Modelagem de máquina pneumática recolhedora de frutos de café em terreiro usando análise por elementos finitos

Teve-se o objetivo de desenvolver um modelo matemático por meio de análise de elementos finitos, utilizando o programa computacional ANSYS®, versão 5.7, para otimizar o projeto de máquina recolhedora de frutos de café no terreiro. A modelagem da máquina foi realizada com base no levantamento das características aerodinâmicas dos frutos de café e da vazão de ar necessária para o transporte pneumático dos frutos. Foram obtidas, experimentalmente, as pressões estáticas nos dutos da máquina, sendo esses valores comparados com os resultados determinados pelo programa ANSYS, no intuito de validar o modelo. Com base nos resultados numéricos obtidos, concluiu-se que a modelagem desenvolvida apresentou resultados próximos aos determinados experimentalmente, obtendo erro relativo médio nos valores simulados de pressão de 9,2%. Por meio da modelagem, identificaram-se faixas de pressão que dificultariam o transporte pneumático dos frutos de café em alguns pontos da máquina. Esses problemas foram corrigidos e, com isso, o fluxo de ar proporcionado pelo ventilador foi suficiente para succionar os frutos de café no terreiro e transportá-los para dentro do reservatório da máquina. A modelagem desenvolvida atendeu às necessidades propostas no trabalho para o recolhimento dos frutos de café utilizando transporte pneumático eficientemente.

Modelagem de um condicionador de ar de alta precisão para uso em processamento agrícola

Apresenta-se neste trabalho, estudo detalhado sobre a modelagem de um condicionador de ar com controle acurado de temperatura e umidade relativa. Desenvolveu-se um programa de computador que permite predizer o comportamento do sistema sob diferentes condições psicrométricas e de vazão do ar de entrada. O modelo global físico-matemático inclui equações de balanço de massa e de energia para três diferentes volumes de controle que compõem o condicionador. Modelaram-se os processos de mistura, evaporação (ou condensação) simultânea de uma superfície d'água e de uma gota e o aquecimento de corrente de ar, separadamente. Propõem-se expressões semi-empíricas simples para os coeficientes de transferência de calor e massa inerentes ao processo de evaporação sobre uma superfície d'água e um modelo simplificado para o sistema de spray. Construiu-se um condicionador de ar no qual foram feitos testes experimentais para o ajuste das constantes que aparecem nas expressões para os coeficientes de transferência. Os dados obtidos validaram o modelo global, com precisão aceitável para projetos de engenharia.

Transferência de massa e secagem em leitos vibrofluidizados: uma revisão

O desenvolvimento de tecnologias de processamento e equipamentos requer a utilização de novos métodos e melhor qualidade do produto processado. Dentro do processo de secagem contínua, a utilização de equipamentos que promovem incremento nos coeficientes de transferência, é a de maior interesse. O uso de energia vibracional tem sido recomendado para materiais dispersos. Assim, uma revisão da literatura sobre a transferência de massa e a secagem em leitos vibrofluidizados foi realizada, envolvendo resultados experimentais e modelagem matemática.

Modelos de transferência de metal pesado na cana-de-açúcar adubada com composto de lixo urbano

A pesquisa aborda a reciclagem do composto de lixo urbano (CLU) como fertilizante alternativo na cana-de-açúcar e como solução social e ambiental ao acúmulo de resíduos sólidos nos centros urbanos. Utilizou-se da modelagem matemática para conhecer a dinâmica dos metais pesados, visando ao estabelecimento de critérios e procedimentos para o uso seguro do CLU, limitado pela quantidade desses elementos. Foram construídos modelos compartimentais a partir de dados de experimentos em condições controladas e parcialmente validados com dados de campo. Esse modelo descreveu a transferência de metais pesados no sistema solo-raiz-parte aérea para a cana-de-açúcar. Pôde-se concluir, pelas condições desta pesquisa, que o metal mais preocupante foi o níquel, pois demora, aproximadamente, três anos para ser atenuado no solo e chega em maior quantidade na parte aérea. Quanto aos fatores argila, óxidos e pH do solo, notou-se que, nos solos de maior poder tampão, a passagem da maioria dos metais foi mais lenta. Esse modelo pode tornar-se importante aliado na definição de leis de utilização do CLU, visando à não-contaminação ambiental, redução no acúmulo de lixo e de custos de produção.

Simulação das perdas de água por evaporação e arraste, no aspersor NY-7 (4,6 mm x 4,0 mm), em sistemas de aspersão convencional

As perdas de água por evaporação e arraste em sistemas de irrigação por aspersão podem assumir valores consideráveis, reduzindo a eficiência do sistema. Os objetivos do presente trabalho foram avaliar a capacidade preditiva de cinco modelos empíricos para estimar perdas de água por evaporação e arraste em aspersores modelo NY-7 (bocais de 4,6 mm x 4,0 mm), trabalhando sob diferentes condições operacionais e ambientais, e ajustar modelos específicos para o aspersor NY-7. Comparando os resultados medidos em ensaios de campo, com os resultados simulados, foi possível concluir que os cinco modelos empíricos considerados apresentaram pouca ou nenhuma adequação, tanto para os ensaios com um único aspersor (quadrado do erro-médio de 5,27; 20,70; 5,07; 6,95 e 7,06% para os modelos empíricos 1; 2; 3; 4 e 5, respectivamente) quanto para os ensaios com linhas laterais contendo aspersores (quadrado do erro-médio de 7,41; 24,43; 6,72; 3,16 e 2,9% para os modelos empíricos 1; 2; 3; 4 e 5, respectivamente). Comparados aos cinco modelos empíricos considerados, os novos modelos ajustados apresentaram menores erros, indicando que a aplicação de modelos empíricos deve ser limitada às condições de operação (diâmetro de bocal, pressão de operação, etc.) similares àquelas em que os modelos foram desenvolvidos.

Simulação da uniformidade da irrigação de sistemas convencionais de aspersão operando sob diferentes condições de vento

A uniformidade de aplicação de água é um importante fator a ser considerado na avaliação dos sistemas de irrigação por aspersão. A uniformidade em sistemas convencionais de aspersão depende de fatores como: o tipo de aspersor e suas condições operacionais, a disposição e o espaçamento entre aspersores no campo, e a velocidade e a direção do vento durante o período de aplicação de água. Tendo em visa que as complexas relações entre esses fatores e a uniformidade podem ser caracterizadas de forma mais eficiente com o auxílio da modelagem matemática, neste estudo, foram avaliadas simulações, fornecidas pelo modelo semiempírico de RICHARDS & WEATHERHEAD (1993), da distribuição espacial da água aplicada pelo canhão PLONA-RL250, operando sob diferentes condições de vento. Valores de uniformidade de Christiansen (CUC), obtidos com dados de ensaios de campo e em simulações digitais, foram comparados, mostrando-se, por meio de diversos índices (R² = 0,73; desvio absoluto médio de 4,1% e índice de desempenho de 0,78), que o modelo semiempírico avaliado fornece estimativas adequadas do CUC de sistemas convencionais de irrigação. Demonstra-se que a modelagem matemática permite reduzir o esforço e o tempo requeridos em trabalhos de campo envolvendo a avaliação da distribuição de água de canhões hidráulicos operando sob condições de vento.

Variação espaço-temporal dos parâmetros para a modelagem estocástica da precipitação pluvial diária no Rio Grande do Sul

O Rio Grande do Sul é um dos maiores produtores de grãos do Brasil, sendo a maioria das culturas conduzida em sistemas não irrigados, tornando-lhes extremamente dependentes das condições climáticas e do regime pluviométrico. Tal fato inspira diversas pesquisas na tentativa de caracterizar o comportamento espacial e temporal das precipitações. Dessa forma, o objetivo do presente trabalho foi estudar a variação espacial e temporal dos parâmetros alfa e beta da função gama para a geração de dados de precipitação pluvial diária no Estado. Os dados de precipitação pluviométrica foram obtidos junto à ANA - Agência Nacional de Águas. A modelagem da precipitação diária foi dividida em ocorrência e quantidade. Realizou-se a estimativa dos parâmetros alfa e beta da função gama a partir das séries históricas, seguida do ajuste desses parâmetros em função do tempo e do espaço e posterior comparação entre os valores estimados e os observados. De acordo com os resultados obtidos, conclui-se que a metodologia desenvolvida pode ser aplicada para a geração de séries sintéticas de precipitação pluvial diária nas diferentes estações pluviométricas do Rio Grande do Sul.

Avaliação de lavagem parcial de sais em neossolo flúvico irrigado, utilizando modelagem computacional

Este trabalho foi realizado em um vale aluvial irrigado do semiárido do Brasil (Estado de Pernambuco). O objetivo foi investigar o efeito de lâminas de lixiviação e de precipitação no controle da salinidade do solo em lisímetros de drenagem. Com base em simulações numéricas, utilizando-se do modelo HYDRUS-1D, avaliaram-se o fluxo e o transporte de sais na zona não saturada. Mediante medidas de campo de evapotranspiração real e precipitação, foi possível inferir que o modelo se apresentou como ferramenta adequada nas simulações realizadas, para diferentes cenários de lâminas de lixiviação. Verificou-se, experimental e numericamente, que a lixiviação parcial pode ser utilizada como alternativa de manejo para a redução da salinidade na zona radicular, desde que precipitações efetivas possam complementar o processo de lavagem.

Modelagem de um sistema de informação para rastreabilidade na indústria do vinho baseado em uma arquitetura orientada a serviços

Apresenta-se neste trabalho pesquisa científica que levou à modelagem de um sistema de informação para o registro de dados de rastreabilidade destinado à indústria do vinho, segundo os conceitos de uma arquitetura computacional orientada a serviços (service oriented architecture, SOA). Desde 2005, a manutenção de tais registros é obrigatória para todos os produtores que pretendem exportar para países da União Europeia. Ademais, os consumidores finais, inclusive brasileiros, preocupados com a segurança alimentar, apresentam demanda crescente por informações. Buscou-se uma solução que contemple a indústria coletivamente, por meio de consórcios ou associações de produtores, diluindo custos e compartilhando benefícios. A partir do levantamento bibliográfico realizado e de contatos com pesquisadores e representantes do setor produtivo vinícola brasileiro, em Bento Gonçalves -RS, pesquisaram-se tópicos de tecnologia da informação ligados ao tema, além de detalhes sobre o processo produtivo do vinho. A partir de um modelo do processo produtivo do vinho sugerido pelos autores, empregou-se a Unified Modeling Language (UML), para a modelagem do sistema, que utiliza a tecnologia de web services para o tráfego de dados. Com um protótipo funcional, constataram-se a viabilidade do modelo e a possibilidade de sua utilização em outros domínios.

Compactação de solos cultivados com cana-de-açúcar: I -modelagem e quantificação da compactação adicional após as operações de colheita

A colheita mecanizada da cana-de-açúcar, quando realizada em épocas da safra em que o solo se encontra com conteúdos inadequados de água, tem sido responsável pela compactação do solo e a redução da produtividade nos ciclos posteriores da cultura. Este estudo teve como objetivo avaliar o efeito das operações de colheita da cana-de-açúcar em diferentes épocas da safra sobre a pressão de preconsolidação em um Latossolo Vermelho-Amarelo (LVA) e em um Cambissolo Háplico (CX). A colheita mecanizada consistiu no tráfego de duas passadas de uma colhedora de cana e do conjunto trator + transbordo em cada entrelinha da cultura. As amostras indeformadas foram utilizadas na determinação dos modelos de capacidade de suporte de carga do solo e na quantificação da compactação em decorrência da colheita mecanizada nos meses de novembro de 2005, março e agosto de 2006, e colheita manual sem tráfego, em março de 2006, por ser a época de maior intensidade pluvial. A porcentagem de amostras de solo, na região onde ocorre compactação adicional, indicou que o CX foi mais resistente à compactação que o LVA. A colheita mecanizada da cana-de-açúcar, mesmo sendo realizada na zona de friabilidade, causou compactação do solo, enquanto a colheita realizada manualmente não promoveu o mesmo efeito.

Modelagem computacional do fluxo unidimensional de água em meio não saturado do solo

O estudo do fluxo de água em zonas não saturadas do solo é de grande importância para pesquisas relacionadas à disponibilidade hídrica para o desenvolvimento das plantas. Devido ao alto custo, ao tempo demandado e ao esforço humano nas investigações de campo, os modelos matemáticos, aliados às técnicas numéricas e avanços computacionais, constituem-se em uma ferramenta importante na previsão desses estudos. No presente trabalho, objetivou-se solucionar a equação diferencial parcial não linear de Richards mediante a aplicação do Método de Elementos Finitos. Na aproximação espacial, foi empregada a adaptatividade com refinamento "h" na malha de elementos finitos e, na derivada temporal, foi aplicado o esquema de Euler Explícito. A função interpolação polinomial utilizada foi de grau 2, e a que garantiu a conservação de massa da estratégia de adaptação. Para a validação do modelo, foram utilizados dados disponíveis em literatura. A utilização da função interpolação polinomial de grau 2 e o refinamento "h", com considerável redução do tempo de execução da rotina computacional, permitiram uma boa concordância do modelo em comparação a soluções disponíveis na literatura.

Aplicação do modelo de pulsos retangulares de Bartlett-Lewis modificado para estimativa de eventos extremos de precipitação

Este trabalho teve como objetivo avaliar a modelagem matemática da precipitação pluviométrica horária por meio do modelo de Bartlett-Lewis modificado com seis parâmetros e sua aplicação para estimativa de eventos extremos. Foi utilizada a série de dados pluviográficos do período de outubro de 1980 a dezembro de 2007, da estação meteorológica de Urussanga - SC (latitude 28,31º S, longitude 48,19º W). Foram ajustados os parâmetros mensais do modelo para a precipitação em intervalos de 1 hora, 30 min, 15 min, 10 min e 5 min. Para cada duração estudada, foram simuladas séries com 100 anos de dados. Pode-se concluir que o ajuste dos parâmetros do modelo de Bartlett-Lewis modificado possibilita a simulação de chuvas preservando as propriedades estatísticas da precipitação em vários níveis de agregação temporal. Para as séries de precipitação simulada com duração de 1 hora, observou-se que a série de máximas anuais da série simulada manteve as características da série observada. Também a série de máximas anuais de precipitação diária obtida da agregação da precipitação horária apresentou estatísticas similares às observadas na série histórica. Para durações inferiores, as séries simuladas apresentaram subestimativas superiores a 23%, inviabilizando sua aplicação na estimativa de eventos extremos.

Mapeamento das formas do relevo para estimativa de custos de fertilização em cana-de-açúcar

A modelagem matemática associada ao conhecimento da variabilidade dos atributos do solo e mapeamento das formas do relevo pode auxiliar no manejo da fertilidade do solo em usinas sucroalcooleiras. O presente trabalho teve como objetivo avaliar o uso da geoestatística e da modelagem matemática na estimativa de custos de fertilização, em diferentes formas do relevo. Em uma área de 200 ha, foram identificadas duas formas de relevo, uma côncava e outra convexa, sendo os solos coletados nos pontos de cruzamento de uma malha, com intervalos regulares de 50 m, perfazendo um total de 623 pontos. As amostras foram submetidas a análises químicas, e, posteriormente, os dados foram avaliados por meio da estatística descritiva, geoestatística e modelagem matemática. Os resultados mostraram que, quando as formas do relevo são incorporadas às análises geoestatística e de modelagem matemática, ocorre aumento na eficiência de aplicação do calcário, fósforo e potássio no solo.

Modelagem para a estimativa da orientação de linhas de plantio de cafeeiros

A quantidade de radiação solar interceptada por uma cultura é uma importante variável meteorológica que determina o crescimento e o desenvolvimento de uma cultura agrícola e, dentre os sistemas de produção, a orientação das linhas de plantio poderá ser um componente bastante relevante quanto à interceptação da radiação solar direta (Rd) em ambas as faces. Portanto, este trabalho propõe como objetivo um modelo para recomendar a orientação adequada das linhas de cafeeiro na implantação, baseando-se naquela a proporcionar uma uniformidade na quantidade de Rd interceptada e acumulada durante o ciclo agrícola da cultura, em ambas as faces da linha de plantio. Para o teste do modelo, foram coletados dados de produção em uma área experimental de café irrigado por pivô central, na Fazenda São Thomé, em Pirapora-MG, em plantas alinhadas nas seguintes orientações, em relação ao norte geográfico, positivo no sentido horário e negativo ao contrário: -90º, -45º, 0º e 45º. Os resultados indicaram que as melhores orientações para a produtividade foram, sucessivamente, as de -45º e 0º, enquanto o modelo proposto estimou a orientação de -24º 16' como sendo a melhor para o plantio das linhas de cafeeiro.

Procedimento fuzzy aplicado à avaliação da insalubridade em atividades agrícolas

Diante do alto grau de mecanização a que as atividades agrícolas estão sendo submetidas, objetivou-se, com esta pesquisa, desenvolver um modelo fuzzy capaz de avaliar e classificar o nível de insalubridade em diversos ambientes de trabalho. O modelo desenvolvido tem como variáveis de entrada: o índice de bulbo úmido e temperatura de globo (IBUTG, °C), o nível de ruído (dBA), a taxa de metabolismo (W m-2) e o tempo de descanso (%) e, como variável de saída, o índice de bem-estar humano (IBEH). O método de inferência utilizado foi o de Mandani e, na defuzificacão, utilizou-se o método do centro de gravidade. O sistema de regras foi desenvolvido com base nas combinações das variáveis de entrada. Foram definidas 400 regras com pesos iguais a 1, sendo que, na elaboração das regras, um especialista da área foi consultado. Foram utilizados dados de campo visando a testar o sistema desenvolvido, e os resultados mostraram que a modelagem proposta é uma ferramenta promissora na determinação do IBEH, apresentando tempo de descanso ideal variando de 64,2% (motosserra, próximo ao ouvido do operador) até 25% (derriçadora, 20 m de distância do operador), sendo que, diante de um cenário predefinido do ambiente térmico e acústico, foi possível determinar o grau de bem-estar humano e o tempo de descanso ideal para cada equipamento avaliado.