Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The world population growth poses to modern agriculture a number of challenges, one of the main ones is the assurance of the food supply. For this, the rational and appropriate use of fertilizers that can provide increased productivity is required. Accordingly, a technology that can be used is Precision Agriculture, by applying to variable rates. To this end, electronic controllers, based on algorithms are used. However, these algorithms probably do not consider the effect of longitudinal and transverse inclination on the rate of fertilizer application. Aiming to enhance such algorithms, the present study aimed to develop mathematical models capable of predicting the rate of fertilizer application on the basis of longitudinal and transverse gradients and drive speed by of a central composite rotational design, which can be used as a tool to fix the rate of fertilizer application in precision agriculture. The experiments were performed at the Laboratory for Research and Development of Agricultural Machinery (Laserg), linked to the Federal University of Santa Maria. Five types of fertilizer metering mechanism of seed and fertilizer drills in lines and three types of fertilizers were used. Through central composite rotational design mathematical models were generated for each type of fertilizer metering mechanism and fertilizer, totaling fifteen models. With regression analysis, it was proven the efficiency of the models, simulations were performed to determine the minimum and maximum rates and the recommended operation parameters for each fertilizer metering mechanism and type of fertilizer. To determine the best parameters, the models were adjusted for the rate of speed and spacing. Then, the corresponding drive speeds to application rates of 200, 300, 400 and 500 kg ha-1 for longitudinal and transverse inclination zero were determined. The drive speed was fixed and longitudinal and transverse inclination was varied until values on which the application rate reached 5% variation. Graphs with intervals of longitudinal and transverse inclination from the values that caused the maximum permitted variations of 5% were developed, and by analyzing the graph area, the fertilizer metering mechanism were classified according to their performance and are considered more efficient ones with larger area. The efficiency of mathematical models generated from the central composite rotational design was proven, since their coefficients of determination, R ², were high and their relative and absolute errors low. The classification of the fertilizer metering mechanism as the best performance on the change in the rate of fertilizer application was: auger-type transverse discharge with overflow, auger-type with overflow and discharge to the side, auger-type with discharge by gravity, fluted cylinder and star wheel. / O crescimento da população mundial lança à agricultura moderna uma série de desafios, um dos principais é a garantia do fornecimento de alimentos. Para isso, é necessária a utilização racional e adequada de fertilizantes, que podem propiciar o aumento da produtividade. Neste sentido, uma tecnologia que pode ser empregada é a Agricultura de Precisão, através da aplicação a taxas variáveis. Para tal, são utilizados controladores eletrônicos, baseados em algoritmos. Porém, é provável que tais algoritmos não considerem o efeito de inclinações longitudinais e transversais sobre a taxa de aplicação de fertilizantes. Com o intuito de aprimorar tais algoritmos, o presente trabalho teve por objetivo o desenvolvimento de modelos matemáticos capazes de predizer a taxa de aplicação de fertilizantes em função de inclinações longitudinais e transversais e velocidade de acionamento, através do delineamento composto central rotacional, que possam ser empregados como ferramenta para correção da taxa de aplicação de fertilizantes em agricultura de precisão. Os experimentos foram realizados no Laboratório de Pesquisa e Desenvolvimento de Máquinas Agrícolas (Laserg), vinculado a Universidade Federal de Santa Maria. Foram utilizados cinco tipos de dosadores de fertilizante de semeadoras-adubadoras e três tipos de fertilizantes. Através do delineamento composto central rotacional foram gerados modelos matemáticos para cada tipo de dosador e fertilizante, totalizando quinze modelos. Com a análise de regressão, foi comprovada a eficiência dos modelos e foram realizadas simulações para determinação das taxas de aplicação máxima e mínima e os melhores parâmetros recomendados à operação para cada dosador e tipo de fertilizante. Para determinação dos melhores parâmetros, os modelos foram ajustados em função da velocidade de deslocamento e espaçamento entre linhas. Em seguida foram determinadas as velocidades de acionamento correspondentes as taxas de aplicação de 200, 300, 400 e 500kg ha-1 para inclinações longitudinais e transversais iguais a zero. A velocidade de acionamento foi mantida fixa e variou-se as inclinações longitudinais e transversais até valores em que a taxa de aplicação atingiu variação de 5%. Foram desenvolvidos gráficos com os intervalos de inclinações longitudinais e transversais a partir dos valores que ocasionaram as variações máximas permitidas de 5% e, através da análise da área gráfica, os dosadores foram classificados quanto ao seu desempenho, sendo considerados mais eficientes aqueles com maior área do gráfico. Foi comprovada a eficiência dos modelos matemáticos gerados a partir do delineamento composto central rotacional, pois seus coeficientes de determinação, foram elevados e seus erros relativos e absolutos baixos. A classificação dos dosadores quanto ao melhor desempenho na alteração da taxa de aplicação de fertilizante foi: helicoidal com descarga por transbordo transversal, helicoidal com descarga por transbordo lateral, helicoidal com descarga por gravidade, rotor acanalado e rotor dentado.

Orientador: Nelson Luis Cappelli / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola / Made available in DSpace on 2018-08-05T14:31:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Johann_AndreLuiz_M.pdf: 4693125 bytes, checksum: d66ad55f78541f74570f40b7bebc1591 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Este trabalho teve como objetivo projetar, construir e avaliar uma servoválvula dosadora para a aplicação de fertilizantes líquidos a taxas variáveis, bem como conceber um sistema com capacidade para formulação e dosagem no qual a válvula poderá operar. Foi concebido um sistema capaz de trabalhar com três formulações de concentrados simultaneamente, utilizando-se três circuitos hidráulicos independentes. Cada um destes circuitos deve ser dotado de uma bomba centrífuga capaz de fornecer pressão e vazão à linha hidráulica para possibilitar a operação de uma válvula dosadora controlada eletricamente. Uma bancada de testes foi desenvolvida para a realização de ensaios experimentais, cuja finalidade foi a de avaliar o desempenho da servo-válvula. Esta bancada representa um circuito simplificado do sistema concebido. A válvula dosadora pode ser considerada o elemento mais importante do sistema de aplicação de fertilizantes concebido. A proposta inicial contemplava a utilização de válvulas com acionamento por solenóide, por meio de um sinal PWM, no entanto, esta alternativa não se mostrou viável tecnicamente. Desta forma, foi necessário o desenvolvimento de uma nova válvula para atender aos requisitos de operação do sistema. A válvula dosadora desenvolvida é dotada de um acionamento mecânico feito por meio de um servo-motor. O controle do fluxo é feito por meio de um obturador cônico. A válvula foi avaliada quanto ao seu comportamento, apresentando boa repetitividade, presença de histerese e resposta tipicamente quadrática. O efeito da histerese póde ser evitado efetuando-se o ajuste da válvula somente em operações de abertura ou de fechamento e a resposta quadrática não representa um problema. Devido a um problema de inflexão na faixa inicial da curva de fechamento da válvula, esta foi restringida para valores acima de 25%. Depois de avaliada e aprovada a válvula, foram realizados ensaios visando à obtenção de um modelo matemático experimental do comportamento da vazão em termos do seu percentual de abertura e pressão de trabalho. O método experimental empregado foi o planejamento multifatorial 2k. O critério de avaliação do modelo incluía o cálculo do seu coeficiente de determinação R2, uma análise de variância e uma análise de resíduos. Primeiramente foi obtido um modelo matemático linear, que apresentou um bom ajuste segundo o coeficiente de determinação, bem como apresentou uma boa significância estatística, segundo a análise de variância. No entanto, os resíduos do modelo linear não se mostraram bons, apresentando tendência. Partiu-se então para a obtenção de um modelo matemático quadrático que também apresentou um bom ajuste e uma boa significância estatística, diferenciando-se pelo fato de ter sido minimizada a tendência observada nos seus resíduos em relação ao modelo linear. O modelo quadrático inicialmente possuía a característica de superestimar os valores de vazão, a qual foi eliminada por meio de um ajuste fino do termo constante do modelo. A servo-valvula desenvolvida, bem como o modelo experimental obtido, atenderam ao objetivo deste trabalho. O protótipo operou de forma satisfatória com o fluído de trabalho utilizado e o modelo matemático descreveu adequadamente o comportamento da válvula dosadora / Abstract: This work had as aim to project, to build and to evaluate a flow control servo-valve for liquid fertilizer application in variable rates, as well as to conceive a system with capacity for formulation and dosage in which the valve can operate. It was conceived a system capable to work with three concentrate formulations simultaneously, using three independent hydraulic circuits. Each one of these circuits should be endowed with a centrifuge pump capable to supply pressure and flow to the hydraulic line to make possible the flow control valve operation controlled electrically. A workbench was built for the experimental rehearses accomplishment, whose purpose was of evaluating its acting. This workbench represents a conceived system simplified circuit. A flow control valve can be considerate the most important element of the developed fertilizer application system. The initial proposal contemplated the use of solenoid drived valves by means of a PWM (Pulse Wave Modulation) sign; however this alternative was not shown technically viable. This way, it was necessary the new valve development to assist to the operation system requirements. The developed flow control valve mechanical driving is made through a servomotor. The flow control is made by means of a conical obturator. The valve behavior was evaluated, presenting good repetibility, presence of hysteresis and an answer typically quadratic. The hysteresis effect can be avoided being made the valve adjustment only in opening or closing operations. The quadratic answer does not represent a problem. Due to inflection problem, in the initial rate of the valve closing curve, this was restricted for values above 25%. After the valve has been evaluated and approved, tests were accomplished seeking the obtaining of a flow behavior experimental mathematical model in terms of its opening percentile and work pressure. The used experimental method was the 2k multifactor planning. The model evaluation criterion included the R2 determination coefficient calculation, a variance analysis and a residues analysis. Firstly it was obtained a linear mathematical model that presented a good adjustment according to the determination coefficient. It also presented a good statistical significance in agreement with the variance analysis. However, the linear model residues were not shown good, presenting tendency. Then, it was followed the quadratic mathematical model obtention. That also presented a good adjustment and a good statistical significance, differing for the fact of the observed tendency in its residues having been minimized in relation to the linear model. The quadratic model initially had the characteristic of overestimating the flow values, which was eliminated by means of a model constant term fine adjustment. The developed servo-valve and the obtained experimental model assisted to the aim of this work. The prototype of this work operated in a satisfactory way with the fluid work used. The mathematical model described the flow control valve behavior appropriately / Mestrado / Maquinas Agricolas / Mestre em Engenharia Agrícola