Propriedades físicas, geométricas, mecânicas e modais do sistema fruto- ráquila da macaúba

Abstract

A macaúba (Acrocomia aculeata) é uma cultura emergente, considerada promissora para produção de biodiesel, e está em processo de domesticação para produção em larga escala. O princípio de vibração mecânica é uma opção para destacar os frutos do cacho e, para projetar máquinas de colheita e/ou processamento, o estudo do comportamento dinâmico é o conhecimento básico necessário para o desenvolvimento deste tipo de equipamento. Tendo em vista a necessidade de gerar novas tecnologias para o processo de produção intensiva da macaúba, foram determinadas propriedades geométricas, físicas, mecânicas e modais do sistema fruto-ráquila. Os cachos utilizados foram coletados no Banco Ativo de Germoplasma (BAG) da Universidade Federal de Viçosa. As propriedades mecânicas, módulo de elasticidade e coeficiente de Poisson, foram determinadas para as ráquilas a partir do teste de tração em máquina universal de ensaio. As razões de amortecimento e coeficientes de amortecimento foram determinadas por meio de teste de impulso e decremento logarítmico. A análise do comportamento dinâmico, a fim de estimar as frequências fundamentais e modos de vibração por meio de simulação, foi realizada utilizando o método de elementos finitos determinístico. Foi realizada análise de sensibilidade para identificar os parâmetros que mais influenciaram na estimativa das frequências fundamentais. As propriedades modais foram também determinadas experimentalmente por testes de varredura. Para os testes de vibração, foi utilizado um sistema de vibração da LDS (Ling Dynamic Systems), modelo V555, composto por um gerador de sinais, um amplificador e um vibrador eletromagnético. Foi realizada a validação do modelo matemático utilizado na simulação com os valores obtidos experimentalmente e, para comparação, foi utilizado o desvio relativo percentual Os desvios relativos percentuais entre os valores experimentais e simulados foram utilizados para validar o modelo. Os módulos de elasticidade variaram de 2,22 MPa a 3,17 MPa para os acessos estudados e o coeficiente de Poisson médio foi de 0,37. Os sistemas fruto-ráquila estudados apresentaram razões de amortecimento médias inferiores a um, portanto, são sistemas subamortecidos. O modo de vibração correspondente às frequências fundamentais determinadas foi o modo pendular. As frequências fundamentais determinadas experimentalmente variaram, na média, de 26,21 a 33,45 Hz e, as frequências fundamentais determinadas por meio de simulação variaram, na média de 20,46 a 34,84 Hz. O desvio relativo percentual médio considerando todos os acessos foi de 8,46 %. Os parâmetros que mais influenciaram na estimativa das frequências fundamentais foram a densidade e o módulo de elasticidade.

The macaw palm (Acrocomia aculeata) is an emerging crop, considered promising for biodiesel production and is in the process of domestication for large-scale production. The mechanical vibration is an option to detach the fruits from the bunch, and in order to design harvesting and/or processing machines, the study of the dynamic behavior is the basic knowledge necessary for the development of this type of equipment. Regarding that there is the necessity to generate new technologies for intensive production of macaw fruits, this study determined the geometrical, physical, mechanical and modal properties of the fruit- rachilla system. The macaw bunches used in this research were collected in the Active de Germplasm Bank (BAG) of Universidade Federal de Viçosa. The mechanical properties, modulus of elasticity and Poisson's ratio were determined for the rachillas from the tensile test by using a Universal Testing Machine. The damping ratios were determined by impulse test and logarithmic decrement. The analysis of the dynamic behavior in order to measure the fundamental frequencies and vibration mode by simulation was performed using the deterministic finite element method. The parameters which most influence the fundamental frequencies estimation were determined based on model sensitivity testing. The modal properties were also experimentally determined by scanning method on vibration test. For the vibration tests, a LDS vibration system (Ling Dynamic Systems,) V555 model, with a signal generator, an amplifier and an electromagnetic vibrator was used. The percentage deviations between the simulated and experimental values were used to validate the model. The modulus of elasticity range from 2.22 MPa to 3.17 MPa and the average Poisson's ratio was 0.37. The macaw fruit-rachilla systems showed damping ratio below one. The vibration mode related to the determined fundamental frequencies was the pendulum mode. The fundamental frequency experimentally determined varied from 26.21 to 33,45 Hz on average, and the fundamental frequency determined by simulation varied from 20.46 to 34.84 Hz on average. The average percentage relative deviation considering all plant accession was 8.46%. The parameters that most influence the measure of the fundamental frequencies are the density and models of elasticity. The macaw fruit- rachilla system is considered underdamped, and the mathematical models responded as expected when measuring modal properties.