Simulação e avaliação do comportamento dinâmico de frutos do cafeeiro na derriça - Santos, Fábio Lúcio (2008)
A colheita pode ser considerada uma das operações mais importantes nos sistemas de produção de café devido ao seu elevado custo e ao impacto que tem na qualidade do produto. Para reduzir os custos de produção, tem-se buscado formas de mecanizar essa operação. As máquinas de colheita de café geralmente derriçam os frutos por meio de vibrações mecânicas e impacto. Portanto, o estudo do comportamento dinâmico dos sistemas fruto-pedúnculo dos frutos do cafeeiro é fundamental para o desenvolvimento de máquinas adequadas a este tipo de prática. Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de estudar o comportamento dinâmico de sistemas fruto-pedúnculo do cafeeiro. Para tal foi empregado um modelo tridimensional em elementos finitos baseado na teoria da elasticidade linear. Todos os programas computacionais desenvolvidos foram implementados em linguagem FORTRAN 90. A primeira parte do trabalho baseou- se no desenvolvimento e implementação do modelo de elementos finitos. As características geométricas, físicas e inerciais do sistema foram determinadas experimentalmente para a variedade Catuaí Vermelho e Mundo Novo considerando diferentes graus de maturação. Um programa computacional foi desenvolvido para a determinação das freqüências naturais e modos de vibração dos sistemas fruto-pedúnculo para ambas as variedades estudadas e para os diferentes graus de maturação considerados. Adicionalmente, foi realizado um estudo das tensões geradas no sistema fruto-pedúnculo durante o processo de vibração. Para o estudo do comportamento dinâmico do sistema, durante o procedimento de colheita, foram determinadas as tensões equivalentes de von Mises. Ambos os modelos propostos foram validados com base em metodologias específicas para cada caso. Na segunda parte do trabalho foram realizados testes experimentais em uma máquina vibradora eletromagnética, para determinar o efeito de vários fatores com relação à eficiência de derriça dos frutos do cafeeiro. Os fatores avaliados foram: a freqüência (13,33 a 26,67 Hz), amplitude (7,5 a 15,0 mm), direção de vibração (transversal ou longitudinal), grau de maturação dos frutos (verde, verdoengo, cereja e passa), número de frutos por pedúnculo (um e dois frutos) e comprimento dos ramos plagiotrópicos (5, 10 e 15 cm). Foram executados dois experimentos para as variedades Catuaí Vermelho e Mundo Novo: o primeiro com o objetivo de avaliar o efeito dos fatores de forma pontual (um e dois frutos por pedúnculo) durante o processo de vibração sob a eficiência de derriça; o segundo com o objetivo de avaliar a eficiência de derriça para os ramos com frutos cereja sob o efeito de diferentes freqüências e amplitudes de vibração. A partir da análise das características modais usando elementos finitos concluiu-se que, para a variedade Catuaí Vermelho as três primeiras freqüências naturais obtidas foram de 23,21; 57,66 e 295,69 Hz para frutos verdes, de 21,81; 53,58 e 275,81 Hz para frutos verdoengos e de 19,86; 50,37 e 254,18 Hz para frutos cerejas. Para a variedade Mundo Novo as freqüências naturais obtidas foram de 23,17; 59,87 e 300,59 Hz para frutos verdes, de 23,62; 55,63 e 292,79 Hz para frutos verdoengos e de 20,56; 49,57 e 257,44 Hz para frutos cerejas. A partir da análise de tensões foram determinados 23,75 e 13,36 MPa de tensão máxima na união entre o fruto e o pedúnculo para a variedade Catuaí Vermelho e 34,67 e 19,50 MPa para a variedade Mundo Novo nos graus de maturação verde e cereja, respectivamente, considerando uma freqüência de vibração de 26,67 Hz e uma amplitude de 15,0 mm. A partir dos resultados experimentais, verificou-se que a eficiência de derriça de frutos do cafeeiro está diretamente relacionada aos fatores freqüência e amplitude de vibração. A freqüência de 26,67 Hz apresentou uma melhor eficiência de derriça para todos os graus de maturação e variedades. As freqüências entre 23,33 e 26,67 Hz e amplitudes variando entre 12,5 e 15,0 mm tenderam a apresentar maior eficiência de derriça dos frutos cereja as variedades estudadas.