Construção e validação de barra porta-ferramentas para mensuração das forças na operação de preparo do solo

Abstract

Resumo: A utilização de práticas conservacionistas na agricultura, com destaque para o sistema de plantio direto, tem se intensificado nos últimos anos com o objetivo de alcançar um equilíbrio entre produtividade, qualidade do solo e sustentabilidade. No entanto, essa prática apresenta desafios significativos, como a compactação em camadas superficiais no solo. Diante desse cenário, pesquisas têm sido desenvolvidas se dedicando ao estudo da relação solo-máquina, com o intuito de aumentar a eficiência operacional e minimizar os impactos negativos sobre o solo durante as operações de preparação e semeadura. Nesse contexto, o estudo das forças atuantes na interação solo-ferramenta tem se mostrado de grande relevância para o desenvolvimento de novos implementos agrícolas que otimizam as operações e minimizam as perturbações do solo. O objetivo do presente trabalho foi o desenvolvimento de uma barra porta-ferramenta capaz de mensurar as forças horizontais (Fx), verticais (Fy), e longitudinais (Fz) em diferentes tipos de ponteiras durante o processo de preparo do solo com o propósito de coletar dados sobre a resistência mecânica do solo. O experimento em faixas, conduzido no delineamento de blocos casualizado, resultaram em três tratamentos, sendo a haste com ponteira de 3 cm com asas, ponteira de 3 cm sem asas e ponteira de 4,7 cm sem asas. Para cada tratamento, foram realizadas sete repetições, totalizando 21 unidades experimentais. Os parâmetros analisados foram profundidade, força longitudinal, força transversal, força vertical, velocidade operacional e potência. Os dados foram inicialmente avaliados quanto à normalidade, pelo teste de Shapiro-Wilk, e à homogeneidade de variâncias, pelo teste de Brown-Forsythe. Quando ambas as premissas foram atendidas, aplicou-se a análise de variância (ANOVA) pelo teste F, utilizando o software R (R Core Team®). Em casos de significância (p = 0,05), as médias foram comparadas pelo teste de Tukey. A barra porta-ferramentas apresentou desempenho e confiabilidade satisfatórios, validando a fase de testes. A haste de 3 cm com asas proporcionou a maior mobilização do solo, evidenciada pela elevada força longitudinal e demanda de potência. A haste com ponteira de 3 cm sem asas apresentou desempenho intermediário, sendo a única a gerar força transversal positiva. Já a haste com ponteira de 4,7 cm sem asas mostrou comportamento semelhante à de 3 cm sem asas quanto às forças longitudinais e à demanda de potência, porém com maior força vertical, indicando maior resistência à penetração do solo

Abstract: The adoption of conservation practices in agriculture, particularly the no-tillage system, has increased in recent years in pursuit of a balance between productivity, soil quality, and sustainability. However, this system also poses challenges, such as compaction of the surface soil layers. In this context, research on the soil-machine interaction aims to improve operational efficiency while minimizing negative impacts on the soil during tillage and sowing operations. The study of forces involved in soil tool interaction is essential for the development of new agricultural implements that optimize soil disturbance and energy use. This study aimed to develop a toolbar capable of measuring longitudinal (Fx), transverse (Fy), and vertical (Fz) forces for different tine configurations during soil preparation, in order to assess soil mechanical resistance. The strip trial was conducted in a randomized block design with three treatments: a tine with a 3 cm tip and lateral wings, a tine with a 3 cm tip without wings, and a tine with a 4.7 cm tip without wings. Each treatment included seven replicates, totaling 21 experimental units. The variables evaluated were working depth, longitudinal force, transverse force, vertical force, operational speed, and power demand. Data were subjected to the Shapiro-Wilk test for normality and the Brown Forsythe test for variance homogeneity. When assumptions were met, analysis of variance (ANOVA) was applied using the F-test, with comparisons of means performed by the Tukey test (p = 0.05), in R software (R Core Team®). The toolbar showed satisfactory performance and structural reliability, confirming its effectiveness. The 3 cm tip with wings resulted in the highest soil mobilization, associated with greater longitudinal force and power requirement. The 3 cm tip without wings showed intermediate performance and was the only one to produce a positive transverse force. The 4.7 cm tip without wings had similar longitudinal force and power demand to the 3 cm wingless tip but presented greater vertical force, indicating higher resistance to soil penetration