Fonte energética alternativa para um trator de vinhas estreitas e inclinadas

135 Pages·2014·19.1 MB·Portuguese

by  Vitor Canedo

Fonte energética alternativa para um trator para vinhas estreitas e
com pendentes elevadas

Trabalho decorrido na empresa Engenhotec

Vitor Miguel Martins Ferreira Canedo

Dissertação do MIEM

Orientador na Empresa Engenhotec: Engenheiro Miguel Oliveira

Orientador na FEUP: Professor José Ferreira Duarte

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

Julho de 2014

Resumo
Esta dissertac¸a˜o, decorrida em ambiente empresarial na empresa Engenhotec, tem
como base o estudo de uma fonte energe´tica alternativa para um trator de vinhas
estreitas e inclinadas. O motivo deste estudo surge do tipo de vinhas existentes na
Regia˜o Demarcada do Douro e das limitac¸o˜es que os tratores convencionais apresen-
tam a trabalhar nas mesmas. Acresce a este facto a necessidade ambiental da reduc¸a˜o
deemisso˜esdeCO2edabuscadeumcombust´ıvelalternativoaogaso´leo.
Numa primeira instaˆncia, identificaram-se diferentes fontes energe´ticas e fez-se a
comparac¸a˜oentreelas,an´ıvelenerge´tico,deemisso˜esedecustos.
Quanto ao ve´ıculo adaptado para trabalhar nas vinhas da Regia˜o Demarcada do
Douro, estimou-se a forc¸a e poteˆncia necessa´rias para desempenhar as principais fun-
c¸o˜es,determinou-seapoteˆnciama´ximanecessa´riaparaove´ıculo,ainclinac¸a˜oma´xima
apartirdaqualeleperdetrac¸a˜oeacapacidadenecessa´riaparaafonteenerge´tica,para
assituac¸o˜esderodascompneusdeborrachaerastos.
Porfimrealizou-seagerac¸a˜odeconceitos,utilizandoome´tododos5passos(Five-
StepMethod),e,refletindonasdiferentessoluc¸o˜es,gerou-seumapropostadeconceito
paraove´ıculo.
I
II
Abstract
This dissertation, carried out in a business environment in the Engenhotec Company,
is based on a study of an alternative energy source for a tractor for narrow vines on a
slope. ThereasonforthisstudyarisesfromthetypeofexistingvinesintheDourowine
Regionandthelimitationsthatconventionaltractorshavewhenworkinginthesepla-
ces, in addition to the environmental need for reducing CO emissions and the search
2
foranalternativefueltodiesel.
We first identified different energy sources and compared them in terms of energy
level,emissionsandcosts.
As for the vehicle adapted to work on the vines of the Demarcated Region of the
Douro, we estimated the force and power necessary to perform the core functions,
we determined the maximum power needed for the vehicle, the maximum slope after
whichitlosestractionandthecapacityrequiredfortheenergysource,forwheelswith
rubbertiresandtracks.
LastlywecarriedouttheconceptgenerationusingtheFive-StepMethod,andafter
consideringthedifferentsolutionswegeneratedaproposalconceptforthevehicle.
III
IV
Agradecimentos
Dentro deste cap´ıtulo de agradecimentos pretendo referir as pessoas que me foram
mais importantes na˜o so´ durante o per´ıodo do decorrer da dissertac¸a˜o, mas tambe´m
aquelesquemeapoiaramaolongodetodoomeucurso.
Fica aqui o meu reconhecimento para os meus colegas de curso e amigos: Ce´sar
Ferreira,Joa˜oAmorim,Ma´rcioLopes,PedroNascimentoeJulianaMarques,pelocom-
panheirismoeapoioquemederamaolongodetodoocurso.
Agradec¸o aos meus pais pelo acompanhamento e apoio que me deram durante
todoomeupercursoacade´mico.
Agradec¸oaoEng. MiguelOliveira,orientadornaempresaEngenhotec,peladispo-
nibilidade e boa orientac¸a˜o dada no decorrer da dissertac¸a˜o e tambe´m pela cedeˆncia
deumlocaldetrabalhoparaodesenvolvimentodesteestudo.
Agradec¸o tambe´m ao Prof. Jose´ Ferreira Duarte, orientador na faculdade, pela dis-
ponibilidade prestada e pelos conhecimentos transmitidos no decorrer desta disserta-
c¸a˜o.
Gostaria de agradecer a todos os membros do grupo de investigadores associa-
dos ao estudo de ma´quinas adaptadas a trabalhar no Douro, dos quais saliento: Eng.
Anto´nio Baptista, Eng. Anto´nio Arau´jo, Eng. Jose´ Bessa Pacheco e Eng. Jean Pol Pi-
quard,pelasopinio˜esesugesto˜esrelevantesnoaˆmbitodesteprojetodeinvestigac¸a˜o.
AoProfessorFernandoSantos,porterdisponibilizadoinformac¸a˜oimportanteees-
sencial,nodecorrerdesteprojeto,sobreasma´quinasagr´ıcolasnavisitaa` UTAD.
Poru´ltimodeixoosmeusagradecimentosatodososrestantescolegasdefaculdade
quetiveramumcontributoimportantenaminhavidadeestudante,semasquaistodo
omeupercursoacade´micona˜oteriasidoomesmo.
V
VI
Conteu´ do
Conteu´do VII
ListadeFiguras XI
ListadeTabelas XIII
Nomenclatura XV
1 Introduc¸a˜o 1
1.1 Apresentac¸a˜odaEmpresaEngenhotec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2 Fonteenerge´ticaparaamotorizac¸a˜o 3
2.1 Gasolina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.2 Gaso´leo(diesel) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.3 GPL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.4 Biodiesel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.5 A´lcool . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.6 Ga´sNatural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.7 Bioga´s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.8 Hidroge´nio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.8.1 Hidroge´nionummotordecombusta˜o . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.8.2 Hidroge´niocomoce´luladecombust´ıvel(FuelCell) . . . . . . . . 8
2.9 Ele´trico-Baterias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.10 Arcomprimido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3 Comparac¸a˜odasdiferentesfontesenerge´ticasparaamotorizac¸a˜o 11
3.1 Ana´liseWell-to-Tank (WTT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.1.1 Balanc¸oenerge´ticoedasemisso˜esdasfontesenerge´ticas . . . . . 11
3.1.2 Melhoressoluc¸o˜es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.2 Ana´liseTank-to-Wheels(TTW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.2.1 Balanc¸oenerge´ticoedasemisso˜esdasfontesenerge´ticas . . . . . 14
3.2.2 Melhoressoluc¸o˜es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.3 Ana´liseWell-to-Wheels(WTW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.3.1 Balanc¸oenerge´ticoedasemisso˜esdasfontesenerge´ticas . . . . . 17
3.3.2 Melhoressoluc¸o˜es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.4 Prec¸odasfontesenerge´ticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.4.1 Gasolina,Gaso´leoeGPL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.4.2 Gaso´leoagr´ıcola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.4.3 Biodiesel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.4.4 A´lcool . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.4.5 Ga´snatural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
VII
3.4.6 Hidroge´nio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.4.7 Eletricidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.4.8 Arcomprimido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.5 Gastocomasfontesenerge´ticasacada100kmparadiferentesmotorizac¸o˜es 26
4 Jornadaste´cnicas 29
4.1 Jornadate´cnicanaUTAD,CEVDeQuintaD.Matilde . . . . . . . . . . . 29
4.2 Jornadate´cnicanaQuintadoNoval . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.2.1 MultiJyp1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.2.2 MultiJyp2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.2.3 Caracter´ısticasdaQuintadoNoval . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
5 Principaistarefasaseremdesempenhadaspelove´ıculo 39
5.1 Pre´-poda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
5.2 Desponta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
5.3 Triturarsarmentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
5.4 Mobilizac¸a˜odosolo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.5 Pulverizar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
5.6 Transporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
6 Consumoenerge´ticoeautonomia 47
6.1 Forc¸aepoteˆncianecessa´riasparaamovimentac¸a˜odove´ıculoedasalfaias 47
6.1.1 Alfaias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
6.2 TomadadeForc¸a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
6.3 Bombahidra´ulica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
6.4 Determinac¸a˜odapoteˆnciama´xima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
6.4.1 Utilizac¸a˜oderodascompneusdeborracha . . . . . . . . . . . . . 51
6.4.2 Utilizac¸a˜oderastos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
6.5 Determinac¸a˜odainclinac¸a˜oma´xima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
6.5.1 Utilizac¸a˜oderodascompneusdeborracha . . . . . . . . . . . . . 57
6.5.2 Utilizac¸a˜oderastos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
6.6 Determinac¸a˜odacapacidadedafonteenerge´tica . . . . . . . . . . . . . . 61
6.6.1 1a abordagem: Emregimema´ximo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
6.6.2 2a abordagem: Ana´lisesobredadosexperimentais . . . . . . . . . 62
7 Gerac¸a˜odoconceito 67
7.1 Five-StepMethod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
7.2 Clarifytheproblem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
7.3 Searchexternally . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
7.3.1 MultiJyp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
7.3.2 NewHolland(tratorvinhateiro) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
7.4 Searchinternally . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
7.4.1 Acumuladordeenergiaele´trica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
7.4.2 Conversa˜oemenergiamecaˆnicaparaamovimentac¸a˜odove´ıculo 74
7.4.3 Conversa˜oemenergiamecaˆnicaparaatomadadeforc¸a . . . . . 76
7.5 Exploresystematically . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
7.6 Reflectonthesolutionsandtheprocess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
7.6.1 Rendimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
7.6.2 Atravancamentodosistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
7.6.3 Massa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
7.6.4 Prec¸o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
VIII