IT-154 MOTORES E TRATORES

Professor: Carlos Alberto Alves Varella Engenheiro Agrônomo, UFRRJ, 1983 – Modalidade Engenharia Agrícola Mestre em Fitotecnia, UFRRJ, 2000 – Sistemas de preparo do solo Doutor em Engenharia Agrícola, UFV, 2004 – Agricultura de precisão

E-mail: varella@ufrrj.br

Web: http://www.ufrrj.br/institutos/it/deng/varella/ Celular: (21)9763-4591

Março - 2010

Laboratório de Máquinas e Energia na Agricultura

MOTORES E TRATORES AGRÍCOLAS

histórico e desenvolvimento

O desenvolvimento de tratores agrícolas veio da necessidade de se cultivar grandes áreas para a produção de alimentos.

Preparo do solo

Plantio

Antes do trator a fonte de potência

era “Humana” ou “Animal”

O trator teve importante papel no desenvolvimento da mecanização agrícola;

Homem menos que 0,1 kw de potência em trabalho contínuo;

Potência

Homem Animal Trator

Potência média de animais

Fonte: Boletim da Divisão de Mecanização Agrícola, DEMA, Secr. Agr. Est. São

Paulo,1957

0,23 830 4,1 195 3,0 Mestiço

0,19 1080 5,4 208 4,2 Bretão

(pesado)

Peso/Tração Peso, kg V, km.h-1 Tração, kgf P, cv Raça

Objetivos da Mecanização Agrícola

Aumentar a produtividade do “Homem”;

Tornar o trabalho menos árduo e mais agradável;

Melhorar a qualidade das operações agrícolas.

Agrishow, Ribeirão Preto-SP, 2007.

Importância da Mecanização Agrícola

Segundo a Academia Nacional de Engenharia-USA

A Mecanização Agrícola é a 7ª. maior invenção da Engenharia do século XX, à frente do computador, do telefone e das naves espaciais.

http://www.greatachievements.org/

Importância do trator agrícola

O trator foi o principal responsável pelo

desenvolvimento da mecanização agrícola

durante o século XX.

Evolução do Trator

Inicialmente foi um substituto da força animal;

Hoje é projetado para múltiplos usos:

Tração

Acionamento de outras máquinas

Transporte

Irrigação

Sistemas remotos de controle hidráulico entre outros.

Evolução do Trator Agrícola no

Brasil

Estados produtores de máquinas

agrícolas: variação 1990-2004

Em 1990 o Estado de São Paulo liderava a produção com 56,4%

Estados produtores de máquinas

agrícolas: variação 2005-2006

Em 2006 o Estado do Rio Grande do Sul liderava a produção de

máquinas agrícolas com 46,2% da produção nacional

Tendência da produção de tratores

de rodas:

1960-2006 – Análise de curto prazo

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

Produção Polinômio (Produção)

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

Produção Linear (Produção)

Tendência da produção de tratores

de rodas:

1960-2006 – Análise de longo prazo

Frota brasileira de tratores e

colhedoras

450.000

Brasil Mundo Brasil USA Mundo

4.126.763 48.000 4.800.000 26.253.568

Colhedoras Tratores

Ano de 2000

Tratores: Brasil x USA

Brasil; Tratores; 450.000

USA; Tratores; 4.800.000

Brasil

USA

Disponibilidade de áreas agrícolas

por país

Fonte:

http://www.rlc.fao.org/es/prioridades/bioenergia/pdf/bioenergiapor.pdf

Produção de cereais em milhões de

toneladas

7%

14%

1%

6%

72%

Ano 2008

Argentina Brasil Colombia Mexico USA

Fonte: http://www.fao.org/docrep/011/ai473e/ai473e06.htm

Introdução ao estudo dos

motores

Motores são conjuntos de mecanismos

que transformam qualquer tipo de energia em energia mecânica.

• Eólicos: fluxo de ar;

• Hidráulicos: pressão de óleo;

• Elétricos: corrente elétrica;

• Térmicos: calor;

DESENVOLVIMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO

• Até início de 1800 o calor era considerado um fluido chamado calórico;

• 1783: LAPLACE e LAVOISIER introduziram o conceito de calor especifico;

• 1842: MAYER e POISSON calcularam a equivalência do trabalho em calor e definiram a equação do gás ideal;

• 1652: Padre HAUTEFOILLE propõe a construção de um motor aproveitando a força expansiva dos gases

provenientes da combustão da pólvora num cilindro

fechado;

• 1821: W. CECIL desenvolveu um motor que funcionava com mistura de ar e hidrogênio, que foi realmente o primeiro motor a funcionar com sucesso.

DESENVOLVIMENTO DOS MOTORES DE COMBUSTÃO

• 1878: Nicolaus OTTO, alemão, caixeiro viajante e sócio de uma fábrica de motores a gás, é o inventor do motor de combustão por centelha;

• 1893: RUDOLF DIESEL, alemão, engenheiro, é o inventor do motor de combustão por compressão;

Invenção dos motores OTTO e DIESEL

MOTORES TÉRMICOS DE COMBUSTÃO EXTERNA

• produção externa de calor;

• motores de locomotivas a vapor

• atualmente o princípio é utilizado em usinas termoelétricas e nucleares para geração de energia elétrica.

• produção de calor no interior do próprio

motor;

• tipos de motores que vamos estudar;

• utilizados na propulsão de tratores e máquinas agrícolas.

MOTORES TÉRMICOS DE COMBUSTÃO INTERNA

PRINCÍPIOS TERMODINÂMICOS

A Termodinâmica estuda transformações de energia.

1ª LEI DA TERMODINÂMICA: “Todas as formas de energia são mutuamente conversíveis”. E ainda: “ A energia de um sistema fechado e isolado permanece constante” (1847).

PRINCÍPIOS TERMODINÂMICOS

2ª LEI DA TERMODINÂMICA: “ A temperatura da fonte de calor superior ao meio circulante fornece calor ao meio em busca de equilíbrio” (1865).

EQUAÇÃO DOS GASES

k=T

VPouTR

M

m=VP

constante dos gases; = R

temperatura do gás. = T

peso molecular (g.mol-1) = M

massa do gás (g); = m

volume do gás, cm3; = V

pressão absoluta, dyna.cm-2; = P

n =mM

n = número de moles;

RELAÇÕES PVT SISTEMA ISOLADO

Caso de Pressão constante

V

T=k ou

V1

T 1

=V2

T2

Neste caso o aumento da Temperatura ocasionará também um aumento do Volume para manutenção da pressão constante

Caso de Volume constante

P

T=k ou

P1

T 1

=P2

T2

Neste caso o aumento da Temperatura ocasionará também um aumento da Pressão para manutenção do volume constante.

RELAÇÕES PVT SISTEMA ISOLADO

TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA NOS MOTORES TÉRMICOS

• principais componentes do motor no processo são:

cilindro – pistão – biela - manivela

COMBUSTÍVEL

Processo de transformação

ENERGIA MECÂNICA

Os motores térmicos transformam calor em energia mecânica

FIM