Comportamento dinâmico do sistema fruto- pedúnculo-ramo do cafeeiro submetido à vibrações mecânicas - Coelho, Andre Luiz de Freitas (2014)
A colheita manual do café é considerada uma atividade complexa e onerosa, devido a fatores como altura das plantas, inclinação dos terrenos, condições climáticas, necessidade da colheita no período correto, além do elevado custo de produção com mão de obra. A mecanização surge, então, como uma solução pelo aumento da capacidade operacional do processo e redução dos esforços físicos para a colheita. O desenvolvimento de máquinas de colheita eficientes exige conhecimento acerca do comportamento dinâmico da planta, visando à maior eficiência de derriça, além de menor quebra de galhos e queda de folhas. Objetivou-se neste trabalho analisar o comportamento dinâmico do sistema fruto-pedúnculo- ramo do cafeeiro submetido a vibrações mecânicas. O trabalho foi desenvolvimento empregando amostras de café arábica, variedade Catuaí Vermelho, coletados em uma Área Experimental da Universidade Federal de Viçosa, em Viçosa/MG, no período maio a julho/2013. O trabalho foi dividido por cinco artigos. No primeiro artigo, foram determinados experimentalmente a massa, o volume, a massa específica, o módulo de elasticidade, o coeficiente de Poisson e a razão de amortecimento dos constituintes do sistema fruto-pedúnculo-ramo. Os módulos de elasticidade dos frutos e dos pedúnculos no estádio de maturação verde foram superiores aos valores para o estádio de maturação cereja. Foram obtidos valores de razão de amortecimento para o pedúnculo e ramo menores que o unitário, caracterizando-os como um sistema subamortecido. No segundo, foi desenvolvida uma metodologia para determinação do módulo de elasticidade do fruto e do pedúnculo pela comparação entre as frequências naturais obtidas pelo método de elementos finitos e as frequências naturais obtidas experimentalmente. Os valores médios para os módulos de elasticidades foram de 15,74; 23,90 e 4645,90 MPa para o pedúnculo nos estágios de maturação verde, cereja e para o ramo, respectivamente. No terceiro artigo, foram determinados as frequências naturais e os modos de vibração dos sistemas fruto-pedúnculo, ramo e fruto-pedúnculo-ramo, empregando o método de elementos finitos estocástico, em que a massa específica e o módulo de elasticidade dos frutos pedúnculos e ramos foram tratados como valores aleatórios. As frequências naturais foram reduzidas na medida em que evoluiu o estádio de maturação ou na medida em que aumentou a massa total do sistema. Para o quarto e o quinto modos de vibração, foram constatadas maiores deformações nos pedúnculos. No quarto artigo, foram determinadas as tensões nos sistemas fruto-pedúnculo, ramo e fruto-pedúnculo-ramo, quando submetidos à vibração mecânica com frequência referente à frequência natural, deslocamento pico a pico de 10 mm e tempo de excitação de 10 s. As tensões de von Mises foram superiores para sistemas no estádio de maturação verde e nas regiões de engaste do pedúnculo ao ramo e no engaste do ramo ao tronco devidas às maiores frequências de vibrações aplicadas neste estádio de maturação e aos maiores momentos fletores nestas regiões, respectivamente. E no quinto artigo, foi feito um ensaio de eficiência de derriça, em que amostras com um cacho de frutos foram submetidas a vibrações mecânicas em diferentes frequências (16,4; 20,3; 24; 25,6; 30,0 e 33,0 Hz), deslocamento pico-a-pico (5,0; 7,0 e 9,0 mm) e tempos de vibração (10,0 e 20,0 s). Para as amplitudes estudadas, houve tendência de a eficiência de derriça dos frutos cereja ser superior à dos frutos verdes. A eficiência de derriça aumentou na medida em que foram aumentadas a frequência e a amplitude de vibração.