Simulação de comportamento dinâmico do sistema fruto-ráquila da palmeira macaúba

Abstract

A necessidade de renovação das fontes energéticas mundiais, embasadas em fatores econômicos, ambientais ou mesmo sociais, tem promovido diversas pesquisas. Dentre estas, a busca por plantas oleaginosas aumentou no último século. A macaúba (Acrocomia aculeata), destaca-se por sua elevada produtividade e por ser uma fonte promissora de biodiesel. Entretanto, sua produção ainda é extrativista. Com a finalidade de aumentar a qualidade e a quantidade do que se é produzido, a mecanização agrícola surge com diversas alternativas, dentre elas, destaca-se o estudo da colheita pelo princípio de vibração mecânica. Logo, objetivou-se neste trabalho analisar o comportamento dinâmico do sistema fruto-ráquila da macaúba quando submetido a vibrações mecânicas. O trabalho foi desenvolvido adotando-se amostras de macaúba, nos diferentes estádios de maturação e de diferentes acessos coletadas no Banco Ativo de Germoplasma (BAG) da Universidade Federal de Viçosa: BD27 – acesso provindo de Abaeté/MG; BGP29 – acesso provindo de Prudente de Moraes – Matozinhos/MG; BGP35 – acesso provindo de Mirandópolis/SP; BD45 – acesso provindo de Unaí/MG. O presente trabalho foi dividido em três capítulos. No primeiro capítulo foram determinadas as propriedades geométricas, físicas e mecânicas do sistema fruto-ráquila da macaúba. As massas específicas do sistema estudado tenderam a aumentar com o avanço da maturação. Os módulos de elasticidade das ráquilas no estádio de maturação verde foram superiores aos valores encontrados para o estádio de maturação maduro para os diferentes acessos. O coeficiente de Poisson para a ráquila não apresentou diferença significativa para nenhum dos fatores avaliados, estádio de maturação e acesso. Foram obtidos valores de razão de amortecimento para o sistema fruto-ráquila menores que um, caracterizando-o como um sistema subamortecido. No segundo capítulo determinaram-se as frequências naturais e os modos de vibração do sistema fruto-ráquila, para os diferentes acessos e estádios de maturação, adotando o método de elementos finitos estocástico, tratando os valores de massa específica e rigidez do sistema como aleatórios. As frequências naturais sofreram redução com o avanço do estádio de maturação, para os diferentes acessos. Os modos de vibração caracterizados pelo deslocamento pendular apresentaram a mesma ordem considerando os diferentes acessos e estádios de maturação. No último capítulo foram determinadas as tensões impostas ao sistema fruto-ráquila, quando submetido a vibrações mecânicas, por meio de análise transiente, adotando os valores de frequências naturais e tempo de excitação de 10 s. Ainda, realizou-se um estudo sobre a força perpendicular requerida para o destacamento do fruto. As tensões de von Mises se concentraram na ligação entre o fruto e a ráquila. Os valores obtidos para a força perpendicular requerida para o destacamento do fruto não diferiu com relação ao estádio de maturação, porém entre os acessos houve diferença. Considerando as tensões requeridas para o destacamento do fruto e as tensões imposta pela vibração, na componente perpendicular a área de contato entre o fruto e a ráquila, percebe-se que o princípio de vibração mecânica possui características necessárias para efetivar o desprendimento dos frutos da macaúba.

The need for renewal of world energy sources, based on economic, environmental or even social factors, has promoted several researches. Among these, the search for oleaginous plants has increased in the last century. The macaw palm (Acrocomia aculeata) stands out for its high productivity and for being a promising source of biodiesel. However your production is still extractive. In order to increase the quality and quantity of what is produced, the agricultural mechanization comes with several alternatives, among them, the study of harvesting by the principle of mechanical vibration stands out. Therefore, the objective of this work was to analyze the dynamic behavior of the rachilla fruit system of the macaw when subjected to mechanical vibrations. The work was developed adopting samples of macaw bunches, in the different stages of maturation and of different accesses collected in the Active Germplasm Bank (BAG) da Universidade Federal de Viçosa: BD27 – acesso from Abaeté/MG; BGP29 – acess from Prudente de Moraes – Matozinhos/MG; BGP35 – acess from Mirandópolis/SP; BD45 – acesso from Unaí/MG. The present work was divided in three articles. In the first article, the geometric, physical and mechanical properties of the rachilla-fruit system of macaw were determined. The specific masses of the studied system tended to increase with the advancement of maturation. The modulus of elasticity of rachilla at green maturation stage were higher than the values found for the mature maturity stage for the different accesses. The Poisson's of the rachilla did not present significant difference for any of the evaluated factors, stage of maturation and access. Damping ratio values were obtained for the rachilla fruit system smaller than one, characterizing like underdamped system. In the second article, the natural frequencies and vibration modes of the fruit-ripening system were determined for the different approaches and stages of maturation, adopting the stochastic finite element method, treating the values of specific mass and rigidity of the system as random. The natural frequencies were reduced with the maturation stage, for the different accesses. The vibration modes characterized by the pendular displacement presented the same order considering the different accesses and stages of maturation. In the last article, the tensions imposed to the rachilla fruit system, when submitted to mechanical vibrations, were determined by means of transient analysis, adopting the values of natural frequencies and excitation time of 10 seconds. Also, a study was carried out on the perpendicular force required for the detachment of the fruit. The Von Mises tensions concentrated on the binding between the fruit and the rachilla. The values obtained for the perpendicular force required for the detachment of the fruit did not differ with respect to the maturation stage, but between the accesses there was difference. Considering the tensions required for the detachment of the fruit and the tensions imposed by the vibration, in the perpendicular component the area of contact between the fruit and the rachilla, it is perceived that the principle of mechanical vibration has characteristics necessary to effect the detachment of the fruits of the macaw.