Disco dentado para corte de palhadas

Aloisio Bianchini1 e Paulo Sérgio Graziano Magalhães21 Prof. Dr Universidade Federal de Mato Grosso. E-mail: bianchi@cpd.ufmt.br2 Prof. Dr Universidade Federal de Campinas. E-mail: paulo@agr.unicamp.br

O disco de corte de rolamento passivo, também chamado de cega ou disco cegador é uma ferramenta circular, plana, de grande diâmetro e de pouca espessura, que está presente nas máquinas de plantio direto e nos implementos para cultivo mínimo, com a finalidade de cortar a palhada. De acordo com Kepner et al. (1978) podem ser encontrados no mercado três tipos diferentes de discos de corte para restos culturais: os lisos, os recortados e os ondulados. Choi e Herbach (1986) mencionam um quarto tipo de disco, que é o estriado.

Vários trabalhos publicados, dentre eles os apresentados por Kushwaha et al. (1983) e por Choi e Herbach (1986), mostram que os discos de corte de rolamento existentes no mercado apresentam deficiências quando trabalham em certas condições de campo. Quando solo está seco ou duro, a penetração do disco de corte pode ser inadequada. Quando o solo está úmido ou solto o disco de corte tende a empurrar o resíduo vegetal para dentro do solo, sem cortá-lo, principalmente quando a quantidade de palha é grande.

A primeira conseqüência relacionada à dificuldade do disco em penetrar no solo seco ou com grande quantidade de restos vegetais em cobertura é o aumento da carga aplicada sobre ele. Este aumento de força vertical aplicada sobre o disco melhora sua capacidade de penetrar no solo e cortar a palhada, mas obriga as máquinas e implementos agrícolas a apresentarem uma estrutura mais robusta (pesada). Segundo Wells et al. (1980) são comuns, em semeadoras para plantio direto, os discos de corte de rolamento passivo com várias formas e que o projeto destas máquinas inclui peso extra para obter a força vertical necessária para a penetração destes discos nos solos não preparados. Por outro lado, de nada adianta o sobrepeso quando o solo está úmido ou solto. Neste caso, a deficiência no corte dos restos vegetais está na pouca resistência do solo à deformação, que não resiste à ação do disco e permite que este penetre facilmente em seu interior, carregando consigo a palhada que não é cortada por falta de suporte do solo (efeito de contra-faca).

O aumento da força vertical, necessária para aumentar a capacidade de penetração do disco no solo, leva a um aumento do peso total da semeadora ou do implemento de cultivo, que acabam necessitando, também, de maior força de tração. Neste caso, além da baixa eficiência no corte dos restos culturais, sob condições adversas, os discos de corte de rolamento existentes no mercado levam a um aumento do custo construtivo da máquina, pela necessidade de uma estrutura robusta. Há ainda que se considerar o aumento do custo operacional, pois máquinas e implementos pesados requerem maior força de tração do órgão motor.

As deficiências apresentadas pelos discos de corte existentes no mercado levou ao estudo de um novo formato de borda para estes discos. Assim, procurou-se um formato de disco que necessitasse de menor força para penetrar no solo (força vertical), menor força de tração (força horizontal) e que, ainda, pudesse ter um melhor desempenho no corte de restos vegetais, em relação aos discos já existentes. Após vários estudos e análise dos diversos processos de corte possíveis levantou-se a hipótese de que um disco dentado, com formato especial de dente, poderia atender aos objetivos propostos.

O disco com dentes de formato especial foi, então, desenhado e analisado, por meio de simulação computacional, para que se pudesse estudar seu comportamento no corte de palhadas e definir dimensões, específicas, para trabalhar em palhadas de cana cana-de-açúcar. Escolheu-se a cultura da cana para dar início aos estudos, pois esta cultura deixa sobre o solo, após a colheita, sem queima de limpeza, grande quantidade de palhada seca, que pode chegar a 15 toneladas por hectare e formar um colchão com altura média entre 5 a 8 cm. Esta palhada praticamente impossibilita os tratos culturais da soqueira sobre a palha, pois os implementos disponíveis não conseguem cortar a palhada da cana para que o trabalho de escarificação, subsolagem ou aplicação incorporada ao solo de fertilizantes seja feita de maneira satisfatória.

Após as simulações foi escolhido, para a realização de ensaios, o disco com diâmetro de 609,6 mm (24 polegadas), 16 dentes e 6 mm de espessura, que é mostrado na Figura1. Os primeiros ensaios deste trabalho foram realizados em uma caixa de solo, com 12 metros de comprimento, no Laboratório de Protótipo da Faculdade de Engenharia Agrícola da UNICAMP, onde era preparado uma camada de solo de 40 cm e deposita sobre ela uma camada relativa a 10 toneladas por hectare de palhada seca de cana.

Os testes realizados compararam o desempenho do disco dentado com um disco liso e um recortado, todos com o mesmo diâmetro e mesma espessura (Figura 2). O motivo de se comparar o disco dentado com o liso se deve ao fato de que este último equipa quase a totalidade das máquinas de semeio em plantio direto e implementos para cultivo mínimo. O disco de corte recortado foi, também, contemplado neste experimento por ser uma das opções apresentada pela bibliografia, embora não seja, ainda, utilizado com freqüência nas máquinas e implementos agrícolas brasileiros.

Os ensaios foram conduzidos mantendo-se o solo úmido e a palhada molhada, para que se pudesse verificar o desempenho dos discos nas piores condições de trabalho. A resistência média do solo à penetração, durante os ensaio, manteve-se entre 1,8 e 2,0 MPa, que é um valor inferior ao normalmente encontrado em condições de campo, por ocasião do semeio, em áreas de cultivo mínimo ou plantio direto.

As informações coletadas durante os ensaios permitiram a obtenção dos valores da força vertical (força de penetração) e da força horizontal (força de tração) exigidas. Já o desempenho dos discos, no que se refere ao corte da palhada, foi obtido de forma indireta. Na verdade, como o solo se encontrava úmido e macio ocorreu que, nos ensaios, o material vegetal que não havia sido cortado foi introduzido nos sulcos abertos pela passagem dos discos. Desta forma, foi medido a quantidade de palhada que os discos empurravam para dentro do sulco, sem ser cortada, como um indicativo da falta de habilidade dos discos em cortar este material.

Os resultados deste primeiro trabalho com palhada de cana-de-açúcar foram promissores, revelando a superioridade do disco dentado, em relação aos demais, pois apresentou melhor desempenho em todos os atributos utilizados nesta avaliação. A Figura 3 mostra os valores médios obtidos das forças exigidas para a tração e para a penetração dos discos no solo. O disco dentado exigiu 169 kgf de força vertical, o que corresponde a apenas 45% dos 379 kgf exigidos pelo disco liso. Observa-se, também, que o disco dentado exigiu menos força para penetrar no solo, em relação ao recortado, que exigiu 230 kgf de força de penetração.

Quando se analisa a força de tração exigida observa-se que os resultados mostram que o disco dentado também foi melhor, pois exigiu uma força de tração de apenas 51 kgf , enquanto o disco recortado e o liso necessitaram de 80 kgf e 139 kgf de força de tração, respectivamente. Aqui, a exigência de força para a tração do disco dentado equivale a 37% daquela exigida pelo liso.

Os resultados obtidos para as forças de tração e de penetração dos discos mostram claramente o melhor desempenho mecânico do disco dentado em relação ao outros, pois consegue efetuar seu trabalho com uma menor exigência de forças. No entanto, as forças Vertical e Horizontal avaliam o desempenho mecânico do disco, mas não são capazes de avaliar a sua habilidade em cortar o palhiço. Desta forma, é preciso que se meça a habilidade dos discos em cortar restos vegetais, pois de nada adiantaria obter discos com excelente desempenho, do ponto de vista mecânico, mas péssimos na habilidade para cortar a palhada. Na Figura 4 está apresentado os resultados obtidos para a quantidade de palha de cana que foi enterrada, em cada metro linear, pela passagem dos discos.

Os dados obtidos mostram que o disco dentado apresenta uma maior habilidade para cortar palhadas do que os discos recortados e lisos, pois enterrou apenas 18,5 gramas de palhada de cana para cada metro de sulco, enquanto os discos recortado e liso enterraram, respectivamente, 154,8 e 310 gramas de palhada de cana para cada metro de sulco. Proporcionalmente o disco liso enterrou uma quantidade de palhada 16,7 vezes superior à do disco dentado e 2 vezes superior à do disco recortado, demonstrando ter, comparativamente, pouca habilidade de cortar palhadas.

O disco dentado não enterrou praticamente nada de palha pois conseguiu corta-la, como pode ser visto no detalhe mostrado na Figura 5. O disco liso já não apresentou a mesma habilidade de corte, pois observa-se na Figura que a maioria das palhas sofreu uma dobra, mas não foram efetivamente cortadas. Desta forma, o disco liso acabou empurrando a palhada para dentro do solo, uma vez que este estava macio.

Os estudos mostraram que a superioridade do disco de corte dentado se deve a alguns fatores. Primeiramente, o disco por ser dentado, tem maior facilidade de penetrar no solo, exigindo, portanto, menor força vertical. Outros dois fatores estão ligados à geometria (formato) do dente: o lado da frente, não tem afiamento, sendo na verdade, cortado de topo, permitindo que o dente crave no solo como uma haste de cultivador, impedindo que o disco deslize e ajudando-o a girar para efetuar o corte. O lado de traz do dente tem um ângulo próprio que permite fazer com que parte da palhada seja cortado como se corta um pão, ou seja, fazendo movimento para baixo e para traz. O restante da palhada, que se aloja entre os dentes, é cortada da mesma forma que no disco liso.

Outro fator a considerar no trabalho efetuado pelo disco dentado é que, no seu dimensionamento, leva-se em consideração a altura média da camada de palha que ele vai cortar. Desta forma, o lado afiado de cada dente toca a superfície da palhada e a empurra para baixo, comprimindo-a contra o solo. Quando a ponta do dente toca o solo, a palha fica aprisionada e não consegue mais se deslocar para a frente, impedido que ela se acumule na frente do disco, causando o embuchamento.

Os resultados deste trabalho mostram que há necessidade de se investigar mais profundamente o comportamento dos discos de corte de rolamento utilizados nos implementos para cultivo mínimo e nas máquinas de plantio direto, pois o disco liso que equipa a quase a totalidade destas máquinas e implementos mostrou ter um desempenho muito baixo, tanto na habilidade de cortar a palhada de cana, quanto no requerimento de forças. O próximo passo deste trabalho está sendo o dimensionamento, para ensaios de campo, de discos dentados com dimensões específicas para o uso em máquinas de plantio direto, onde se tem uma quantidade e altura de palhadas bem distintas daquelas que se encontram em canaviais colhidos sem a queima de limpeza.

Referências Bibliográficas

CHOI, Chang H.; ERBACH, Donald C. Cornstalk residue shearing by rolling coulter. Transaction of the ASAE, St. Joseph. 29(6): 1530-1535, nov./dec., 1986.KEPNER, R. A.; BAINER, Roy; BARGER, E. L. Principles of farm machinery. 3ª ed. Westport: Avi Publishing Company, 1978. 527p.KUSHWAHA, R. L.; VAISHNAV, A. S.; ZOERB, G. C. Shear strength of wheat straw. Canadian Agricultural Engineering, 25(2): winter 163-166, 1983.WELLS, L.G.; SMITH, D.E.; HAMMETT, H.J.; THOMPSON, Jr. H.J. Ground driven powered tillage. Transaction of the ASAE, St. Joseph, 23(5): 1383-1387, nov-dec, 1980a.

Dados para Referências Bibliográficas:

Revista Plantio Direto, Ano XII, edição nº 74, Março/Abril de 2003. Aldeia Norte Editora, Passo Fundo, RS.