acionamento. Para isso serão utilizadas as metodologias de Projeto de Desenvolvimento de Produtos (PDP), na fase de projeto preliminar, onde em um primeiro momento serão feitas revisões nas etapas iniciais, fazendo os devidos ajustes e a adição de peça para montagem com tubo condutor, e após isso serão executadas recursivamente as etapas finais desta fase onde todos os fatores de erros, perturbações e otimizações são analisadas até que todos os requisitos de projeto sejam atendidos e não restem mais pontos de possíveis falhas, gerando documentação e um leiaute definitivo. Após isso, será implementado o sistema de controle em malha fechada, através das metodologias de projetos de circuitos eletrônicos e das metodologias de sistemas realimentados, configurando os parâmetros para um controlador proporcional integral e derivativo (PID) que ajustam as respostas dinâmicas do dosador para perturbações na sua entrada. Enfim, serão realizadas avaliações de desempenho, para através das normas internacionais de testes de dosadores em bancadas, e sua adaptação na bibliografia brasileira, as métricas sejam levantadas e analisadas com as ferramentas estatísticas adequadas, comparadas com dados de dosadores no mercado que estejam a disposição. Espera-se ao fim deste trabalho, obter um protótipo mecânico otimizado, competitivo aos do mercado, com baixo custo para ser acessível para o grupo da agricultura familiar, que se encaixe nas novas perspectivas da agricultura digital para atender as novas perspectivas de agricultura. Além disto, espera-se que com o sistema de controle eletrônico em malha fechada, tenha-se ganhos na adaptabilidade do dosador frente a variações de velocidade, variações de densidade, como ocorre no plantio em curvas e com mapeamento de fertilidade do solo, também é possível o estudo sobre o impacto deste sistema de controle sobre a regularidade de distribuição longitudinal de sementes, desconsiderando o efeito do tubo condutor, visto que ao se fechar a malha através de sensoriamento de deposições, falhas de semeadura poderão ser corrigidas.

Objetivo Geral

Finalizar o projeto preliminar do dosador de sementes pneumático de cilindro vertical acionado
eletricamente de Marlon Soares Sigales (2021).

Justificativa

Atualmente uma série de técnicas é adotada para elevar a precisão das atividades
agrícolas, com foco no aumento da produção e na minimização de desperdícios (CAMPOS
BERNARDI, 2014), nomeada agricultura de precisão (AP), alcança esses ganhos através de
medidas e controles precisos, georreferenciados, ou não (ROBERT, 1999), atendendo
individualmente pontos cada vez menores da cultura, extraindo assim melhores resultados e
uniformidades de produção, gerando impactos positivos econômicos e ambientais
(TISCHIEDEL, 2002). Isso começou a ser visível a partir da Revolução da Informação, quando
sistemas eletrônicos embarcados com instrumentação e controle, começaram a ser utilizados no
maquinário agrícola (STONE et al., 2008). Essa união multidisciplinar de engenharias agrárias,
elétrica e da informação, garantiram tomadas de decisões mais coerentes, em tempo real
(TISCHIEDEL, 2002).
Historicamente estas tecnologias datam de 1966, tendo pouca produção bibliográfica até
1970, após isto, até 1980 há visibilidade acadêmica e uma massividade de pesquisas sobre
aplicações de sistemas eletrônicos na agricultura, e na sequência máquinas e implementos
agrícolas começam a ser lançados em larga escala no mercado implementando estas
tecnologias (STONE et al., 2008).
Enquanto Brasil, estes efeitos são verificados após 1990, quando barreiras econômicas
de importação são revisadas, e a implementação destas tecnologias nas propriedades rurais,
está relacionada com o tamanho da propriedade, o tamanho da produção, o poder aquisitivo do
grupo familiar, escolaridade e inclusão tecnológica dos agricultores, entre outros fatores
(CAMPOS BERNARDI, 2014). Sigales et al.(2020a) trazem um apanhado mercadológico de
tecnologias que estão sendo empregadas no maquinário agrícola com estes fins, e nos
resultados essas tecnologias apesar de bastante emergentes seguem a mesma linha de
instrumentação e controle através de eletrônica embarcada, sendo ainda de difícil acesso para
aqueles que precisam de máquinas de menor porte.
A semeadura de precisão está diretamente ligada à distribuição de sementes no solo,
com espaçamentos longitudinais regulares em profundidades e compactações específicas para
cada cultura, a semeadora de precisão é a máquina responsável por isto, e os dosadores de
sementes são a parte mais importante deste processo, responsáveis por capturar, individualizar,
transportar internamente excluindo sementes extras, e ejetar as sementes para serem
transportadas pelo tubo condutor até a deposição no solo (REIS, 2003) (CASÃO JÚNIOR;
SIQUEIRA, 2006). Atualmente, a maioria das propriedades agrícolas familiares, com semeadura
mecanizada, possuem semeadoras com mecanismos dosadores acionados exclusivamente por
meios mecânicos, existem já no mercado mecanismos dosadores com acionamento elétrico,
que possibilitam controle individual por linhas, taxas variáveis, desligamentos automáticos,
verificação de taxas de aceitáveis, médios e falhos e controles para bordas de semeaduras
(SIGALES et al., 2020a).
Estamos em meio da quarta revolução industrial o que está fomentando o surgimento da
agricultura digital ou agricultura 4.0, esta além de agricultura de precisão, está criando através
de medidas de sensores hiper-conectados por meio da internet das coisas (IoT) o chamado big
data, e com isso facilitar o aprendizado de máquinas no futuro, tornando decisões acertadas um
modelo matemático a se implementar com o auxílio de inteligências artificias (SIGALES et al.,
2020a). Esta nova forma tem impactos positivos, sobre a lucratividade, produtividade, qualidade
de vida e impactos ambientais, porém seu alto valor agregado tende a dificultar o acesso aos
agricultores familiares.
Sigales (2021), através do projeto informacional e conceitual de Reis (2003), desenvolveu
um protótipo de dosador de sementes pneumático de cilindro vertical acionado eletricamente,
resultante da implementação do projeto preliminar apresentado por Pahl et al. (2007) com
contribuições do compilado de informações do trabalho de Reis (2003). O projeto visou
implementação em polímeros, com limitação em valor para ser acessível à agricultura familiar.
Entre as vantagens descritas da sua utilização, estão todas as vantagens descritas por
Reis (2003) sobre os dosadores pneumáticos, como captura por alta pressão, elevada gama de
tamanhos, tipos e formas de sementes de trabalho, elevadas velocidades de semeadura e
ínfimos danos às sementes, e as vantagens do acionamento elétrico, descritas por Sigales
(2021), incluem a facilidade de configurações de velocidades e densidades de semeadura sem
ajustes mecânicos na semeadora, independência entre linhas que possibilitam taxas variáveis e
desligamentos seletivos, podendo ou não ser controlada por georreferenciamento em áreas já
semeadas, diminuição de partes mecânicas com alto valor agregado e pesos desnecessários,
como árvores de distribuição de movimento, utilizando, como fonte de potência, geradores
acoplados a tomada de potência do trator (TDP).
Além disto a implementação de dosadores de semente de cilindro pneumático,
apresentados por Reis (2003) trazem uma série de vantagens ao mecanismo de pressurização
com a câmara de vácuo móvel, que com anéis de vedação comuns ao mercado se obtém
respostas equivalentes aos dosadores de discos verticais onde a câmara de vácuo é fixa e
precisa de vedações específicas e em geral de difícil manutenção. Sigales (2021) apresenta
melhorias no cilindro, possibilitando troca de discos de sementes no cilindro, evitando trocas de
toda estrutura sempre que for necessária a troca da espécie vegetal, foram apresentadas
também o acionamento por meio de coroa dentada fixa ao cilindro e também obturador de ar
interno à câmara.
Possíveis limitações encontradas durante o projeto, para a aplicação em escala, incluem
ausência de um sistema de bordo open-source para semeadoras, ausência de padrões abertos
de comunicação, ausência de sistemas de georreferenciamento de baixo custo. O dosador
funcionará muito bem, porém deverão ser implementados sistemas de bordo centralizados com
abordagem aberta para que a implementação ao agricultor familiar seja efetivada. Porém, já
existe andamento em seu desenvolvimento pelos grupos de pesquisa em eletrônica embarcada
do Núcleo de Inovação em Máquinas e Equipamentos Agrícolas (NIMEq), tanto na comunicação
entre os dispositivos, quanto no tráfego de dados, no georreferenciamento.
Estas tecnologias, que estão sendo desenvolvidas no NIMEq, dentro do Programa de
Pós-Graduação em Sistemas de Produção Agrícola Familiar (PPG-SPAF) possuem impacto no
acesso à tecnologia, difusão de conhecimentos, até então setorizados por grupos com maior
poder aquisitivo, impactam também na qualidade de vida dos agricultores familiares o que
possibilita com que novas gerações continuem tendo interesse de permanecer no campo, além
disso possibilitam menores perdas por desperdício, maiores produtividades e, portanto, maiores
lucratividades. Isso impacta diretamente no desenvolvimento regional, diminuindo
desigualdades onde forem implantadas, apoiando na politica de desenvolvimento regional
(PNDR).

Metodologia

O atual trabalho está sendo desenvolvido no Departamento Engenharia Rural –
DER/UFPel pelo Núcleo de Inovações em Máquinas e Equipamentos Agrícolas - NIMEq onde
as metodologias de Projeto e Desenvolvimento de Produtos (PDP) são amplamente utilizadas.
Neste trabalho será utilizado a fase de projeto preliminar do modelo de fases descrita por Pahl
et al. (2007) em suas edições, com as melhorias recursivas nas fases, apresentadas pelo
Núcleo de Desenvolvimento Integrado de Produtos – NeDIP do Departamento de Engenharia
Mecânica da UFSC, descrito em Reis (2003), para revisar e otimizar o trabalho
desenvolvido em Sigales (2021).

Indicadores, Metas e Resultados

O projeto estará concluído com a defesa de tese de Marlon Soares Sigales. Durante o desenvolvimento do projeto espera-se: adequar o trabalho de Sigales (2021) às tendências tecnológicas que se apresentam na agricultura digital; revisar o leiaute preliminar já obtido e seu protótipo; implementar a interface para os tubos condutores; desenvolver o sistema de controle eletrônico em malha fechada; e avaliar a adequação aos requisitos de projeto e as normas de ensaio e certificação de dosadores de sementes existentes. Para isso, foram traças as seguintes metas: construir um novo protótipo expressando os aperfeiçoamentos no leiaute; desenvolver e construir uma interface para o condutor de sementes; implementar fisicamente o sistema de controle em malha fechada; depositar um pedido de patente do dosador.

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
ANGELO VIEIRA DOS REIS2
EDUARDO WALKER
FABRICIO ARDAIS MEDEIROS1
GIUSEPE STEFANELLO
KATHLLEN CAVALLI DI PAOLO
MARLON SOARES SIGALES
NIXON DA ROSA WESTENDORFF1

Fontes Financiadoras

Sigla / NomeValorAdministrador
CAPES / Coordenação de Aperfeiçoamento de Nível SuperiorR$ 1.200,00Coordenador

Plano de Aplicação de Despesas

DescriçãoValor
339018 - Auxílio Financeiro a EstudantesR$ 1.200,00

Página gerada em 03/07/2022 05:50:11 (consulta levou 0.082798s)