Analise Do Artigo Cientifico

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Analise do Artigo Cientifico Avaliao do contato pneu-solo em trs modelos de pneus agrcolas

Neste artigo foram avaliados 3 modelos de pneus agrcolas dos tipos: Radial (14.9R26), Diagonal(14.9-26) e BPAF Misto (500/60-26.5) (Pneu de baixa presso e alta flutuao). O ensaio dos pneus agrcolas foi realizado no Ncleo de Ensaio de Mquinas e Pneus Agrcolas - NEMPA, da Faculdade de Cincias Agronmicas - UNESP, Cmpus de Botucatu - SP, em uma prensa hidrulica sobre um tanque de solo. Forma de avaliao: Para realizar o ensaio foi usado uma prensa hidrulica e um caixa de solo, simulando as condies do campo no dia-a-dia, todos os pneus usados foram inflados conforme recomendao do fabricante para avaliar seu desempenho. Foram aplicadas cargas de 5KN, 10KN, 15KN e 20KN, o teste foi realizado fixando-se os pneus na prensa de forma correta conforme informa o fabricante, depois foram aplicadas as cargas desde a mnima at a mxima. O resultado a marca que o pneu deixa no solo e seu recalque sobre a superfcie do solo. Depois do teste o solo com a marca do pneu foi fotografado, a rea de contato foi definida por meio de um quadro de madeira, que mostra o tamanho do pneu e sua respectiva rea de contato. O experimento foi realizado da seguinte maneira: 3 x 4, com 12 tratamentos e quatro repeties, totalizando 48 observaes. Por fim tem-se a tabela de avaliao, informando os principais dados da pesquisa e seus resultados, juntamente com as tabelas seguem os comentrios de avaliao final. Na concluso final, foi dito que o tipo de pneu misto se saiu com melhores resultados de contato no solo. Sendo que o pneu radial e misto foram avaliados como mais eficientes em culturas de grande trafego agrcola.

Referenciam bibliogrficas e dados gerais juntamente com o artigo logo abaixo:

Engenharia AgrcolaPrint version ISSN 0100-6916

Eng. Agrc. vol.24 no.3 Jaboticabal Sept./Dec. 2004doi: 10.1590/S0100-69162004000300028

ARTIGOS CIENTFICOS MQUINAS E MECANIZAO AGRCOLA

Avaliao do contato pneu-solo em trs modelos de pneus agrcolas

Evaluation of foot print for three agricultural tire types

Flvio R. MazettoI; Klber P. LanasII; Alberto K. NagaokaIII; Pedro Castro NetoIV; Saulo P. S. GuerraVI

Eng Agrnomo, aluno de doutorado do curso de Ps-Graduao em Agronomia (Energia na Agricultura), FCA/UNESP, Botucatu - SP, Fone: (0XX14) 6802.7118, email: frmazetto@fca.unesp.br II Eng Mecnico, Professor Adjunto, Departamento de Engenharia Rural, FCA/UNESP, Botucatu - SP III Eng Agrcola, Professor Doutor, Departamento de Engenharia Rural, UDESC, Lages - SC IV Eng Agrnomo, Professor Titular, Departamento de Engenharia Rural, UFLA, Lavras - MG V Eng Florestal, aluno de doutorado do curso de Ps-Graduao em Agronomia (Energia na Agricultura), FCA/UNESP, Botucatu - SP

RESUMO Este trabalho teve como objetivo avaliar as reas de contato, as deformaes elsticas dos pneus, a resistncia do solo penetrao e os perfis do recalque no solo de trs modelos de rodados pneumticos. O ensaio seguiu um delineamento experimental casualizado, constitudo por 12 tratamentos e quatro repeties, nos quais se avaliaram os modelos de pneus de carcaa diagonal, radial e o terceiro de configurao mista, denominado BPAF, inflados com as presses ideais e

submetidos a cargas radiais de 5; 10; 15 e 20 kN, simulando o que ocorre no campo. O ensaio dos pneus agrcolas foi realizado no Ncleo de Ensaio de Mquinas e Pneus Agrcolas - NEMPA, da Faculdade de Cincias Agronmicas - UNESP, Cmpus de Botucatu - SP, em uma prensa hidrulica sobre um tanque de solo. Os resultados relativos s reas de contato e deformaes elsticas mostraram valores maiores para o pneu BPAF. Os recalques do pneu BPAF no solo foram menores comparados aos outros rodados, e com os pneus radial e BPAF houve menores resistncias do solo penetrao. Palavras-chave: carga radial, resistncia penetrao, recalque.

SUMMARY The aim of this study was to evaluate the tire/ground contact areas, tire elastic deformation, cone index and foot printed on the ground of tire models. The experiment was done in 12 treatments and four repetitions with three tire models: bias ply, radial and bias belt. The tires were inflated with right inflation pressures and four radial loads were applied on the wheels: 5; 10; 15 and 20 kN, simulating what happens in the field. The agricultural tire tests were carried out at Sao Paulo State University, Botucatu - SP, Brazil, using a hydraulic press over the soil bin. The contact area and elastic deformation results showed highest values for bias belt tire. The soil sinkage of bias belt tire was smaller than other pneumatic tires. The radial and bias belt tires exercised smaller cone index than bias ply tire. Keywords: radial load, cone index, sinkage.

INTRODUONa recente dcada, vrios estudos e experimentos tm sido efetuados a fim de melhor conhecer as caractersticas dos pneus agrcolas, principalmente no estudo da interao pneu/solo que est relacionada com o desempenho dos tratores. A utilizao do trator numa propriedade variada, devendo-se considerar que tipos de pneus e presses de inflao inadequadas representam elementos negativos para a maior parte das operaes culturais, induzindo a compactao do solo, a emisso de gases poluentes ao ambiente, bem como o aumento de consumo de energia durante a execuo do trabalho (MAZETTO, 2004). As caractersticas de desempenho de pneus agrcolas em diferentes condies de solo, com vrias cargas dinmicas e presses de inflao, so de grande interesse na adequao dos mesmos dentro da unidade de fora motriz, tendo como objetivo a execuo dos trabalhos de campo de forma mais eficiente (UPADHYAYA & WULFSOHN, 1990). SHARMA & PANDEY (1996) afirmaram que as caractersticas de eficincia de um rodado dependem, em grande parte, no somente da presso de contato, mas

tambm do tamanho e da forma da rea de contato, concluindo que, para um rodado pneumtico, a aproximao elptica o melhor estimador para a rea de contato pneu-superfcie. PORTERFIELD & CARPENTER (1986), utilizando a presso mdia de contato de um pneu em uma superfcie rgida, encontraram que o nvel de compactao superficial depende da presso de contato, enquanto a compactao profunda depende da rea de contato, largura do pneu e da carga suportada pelo mesmo. Assim, o presente trabalho teve como objetivo avaliar e comparar as reas de contato, deformaes elsticas dos pneus, resistncia penetrao do solo e os perfis do recalque no solo de diferentes modelos de rodados - radial, diagonal e BPAF (baixa presso e alta flutuao) - com presses de inflao ideais e combinando quatro condies de lastragem dos pneus (5; 10; 15 e 20 kN).

MATERIAL E MTODOSA presente pesquisa foi realizada no Ncleo de Ensaio de Mquinas e Pneus Agrcolas (NEMPA), do Departamento de Engenharia Rural da Faculdade de Cincias Agronmicas - UNESP, Cmpus de Botucatu - SP. Para a determinao da rea de contato de um pneu agrcola, foi utilizada uma prensa hidrulica constituda de perfis e tubos de ao-carbono, acionada por meio de um pisto hidrulico. Sob a prensa, um carro mvel sustentava um tanque de solo, apoiado sobre rodas de ao, as quais deslizavam sobre trilhos (Figura 1).

O tanque de solo, preenchido com uma amostra de Latossolo Vermelho, textura mdia, apresentando teor de gua de 0,0804 kg kg-1 (8,04%), foi dividido em quatro camadas de 0,10 m, sendo trs delas preenchidas com 250 kg de solo e a ltima com 230 kg. Aps o preenchimento de cada camada do tanque, foi utilizado um rolo compactador para nivelar e compactar o solo, fazendo com que o volume do tanque de 741 dm3 fosse preenchido com 980 kg da amostra de solo, obtendo uma densidade final de 1,32 kg dm-3. Trs modelos de pneus existentes no mercado foram ensaiados, um dos quais com carcaa diagonal (14.9-26) de fabricao nacional, outro com carcaa radial (14.9R26) e o terceiro de configurao mista (500/60-26.5), denominado pneu de baixa presso e alta flutuao (BPAF), ambos importados (Figura 2).

Os pneus agrcolas foram inflados com as presses recomendadas por GOODYEAR (1994) e TRELLEBORG (2002) para cada tipo de pneu, tomando-se como base a presso de inflao para a carga radial mxima, ou seja, 103,43 kPa (15 psi) para o pneu BPAF; 186,17 kPa (27 psi) para o pneu radial e 206,85 kPa (30 psi) para o pneu diagonal. As cargas radiais foram atribudas aos pneus de forma crescente e gradativa, sendo a carga mnima de 5 kN e os carregamentos subseqentes de 10; 15 e 20 kN. O pneu foi fixado em um eixo da prensa hidrulica e, segundo os procedimentos de carregamentos adotados, realizou-se a prensagem do rodado agrcola sobre o solo, obtendo a estampa da banda de rodagem do pneu e seu recalque sobre a superfcie deformvel. Aps cada prensagem, um quadro de madeira foi colocado e ajustado sobre o solo para ser fotografado junto com a rea de contato do pneu, com a finalidade de corrigir as possveis distores focais da mquina fotogrfica e, por meio de uma cmara fotogrfica digital, foram tiradas fotos de cada rea de contato (Figura 3), utilizando-se de uma plataforma fixa e elevada na estrutura da respectiva prensa hidrulica.

Numa etapa final, as fotos digitais foram descarregadas em um microcomputador e, finalmente, as leituras grficas dessas reas de contato foram obtidas utilizando o software AUTOCAD, sendo as reas ajustadas, empregando-se a relao expressa na eq.(1).

em que, A - rea de contato, m2; Aq - rea do quadro, m2; Apf - rea do pneu na foto, m2, e Aqf - rea do quadro na foto, m2. O recalque do pneu agrcola no solo consiste na profundidade de penetrao do mesmo na amostra de solo, devido s cargas radiais aplicadas sobre o respectivo pneu. Para a avaliao dos recalques dos rodados pneumticos, foi construdo um perfilmetro que apresentava 0,95 m de largura, 1,95 m de comprimento e hastes com 0,38 m de comprimento. O perfilmetro apresentava 17 hastes em seu comprimento e 13 em sua largura, distanciadas 0,15 m, sendo o mesmo acoplado estrutura do tanque de solo. O recalque foi obtido pela diferena de profundidade entre a haste situada no centro da rea de contato e a externa mesma. As deformaes totais consistem na somatria da deformao do pneu e do recalque do rodado pneumtico no solo, devido superfcie deformvel em que os pneus foram prensados, seguindo os procedimentos de carregamentos adotados, com as respectivas combinaes de presses de inflao para cada pneu. Para a determinao das deformaes totais, foi acoplada uma escala graduada na estrutura da prensa hidrulica. Avaliaram-se na escala graduada a dimenso referente ao contato inicial do pneu no solo e as deformaes totais devido s

cargas aplicadas ao eixo do rodado pneumtico, essa ltima, obtida pela diferena com a primeira. Devido condio de superfcie deformvel em que os pneus foram prensados, obtiveram-se perfis caractersticos de deformaes dos rodados pneumticos sobre as amostras de solo, segundo os carregamentos aplicados sobre os pneus. As deformaes elsticas dos pneus agrcolas foram determinadas por diferena entre as deformaes totais e o recalque do pneu no solo. Aps cada prensagem do pneu sobre o solo, foi determinada a resistncia do solo penetrao por um penetrgrafo manual SC-60. Avaliou-se a resistncia do solo penetrao na rea de contato e externa mesma (testemunha), com a finalidade de obter-se o incremento da resistncia do solo penetrao de cada pneu ao sofrer a aplicao das cargas radiais. Efetuaram-se cinco perfuraes, longitudinalmente sobre as reas de contato, distanciadas 0,17 m; trs perfuraes transversalmente a uma distncia de 0,15 m e trs perfuraes aleatrias externamente s reas. O experimento seguiu um delineamento casualizado, em esquema fatorial 3 x 4, com 12 tratamentos e quatro repeties, totalizando 48 observaes. Os tratamentos foram formados pelas combinaes de trs tipos de pneus e quatro cargas radiais (lastragem). Os dados obtidos foram submetidos anlise de varincia, pelo teste F, e comparao de mdias, pelo teste de Tukey, a 5% de probabilidade.

RESULTADOS E DISCUSSOA sntese da anlise estatstica apresentada para grupos de variveis na Tabela 1. Nessa Tabela, os dados referentes aos fatores pneu e carga radial representam mdias de 16 e 12 observaes, respectivamente, para reas de contato, deformaes elsticas dos pneus agrcolas e perfis de recalque dos pneus no solo. Para a varivel incremento da resistncia do solo penetrao, os dados referentes aos fatores pneu e carga radial representam mdias de 112 e 84 observaes, respectivamente.

rea de contato de pneus agrcolas Pela Tabela 1, nota-se que o fator pneu influenciou significativamente no fator carga radial para a varivel rea de contato. Na Tabela 2, apresentam-se os dados dessa interao, e cada valor representa uma mdia de quatro observaes.

Pela Tabela 2, observa-se que a varivel rea apresentou diferena significativa para todos os pneus ensaiados quando submetidos carga de 15 kN, sendo que o valor da varivel foi maior para o pneu BPAF, sofrendo um decrscimo para o pneu radial e menor para o pneu diagonal. A carga radial de 5 kN no apresentou diferena significativa da varivel rea para todos os pneus ensaiados, e as cargas de 10 kN e 20 kN apresentaram valores da varivel maior para o pneu BPAF, sofrendo decrscimo para os pneus radial e diagonal. Esse comportamento confere com SANTOS (2003) que observou maiores reas de contato para o pneu BPAF. Como houve interao significativa entre os fatores pneu e carga, como pode ser observado na Tabela 2, procurou-se ajustar regresses que melhor explicassem o comportamento das cargas para cada pneu ensaiado. Os resultados obtidos esto de acordo com o estudo realizado por ABEELS (1976), que define que a variao da rea de contato de um pneu diretamente proporcional carga e inversamente proporcional presso de inflao. Na Figura 4, ilustram-se as regresses e suas equaes, a 6,95%; 6,44% e 3,67% de significncia, para os pneus BPAF, diagonal e radial, respectivamente.

Observando os coeficientes angulares das regresses da Figura 4, o pneu BPAF foi mais susceptvel ao aumento de carga em termos de rea de contato, seguido pelo radial e, por fim, o diagonal.

Deformao elstica de pneus agrcolas Analisando-se a Tabela 1, observa-se que o pneu BPAF apresentou diferena significativa em relao aos outros pneus ensaiados para a varivel deformao elstica, sendo que os pneus radiais e diagonais apresentaram menores valores de deformao elstica quando comparados com o pneu BPAF. Pela Tabela 1, nota-se que a carga radial de 20 e 15 kN apresentou diferena significativa em relao s outras cargas radiais para a varivel deformao elstica, e a carga radial de 20 kN apresentou valores superiores de deformao elstica em relao carga de 15 kN, sofrendo um decrscimo para as cargas radiais de 10 e 5 kN. Perfil do recalque dos pneus no solo Analisando-se a Tabela 1, observa-se que o pneu BPAF apresentou diferena significativa em relao aos outros pneus ensaiados para a varivel perfil do recalque do pneu no solo, e os pneus radiais e diagonais apresentaram maiores valores do perfil do recalque quando comparados com o pneu BPAF. Pela Tabela 1, nota-se que a varivel perfil do recalque do pneu no solo apresentou diferena significativa para todas as cargas radiais avaliadas, sendo que o valor da varivel foi maior para a carga radial de 20 kN, sofrendo decrscimos conforme diminuam as cargas radiais aplicadas sobre os pneus agrcolas. Incremento da resistncia do solo penetrao Analisando-se a Tabela 1, observa-se que o pneu diagonal apresentou diferena significativa em relao aos outros pneus ensaiados para a varivel incremento da resistncia do solo penetrao, e os pneus BPAF e radial apresentaram menores valores de incremento da resistncia do solo penetrao quando comparados com o pneu diagonal. Pela Tabela 1, nota-se que a varivel incremento da resistncia do solo penetrao apresentou menor valor para a carga radial de 5 kN, diferindo estatisticamente das outras cargas. A carga radial de 10 e 15 kN no diferiram estatisticamente para a varivel incremento da resistncia do solo penetrao, ocorrendo o mesmo ao analisar as cargas radiais de 15 e 20 kN.

CONCLUSESA combinao entre tipo de pneu e cargas radiais mostrou maiores valores de rea de contato para o pneu BPAF. O pneu BPAF apresentou maior deformao elstica e menor perfil de recalque no solo, em comparao aos outros pneus ensaiados. Os maiores incrementos da resistncia do solo penetrao foram obtidos pelo pneu diagonal, reforando a importncia de utilizar os pneus BPAF e radial para culturas que apresentam alto trfego agrcola. A elevao gradativa das cargas radiais evidenciou um aumento das reas de contato, das deformaes elsticas, dos perfis de recalque dos pneus e da

resistncia do solo penetrao, independentemente do tipo de rodado pneumtico.

AGRADECIMENTOSAo NEMPA/FCA - UNESP e ao PIBIC/CNPq, que fomentaram este trabalho.

REFERNCIASABEELS, P.R.J. Tire deflection and contact studies. Journal of Terramechanics, Oxford, v.13, n.3, p.183-96, 1976. GOODYEAR. Farm tire handbook. Americana, 1994. 88 p. MAZETTO, F.R. Avaliao das metodologias de determinao das reas de contato e deformaes elsticas de pneus agrcolas em funo das presses de inflao e cargas radiais. 2004. 100 f. Dissertao (Mestrado em Energia na Agricultura) Faculdade de Cincias Agronmicas, Universidade Estadual Paulista, Botucatu, 2004. PORTERFIELD, J.W; CARPENTER, T.G. Soil compaction: an index of potential compaction for agricultural tires.Transactions of the ASAE, St. Joseph, v.29, n.4, p.917-22, 1986. SANTOS, P. I. B. Mtodo dos elementos finitos para determinao da rea de contato, entre um rodado e uma superfcie deformvel. 2003. 203 f. Tese (Doutorado em Energia na Agricultura) - Faculdade de Cincias Agronmicas, Universidade Estadual Paulista, Botucatu, 2003. SHARMA, A.K; PANDEY, K.P. A review on contact area measurement of pneumatic tyre on rigid and deformable surfaces. Journal of Terramechanics, Oxford, v.33, n.5, p.253-64, 1996. TRELLEBORG. Agricultural tyres manual. Trelleborg, 2002. 20 p. UPADHYAYA, S.K.; WULFSOHN, D. Review of traction prediction equations. In: ASAE - American Society of Agricultural Engineers, 12., 1990, St. Joseph. Anais... St. Joseph: ASAE, 1990. (Paper 90-1573).