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Comportamento dinâmico do sistema fruto-pedúnculo-ramo do cafeeiro submetido à vibrações mecânicas
(Universidade Federal de Viçosa, 2014-02-24) Coelho, Andre Luiz de Freitas; Santos, Fábio Lúcio
A colheita manual do café é considerada uma atividade complexa e onerosa, devido a fatores como altura das plantas, inclinação dos terrenos, condições climáticas, necessidade da colheita no período correto, além do elevado custo de produção com mão de obra. A mecanização surge, então, como uma solução pelo aumento da capacidade operacional do processo e redução dos esforços físicos para a colheita. O desenvolvimento de máquinas de colheita eficientes exige conhecimento acerca do comportamento dinâmico da planta, visando à maior eficiência de derriça, além de menor quebra de galhos e queda de folhas. Objetivou-se neste trabalho analisar o comportamento dinâmico do sistema fruto-pedúnculo- ramo do cafeeiro submetido a vibrações mecânicas. O trabalho foi desenvolvimento empregando amostras de café arábica, variedade Catuaí Vermelho, coletados em uma Área Experimental da Universidade Federal de Viçosa, em Viçosa/MG, no período maio a julho/2013. O trabalho foi dividido por cinco artigos. No primeiro artigo, foram determinados experimentalmente a massa, o volume, a massa específica, o módulo de elasticidade, o coeficiente de Poisson e a razão de amortecimento dos constituintes do sistema fruto-pedúnculo-ramo. Os módulos de elasticidade dos frutos e dos pedúnculos no estádio de maturação verde foram superiores aos valores para o estádio de maturação cereja. Foram obtidos valores de razão de amortecimento para o pedúnculo e ramo menores que o unitário, caracterizando-os como um sistema subamortecido. No segundo, foi desenvolvida uma metodologia para determinação do módulo de elasticidade do fruto e do pedúnculo pela comparação entre as frequências naturais obtidas pelo método de elementos finitos e as frequências naturais obtidas experimentalmente. Os valores médios para os módulos de elasticidades foram de 15,74; 23,90 e 4645,90 MPa para o pedúnculo nos estágios de maturação verde, cereja e para o ramo, respectivamente. No terceiro artigo, foram determinados as frequências naturais e os modos de vibração dos sistemas fruto-pedúnculo, ramo e fruto-pedúnculo-ramo, empregando o método de elementos finitos estocástico, em que a massa específica e o módulo de elasticidade dos frutos pedúnculos e ramos foram tratados como valores aleatórios. As frequências naturais foram reduzidas na medida em que evoluiu o estádio de maturação ou na medida em que aumentou a massa total do sistema. Para o quarto e o quinto modos de vibração, foram constatadas maiores deformações nos pedúnculos. No quarto artigo, foram determinadas as tensões nos sistemas fruto-pedúnculo, ramo e fruto-pedúnculo-ramo, quando submetidos à vibração mecânica com frequência referente à frequência natural, deslocamento pico a pico de 10 mm e tempo de excitação de 10 s. As tensões de von Mises foram superiores para sistemas no estádio de maturação verde e nas regiões de engaste do pedúnculo ao ramo e no engaste do ramo ao tronco devidas às maiores frequências de vibrações aplicadas neste estádio de maturação e aos maiores momentos fletores nestas regiões, respectivamente. E no quinto artigo, foi feito um ensaio de eficiência de derriça, em que amostras com um cacho de frutos foram submetidas a vibrações mecânicas em diferentes frequências (16,4; 20,3; 24; 25,6; 30,0 e 33,0 Hz), deslocamento pico-a-pico (5,0; 7,0 e 9,0 mm) e tempos de vibração (10,0 e 20,0 s). Para as amplitudes estudadas, houve tendência de a eficiência de derriça dos frutos cereja ser superior à dos frutos verdes. A eficiência de derriça aumentou na medida em que foram aumentadas a frequência e a amplitude de vibração.
Detachment efficiency of fruits from coffee plants subjected to mechanical vibrations
(Escola de Agronomia - UFG, 2015) Coelho, Andre Luiz de Freitas; Santos, Fábio Lúcio; Pinto, Francisco de Assis de Carvalho; Queiroz, Daniel Marçal de
O desenvolvimento de máquinas eficientes para a colheita mecanizada do cafeeiro exige a utilização de parâmetros vibracionais adequados. Assim, para um menor desprendimento de frutos verdes, repasse, quebra de galhos e desfolha, devem ser utilizados magnitudes de frequência, amplitude e tempo de vibração adequados. Objetivou-se analisar a eficiência de derriça de frutos de cafeeiro, em função de parâmetros vibracionais e estádio de maturação. Cachos de frutos foram amostrados nos estádios de maturação verde e cereja e submetidos à vibração, utilizando-se um sistema composto por um gerador de sinais, um amplificador e uma máquina vibratória eletromagnética. Os ensaios foram realizados combinando-se diferentes frequências (16,4 Hz; 20,3 Hz; 24 Hz; 25,6 Hz; 30,0 Hz; e 33,0 Hz), amplitudes (5,0 mm; 7,0 mm; e 9,0 mm) e tempos de vibração (10,0 s e 20,0 s). Os tempos de vibração empregados não influenciaram na eficiência de derriça. Houve tendência de a eficiência de derriça dos frutos cerejas ser superior à dos frutos verdes. A eficiência de derriça aumentou à medida que se aumentou a frequência e a amplitude de vibração.
Dynamic behavior of the coffee fruit-stem-branch system using stochastic finite element method
(Editora UFLA, 2016-01) Coelho, Andre Luiz de Freitas; Santos, Fábio Lúcio; Queiroz, Daniel Marçal de; Pinto, Francisco de Assis de Carvalho
The development of an efficient machine for harvesting coffee requires comprehensive knowledge of the dynamic behavior of the plant and its parts. The finite element method is a numerical approach used to determine natural frequencies and mode shapes. However, the stochastic finite element method has not been employed for the analysis of the dynamic behavior of coffee. The aim is to determine the natural frequencies and mode shapes for the coffee fruit-stem-branch system. The natural frequencies and the mode shapes were determined by employing the stochastic finite element method, in which the elastic modulus and the specific mass were treated as random variables, and the variation in the natural frequency was obtained as a function of the variability of these properties. The natural frequencies were reduced according to the evolution of the ripening process of the fruit and stem or due to the increase in the total weight of the system due to an increase in the number of fruits attached to the stem. The natural frequencies increased with an increase in the elastic modulus or with a reduction in the specific mass.