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PROJETO DE PRODUTO: CONCEPÇÃO

DE UM EQUIPAMENTO PARA

DOSAGEM DIRIGIDA DE CALCÁRIO

Caina Lima Costa (UNIPAMPA)

[email protected]

Vanderlei Eckhardt (UNIPAMPA)

[email protected]

THAYSE GONCALVES DE MELLO (UNIPAMPA)

[email protected]

Otavio Silveira da Costa (UNIPAMPA)

[email protected]

Em virtude da acidez do solo nas diversas regiões do país, faz-se

necessário a aplicação de minerais que auxiliam sua neutralização, o

que o torna mais fértil e promove o melhor desenvolvimento das

culturas agrícolas em todo país. Os solos em sua maioria são ácidos,

seja pela sua própria natureza, ou pelo efeito dos sistemas de irrigação

e uso continuado. As culturas em geral são tolerantes à acidez, o que

não impede o seu desenvolvimento, mas é num ambiente de

neutralidade que as plantas adquirem máxima produtividade (Alcarde,

1992). Diante deste problema, este trabalho tem por objetivo

apresentar o projeto informacional e conceitual de um equipamento

para dosagem dirigida de calcário. No desenvolvimento do projeto

utilizou-se a metodologia de projeto de produto tratado com única fase

por Rozenfeld et al., 2006, na qual destaca-se o projeto informacional

e conceitual. Como resultado do projeto informacional identificou-se a

diversidade de produtos existentes e suas particularidades, onde

verificamos que nenhum destes atende a forma de aplicação proposta e

como resultado obteve-se as especificações iniciais para o produto. No

projeto conceitual foi estabelecido o conceito que será desenvolvido

para o produto a partir da fase preliminar e detalhado dentro do

modelo de referência.

Palavras-chave: projeto de produto, projeto conceitual, dosador de

calcário

XXXV ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO Perspectivas Globais para a Engenharia de Produção Fortaleza, CE, Brasil, 13 a 16 de outubro de 2015.

XXXV ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO Perspectivas Globais para a Engenharia de Produção

Fortaleza, CE, Brasil, 13 a 16 de outubro de 2015.

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1. Introdução

A aplicação de fertilizantes no solo pode modificar suas propriedades químicas, a mesma pode ser diretamente

na superfície ou na camada arável. Muitas culturas necessitam deste procedimento para o seu desenvolvimento.

O solo que apresenta grande concentração de íons hidrogênio e/ou alumínio é considerado ácido o que dificulta a

germinação e o desenvolvimento da planta. Esta adversidade pode ser minimizada pela aplicação de calcário.

Caires e Fonseca (2000) apontam que a calagem na superfície deve ser criteriosa, o uso em excesso eleva o pH,

reduzindo a capacidade do solo em absorver elementos essenciais. Estudos na área de ciência dos solos avaliam

a potencialidade das dosagens de calcário. Kamisnki et al. (2005) realizou experimentos que mostram que a

incorporação do calcário em camadas aráveis, ou seja, mais profundas neutralizam este impacto.

Neste contexto, surge à necessidade de um produto inovador que atenda ou supere os anseios dos produtores, e a

demanda do mercado provocada pela especificidade do problema. Conforme Rozenfeld (2006) o processo de

desenvolvimento de produtos (PDP) situa-se na interface entre a empresa e o mercado, cabendo a ele identificar

e propor soluções de projetos que atendam a estas necessidades.

A percepção de um problema e suas possíveis soluções pode resultar em um produto, o qual requer planejamento

e método. Segundo Back et al (2008), o desenvolvimento de produto compreende aspectos de planejamento e

projeto, ao longo das fases pelas quais passa o produto, desde planejamento, pesquisa de mercado, projeto de

produto, projeto do processo de fabricação, distribuição, uso, manutenção e descarte. A realização correta e da

melhor forma possível na execução dessas etapas pode garantir a inserção de um produto de qualidade no

mercado alvo. Quanto mais complexo for o produto desejado, maior a necessidade do uso de uma metodologia

de projeto para auxiliar na organização das ideias e no desenvolvimento deste produto. (ROMANO, 2013;

BACK et AL., 2008).

Um produto mal planejado pode resultar no insucesso, não há garantia que após seu resultado final ele será

sucesso em vendas. Impactos negativos podem ser minimizados, com avaliações e escolhas realizadas durante a

fase do projeto. É preciso transpassar os obstáculos encontrados, redirecionar o curso quando necessário e

manter o ritmo na evolução dos trabalhos. (BAXTER, 2003).

Perante a complexidade do produto estudado, e sabendo da importância de uma metodologia a ser adotada para o

desenvolvimento do projeto, onde buscamos obter ganhos significativos no mercado e na sociedade,

desenvolvemos esta pesquisa com o objetivo de apresentar como foi aplicado o projeto informacional e

conceitual para o desenvolvimento deste equipamento.

2. Referencial Teórico

2.1 Correção do Solo

A maioria dos solos do Rio Grande do Sul, bem como do restante do país, possuem caráter ácido. A acidez do

solo causa danos ao sistema radicular das plantas pelo efeito do alumínio tóxico, que está presente no solo

quando o seu pH for inferior a 5,5. Além disso, nos solos ácidos alguns nutrientes essenciais às plantas, como o

fósforo e o molibdênio, são pouco disponíveis. Além dos prejuízos relacionados com a redução da



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disponibilidade e absorção de nutrientes, a drástica diminuição do volume de solo explorado pelas raízes das

plantas aumenta os efeitos negativos das estiagens. (FEPAGRO, 2012).

Há muitos anos a principal estratégia para controlar a toxidez por alumínio é a elevação do pH do solo utilizando

calcário. A calagem é uma técnica eficiente e de emprego consagrado, podendo elevar a produtividade das

culturas em mais de 100% (FEPAGRO, 2012). O calcário aplicado nas lavouras e pastagens é um insumo

natural, produzido pela moagem do mármore rico em cálcio e magnésio, extraído em minas localizadas em

diferentes regiões do RS.

2.1.1 Benefícios da Correção

Segundo Lopes (2002) a correção adequada da acidez do solo é uma das práticas que mais benefícios trazem ao

agricultor, sendo uma combinação favorável de vários efeitos dentre os quais se mencionam os seguintes:

Eleva o pH do solo (reduzindo a acidez);

Fornece cálcio e magnésio como nutrientes;

Diminui ou elimina os efeitos tóxicos do alumínio (Al);

Diminui a "fixação" de fósforo;

Aumenta a disponibilidade do NPK, cálcio, magnésio, enxofre e molibdênio no solo;

Aumenta a eficiência dos fertilizantes;

Aumenta a atividade biológica do solo e a liberação de nutrientes, tais como nitrogênio, fósforo e boro,

pela decomposição da matéria orgânica;

Em solos ricos em manganês (Mn), reduz as quantidades excessivas deste elemento presentes na

solução do solo;

2.2.2 Escolha do Corretivo

Existem diversos materiais que podem neutralizar a acidez do solo. Os principais são: cal virgem, cal apagada,

calcário calcinado, conchas marinhas moídas, cinzas e calcário. No Brasil o corretivo da acidez mais utilizado é

o calcário moído, que contém principalmente carbonatos de cálcio e de magnésio (VOLKWEISS, 1992).

A eficiência e o preço sofrem variações para cada tipo de corretivo. Corretivos com qualidade baixa são em geral

mais baratos, mas para compensar, devem ser usados em quantidades maiores na correção da acidez do solo. O

aumento da quantidade também aumenta o custo do transporte até a propriedade e a aplicação por área de terra

corrigida (LOPES, 2002). A qualidade do material e o custo da aplicação na lavoura são fundamentais na escolha

do corretivo pelo agricultor.

A efetividade do corretivo é mensurada pelo valor do PRNT (Poder Relativo de Neutralização Total). Um índice

alto de PRNT implica em baixo tempo de resposta e alta eficiência do corretivo. Já as quantidades a serem

adotadas do corretivo são determinadas através de análise química do solo. A calagem pode ser realizada em

qualquer época do ano, mas é importante que seja realizada antecipadamente aos processos de plantio e

adubação, nas exceções é necessário utilizar produtos com maior PRNT. (Lopes, 1990).



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2.2.3 Aplicação do Corretivo

É indicado que a aplicação de calcário tenha melhor uniformidade possível. Para isso um fator limitante é o

maquinário disponível. Segundo Lopes (1990), o auxilio de uma distribuidora que permita aplicação correta,

com regulagem e profundidade é fundamental para obter melhor contato do corretivo com as partículas do solo.

2.3 Projeto de Produto

Quanto mais complexo for um produto, maior é o número de requisitos e fatores influenciadores do projeto. Os

requisitos de projetos e as especificações requerem dos profissionais envolvidos uma atenção especial para as

fases de projeto do produto (BAXTER, 2003). A etapa de planejamento do projeto do produto possui alguns

fatores que devem ser considerados pela equipe de projeto, conforme Back et al (2008), “projeto do produto é

um plano amplo para realizar algo, compreendendo aspectos desde a identificação de uma necessidade até o

descarte ou o seu efeito sobre o meio ambiente". Os autores enfatizam que se o resultado for um produto físico,

este deve ser funcional, seguro, confiável, competitivo, utilizável, manufaturável e mercável (ROMANO, 2013).

Um projeto, na visão do PDP, significa seguir e interpretar esse processo de forma única e temporária, visando

criar um novo produto, cumprindo com as atividades e especificações para sua fabricação. É única porque esse

produto desenvolvido será de alguma forma diferenciada em relação aos outros produtos do portfólio da

organização (ROZENFELD et al., 2006). Baxter (2003) salienta que o desenvolvimento do produto do qual as

fases tenham caráter evolutivo implicará em riscos e incertezas menores, havendo a possibilidade de persistência

de alguma incerteza na fabricação. As atividades iniciais do projeto têm custos baixos, mas aumentam de forma

gradativa.

2.4 Metodologia de projeto do produto

Romano (2003) ressalta a importância de compreender o que é um projeto, salientando que o mesmo envolve

operações e compartilha de características comuns, como por exemplo, são realizados por pessoas, são limitados

por recursos, também serem planejados, executados e controlados. Atualmente as empresas utilizam modelos de

referência em seus projetos, tendo uma visão integrada e concisa que auxilia no seu gerenciamento. Com este

modelo é possível chegar a resultados de compreensão do processo, registro do conhecimento, plano de

melhorias no processo, definições básicas para tomada de decisões e por fim, racionalizar e garantir o fluxo de

informações. Todas estas informações permitem estabelecer uma visão detalhada e integrada do trabalho a ser

realizado.

Rozenfeld et al. (2006), evidencia que o desenvolvimento do produto precisa de um processo eficaz e eficiente

para favorecer a competitividade da empresa. O suporte para alcançar tal objetivo esta na adoção de modelos,

eles definem o padrão de trabalho para o desenvolvimento de produtos. O mesmo autor ainda apresenta um

modelo de detalhamento para o desenvolvimento de novos produtos, com base em três macroprocessos (pré-

desenvolvimento, desenvolvimento e pós-desenvolvimento).

O pré-desenvolvimento inclui o planejamento estratégico, nesta etapa a empresa determina o portfólio de seus

produtos.



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A macrofase de desenvolvimento esta dividida entre as fases de: planejamento do projeto, projeto informacional,

definição do conceito, projeto detalhado, preparação da produção e finaliza com o lançamento do produto.

Atividades desenvolvidas nas fases:

Planejamento do projeto: definição do escopo do projeto, a viabilidade econômica, os recursos humanos

a serem mobilizados, os prazos de execução, os custos esperados e os riscos implicados;

Projeto informacional: transformam em especificações as informações da fase anterior, detalha os

requisitos do produto e coleta informações sobre o usuário do produto;

Projeto conceitual: transforma a linguagem formal em geométrica, definição da estrutura funcional do

produto após análise das diferentes soluções levantadas, busca por fornecedores chaves;

Projeto detalhado: descrição completa do produto, incluindo seleção de materiais, processos de

fabricação e dimensionamento do componente, documentando essas informações, realização de testes.

Pós-desenvolvimento:

Preparação para produção mobilização de recursos para a produção, a preparação das máquinas de

fabricação, produção em um lote piloto, desenvolvimento dos fornecedores e treinamento de pessoal;

Lançamento do produto: desenvolvimento dos processos de comercialização, vendas, distribuição,

atendimento ao cliente e assistência técnica.

3. Metodologia Empregada

Sabendo da importância do uso de metodologia de projeto, o desenvolvimento do trabalho foi elaborado com

base no modelo prescrito por Rozenfeld et al (2006), mais especificamente na macrofase de desenvolvimento nas

fases de projeto informacional onde foi realizado o levantamento de informações sobre o produto e a fase de

projeto conceitual onde gerou-se o conceito do produto.

4. Resultados

4.1 Projeto Informacional

4.1.2 Avaliação dos produtos disponíveis no mercado

Os produtos disponíveis no mercado não possuem características semelhantes, podendo afirmar a

indisponibilidade de concorrência com estes quesitos que o projeto propõe. Contudo, foram realizadas algumas

comparações do disponível no mercado, correlacionado ao produto, equipamento para dosagem dirigida de

calcário, como auxilio no desenvolvimento do projeto conceitual.

4.1.3 Equipamentos de distribuição disponíveis no mercado

Nesta etapa foram pesquisados equipamentos disponíveis no mercado que aplicam calcário de alguma maneira.

Constatou-se que os principais equipamentos têm como princípio de funcionamento a queda livre, força

centrífuga ou movimento pendular.

No equipamento que utiliza dosagem gravitacional o fluxo de calcário ocorre por gravidade, em alguns casos

com auxilio de agitador mecânico operando sobre um canal de abertura regulável (Figura 1).

Figura 1 – Dosador gravimétrico



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Fonte: Balastreire & Coelho (1992)

Este equipamento tem um distribuidor pendular, Reservatório (1), Dosador gravitacional (2), Agitador mecânico

(3), Alavanca reguladora de vazão (4) e Pêndulo (5).

Já o volumétrico (Figura 2) promove a retirada do material continuamente por meio de uma esteira ou correia

transportadora. A vazão neste caso é regulada por uma chapa transportadora que limita a altura do produto sobre

a esteira, junto ao canal de saída. É um mecanismo eficiente para determinados produtos pela uniformidade de

aplicação. Mas, operando com calcário sofre algumas variações, no caso de um alto teor de umidade temos

dificuldade nos mecanismos de transmissão, com baixa umidade promove deriva na aplicação.

Figura 2 – Distribuidor de corretivos equipado com dosador volumétrico

Fonte: Balastreire & Coelho (1992)

Este distribuidor é composto por mecanismo dosador volumétrico do tipo esteira transportadora (1), chapa

raspadora (2), cardam para acionamento da esteira (3), distribuidor do tipo rotor duplo (4).

4.1.4 Informação sobre o uso do produto

O produto deverá ter especificações para uso agrícola, em solos que necessitem de neutralização e que atenda as

necessidades do produtor rural. Será acoplado em subsoladores, ou plantadeiras possuindo como característica a

versatilidade. Contendo mangueiras de distribuição ajustáveis, fixadas as hastes responsáveis pela quebra da

camada compactada no caso do subsolador. Se acoplado a plantadeira as mesmas serão fixadas nas proximidades

do disco de perfuração. A distribuição estará conectada a um sistema composto por reservatório, bomba, filtro,



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regulador de pressão, válvulas e misturador. O conjunto será capaz de dissolver o calcário em pó para aplicação

de forma aquosa.

4.1.5 Definições dos clientes

O público de abrangência inicialmente são produtores agropecuários em geral, podendo limitar-se a uma

classificação de pequenos, médios e grandes consumidores. Esta determinação só será definida após análise

intermediária entre o projeto conceitual e detalhado chamada de projeto preliminar. Segundo Rozenfeld et al

(2006) é justificável pela necessidade de avaliação das concepções geradas afim de manter, ou não os

investimentos nas fases seguintes.

4.1.6 Definição dos requisitos dos Clientes

Com o diagnóstico prévio resultante de entrevistas informais com os interessados, surgem os requisitos. Em um

primeiro momento os mesmos são complementados com a pesquisa bibliográfica, resultando nas necessidades

descritas no Quadro 1.

Quadro 1 – Requistos do Cliente

Definição Requisitos

Funcionamento

Profundidade na aplicação

Autonomia do tanque

Acoplável

Ergonomia Padrões ergonômicos

Segurança

Sem risco ao meio ambiente

Prevenção do Produtor

Manutenção Fácil aquisição de peças para reposição

Facilidade na manutenção

Operação

Ser leve

Facilidade no acoplamento

Praticidade

Confiabilidade Alta durabilidade

Resistente

Eficaz

Material Leve

Geometria Compacto

Fabricação Ser economicamente viável

Fonte: Elaboração Própria

4.1.6 Valoração dos requisitos

A valoração realizada utilizou-se da técnica do Diagrama de Mudge, onde foram observadas prioridades

qualitativas para os requisitos dos clientes. Destaca-se como resultado no Quadro 2 o item “ser economicamente

viável” que obteve a maior pontuação, este resultado teve um tratamento especial na definição global do produto

para que os conjuntos e subconjuntos tenham um custo acessível de fabricação.

Quadro 2 – Diagrama de Mudge



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Fonte: Elaboração própria

4.1.7 Hierarquização dos requisitos do projeto

A hierarquização foi definida em reunião entre os membros da pesquisa, foram listadas com suas considerações

chaves para cada nível hierárquico. Está apresentado neste artigo na forma de alíneas, primeiro o ponto de

dialogado e em seguida os parâmetros.

a) Ser economicamente viável: custo de projeto, custo de produção, custo de utilização e custo de

manutenção;

b) Ser seguro e ergonômico: atender as normas regulamentadoras de segurança;

c) Ser resistente e alta durabilidade: ser robusto, durável, e baixa manutenção;

d) Ser eficaz na operação: obter melhor rendimento na correção de Ph no solo;

e) Alta produtividade: será capaz de aplicar calcário de forma aquosa em 500 ha/dia;

f) Fácil manutenção: facilidade nas operações de manutenção;

g) Ser prático: deverá ter uma operação fácil, sendo rápido e eficiente;

h) Ter reposição de peças: as peças de maior desgaste e/ou que sofrem maior impacto serão elaboradas de

forma padronizadas;

i) Ser compacto e leve: deverá ser compacto e leve para não prejudicar o equipamento acoplável;

j) Autonomia do operador: o implemento deve ser de fácil operação, possibilitando que qualquer pessoa,

mesmo sem muitos conhecimentos técnicos opere.

k) Ser rebocável: acoplado a subsoladores e/ou semeadeiras com aplicação no sulco, movido pelo trator.

4.2 Projeto conceitual

4.2.1 Definição da função global e determinação das funções do produto



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A construção e estrutura da função global têm como objetivo a definição da função principal e funções

secundárias, com a finalidade de utiliza-la posteriormente na geração da concepção ideal para o desempenho de

cada uma das funções.

Figura 1 – Estrutura de Funções


4.2.3 Descrição dos princípios de solução para as funções do produto

No Quadro 3 apresentamos as propostas de solução para o projeto através da matriz morfológica para cada uma

das subfunções da estrutura funcional do produto.

Quadro 3 – Matriz Morfológica

Subfunções Propostas

Calcário despejado no tanque Alimentação manual Alimentação por esteira Alimentação por

dispositivos mecânicos

(motor independente)

Diluir o calcário Colocar o pó e adicionar Colocar o pó manualmente e Diluir o calcário



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água (com hélice

agitadora)

adicionar água por meio de

engate

manualmente antes de

colocar no tanque

Tanque de diluição Com hélice Com ar comprimido para

homogeneização

Sem hélice e sem ar

Transferência do calcário Bombeamento hidráulico Por bomba de diafragma Bomba de dosagem

pneumática

Tipo de material do tanque Aço inox Polietileno Ferro galvanizado

Cor do tanque Prata Branca Amarelo

Tampa do tanque Com alça Rosqueada Encaixada

Capacidade do Tanque 600 litros 300 litros 150 litros

Mangas de injeção Plásticas Fibra Metálicas

Aplicação no solo Por gravidade Por aspersões ---


4.2.4 Aplicação da matriz de decisão para seleção da concepção

No Quadro 4 estão tabuladas as propostas para o implemento, que poderá ser acoplado a mais de um tipo de

equipamento agrícola.

Quadro 4 – Matriz de decisão

Subfunções Propostas

Calcário despejado no tanque Alimentação

manual

Alimentação por

esteira

Alimentação

por

dispositivos

mecânicos

(motor

independente)

Diluir o calcário

Colocar o pó

e adicionar

água (com

hélice

agitadora)

Colocar o pó

manualmente e

adicionar água

por meio de

engate. Insuflar

ar comprimido

na solução para

homogeneização

Diluir o

calcário

manualmente

antes de

colocar no

tanque

Tanque de diluição Com hélice

Com ar

comprimido

para

homogeneização

Sem hélice e

sem ar



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Transferência do calcário Bombeamento

hidráulico

Com

acionamento de

válvulas

Bomba de

diafragma

Tipo de material do tanque Aço inox Polietileno Ferro

galvanizado

Cor do tanque Prata Branca Amarelo

Tampa do tanque Com alça Rosqueada ---

Capacidade do Tanque 600 litros 300 litros 150 litros

Mangas de injeção Plástica Fibra Borracha

Aplicação no solo Por aspersores Por gravidade ---


4.2.3 Apresentação da concepção

Estão representados na Figura 3 os principais componentes do equipamento, desenhados com o auxílio do

software solidworks® relativo à proposta selecionada no projeto.

Figura 3 – Componentes principais


Figura 4 – Conjunto montado




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Na parte superior do reservatório do calcário, Figura 3 (b) encontra-se instalado um suporte para o motor

elétrico, com a função de acionar o misturador da solução que é um subconjunto (Figura 3 (e)) composto por

hélice e haste de engate que tem a função de evitar a decantação do material no fundo do reservatório (Figura 3

(b)), para uma melhor homogeneização da mistura. Na manutenção (limpeza) do sistema, outro tanque que

conterá somente água (Figura 3(a)) é necessário. Para permitir o fluxo desejado, utiliza-se uma bomba de

diafragma (Figura 3 (c)) que terá a função de dar fluxo à solução para os aspersores. O reservatório com a

mistura possui orifícios, um superior para alimentação, dois inferiores para saída da solução e entrada de água no

conjunto de regulação (Figura 3 (d)) e um lateral com a função de esgotamento.

5. Conclusão

O desenvolvimento de máquinas e equipamentos agrícolas na indústria nacional encontra-se em processo de

desenvolvimento de soluções pontuais, em face da atual necessidade para atendimento das vicissitudes da

agricultura de precisão. Neste contexto este trabalho busca desenvolver tecnologia para a aplicação de calcário

sob uma nova perspectiva que vai de encontro a estas novas necessidades.

Para o desenvolvimento desta tecnologia utilizou-se a experiência proporcionada pela aplicação do modelo de

referência com o objetivo de desenvolver um equipamento para dosagem dirigida de calcário, que está na fase

conceitual com resultados satisfatórios. Pudemos verificar na prática a importância das etapas propostas pelos

autores destas metodologias, que, apesar da complexidade do produto proposto, foi possível chegar a uma

solução adequada, muito embora ainda não finalizada, pois, o trabalho terá prosseguimento na fase detalhada,

onde poderemos através da construção de um protótipo comprovar a viabilidade do produto.

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ANDA, 1992. 47 p. (Boletim Técnico, 7).

BAXTER, M. Projeto de produto: guia prático para o design de novos produtos. 2. ed. São Paulo: Blucher,

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CAMARA, R.K.; KLEIN, V.A. Escarificação emplantio direto como técnica de conservação do solo e da

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http://www.calcario.fepagro.rs.gov.br>.Acesso em: 14 dez. 2014.

KAMINSKI, J.; SANTOS, D.R.; GATIBONI, L.C.et al. Eficiência da calagem superficial e incorporada

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13

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ROMANO, L. N. Desenvolvimento de máquinas agrícolas: planejamento, projeto e produção. 1. ed. São

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