Análise comparativa de sensores de velocidade de deslocamento em função da superfície (página 2)

O trabalho foi realizado no Departamento de Engenharia Rural da Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz" (ESALQ/USP) em Piracicaba - SP, no mês de outubro de 2003. Como veículo, foi utilizado um trator, marca Massey Ferguson, modelo 5285, 4x2.

O ensaio avaliou quatro diferentes tipos de equipamento: sensor de radar de velocidade, modelo DjRVS II da marca Dickey John^®, acoplado ao lado direito do trator; sensor de radar de velocidade, modelo RGSS-201 da marca Mid-Tech^®, acoplado ao lado esquerdo do trator - ambos os sensores de radar foram fixados próximo ao eixo dianteiro; receptor de GPS como sensor de velocidade, modelo SV18GPS desenvolvido pela Auteq^® e que gera 100.000 pulsos por quilômetro, fixado no toldo do trator, e o sensor óptico com 240 pulsos por volta, marca Hohner^®, fixado na roda dianteira direita do trator. Todos os equipamentos foram acoplados ao trator seguindo as recomendações técnicas dos fabricantes e com corrente de alimentação de 12V. Para aquisição dos dados de tempo e número de pulsos de cada sensor, foi utilizado um cronodômetro, montado em uma bancada de instrumentação acoplada ao trator.

A calibração dos sensores foi realizada em superfície asfáltica, em percurso reto, em área interna do Departamento de Engenharia Rural da ESALQ/USP. Foi demarcado o espaço de 30 m a ser percorrido pelo trator, entre duas balizas posicionadas no início e no final do percurso. O trator estava equipado com um sensor fotoelétrico de feixe duplo com alinhamento a laser (modelo DT-30 marca DTECH^®), possuindo ajuste de velocidade de disparo de 50 ms (milisegundos). Ao passar pela primeira baliza, o dispositivo era acionado por meio de um relé que disparava o cronodômetro, e ao passar pela segunda baliza, o dispositivo era desacionado. Utilizou-se de cinco repetições para cada velocidade. As velocidades utilizadas, obtidas por meio do escalonamento de marchas, corresponderam a 1,60; 3,20 e 4,10 m s^-1. Com o número de pulsos obtido para cada sensor, dividido pelo espaço percorrido de 30 m, obteve-se o número de pulsos por metro.

Nos ensaios para o cálculo da velocidade média, foi utilizado o número de pulsos por metro obtido na calibração com o número de pulsos do cronodômetro, obtendo-se a distância considerada para cada sensor. Por meio da distância e do tempo do cronodômetro, calculou-se a velocidade média de cada sensor. Para aquisição de dados dos ensaios dos sensores, foram utilizados os mesmos equipamentos da calibração.

Os sensores foram avaliados em superfície regular de asfalto e solo com cobertura vegetal. Na superfície de asfalto, os ensaios foram realizados com o trator sob velocidade constante, acelerações, desacelerações, aclives e declives. No solo com cobertura vegetal, os sensores foram ensaiados apenas sob velocidade constante. Em todos os ensaios, utilizou-se de parcela única de 30 m, e, para estabilização da velocidade, foi adotada distância de 45 m antes da primeira baliza. A alavanca de aceleração foi posicionada em rotação constante para cada velocidade ensaiada, permanecendo inalterada em todas as repetições realizadas.

No ensaio sob velocidade constante, utilizou-se de quatro velocidades para a condição de solo coberto (0,62; 1,70; 3,04 e 4,05 m s^-1) e três velocidades para a condição de asfalto (3,03; 4,31 e 5,63 m s^-1), selecionando diferentes marchas no trator, e procurando simular operações agrícolas representativas em nosso meio.

No ensaio sob aceleração, utilizou-se de espaço de 0,50 m, antes da primeira baliza, para partida do trator da posição estática e a partir de então a velocidade permanecia crescente em todo o percurso. A desaceleração foi realizada com o trator sob velocidade constante, retornando a alavanca do acelerador para a posição mínima, imediatamente após a passagem do trator pela primeira baliza. Em todo o percurso, o trator permaneceu em velocidade decrescente, passando na segunda baliza com velocidade próxima à nula.

Para aclives e declives, utilizou-se de uma rampa com inclinação longitudinal de 8,9% (dado aferido com clinômetro). Analisou-se o erro da velocidade indicada em cada sensor, considerando que, para o sensor de GPS, a distância medida é equivalente à projeção horizontal, o que pode causar distorção no valor estimado da velocidade, interferindo na medição da distância. Em função da rampa, as velocidades obtidas foram de 1,66; 2,96 e 4,30 m s^-1 para aclives e 1,80; 3,11 e 4,53 m s^-1 para declives. Em ambas as situações, foi utilizada a mesma marcha e rotação.

O trabalho foi delineado em esquema fatorial (4 x 6), inteiramente casualizado, com cinco repetições, correspondentes aos seguintes fatores de variação: quatro sensores (dois sensores de radar, um sensor de GPS e um sensor óptico), seis situações (solo coberto, asfalto, aclive, declive, aceleração e desaceleração), totalizando 24 tratamentos.

Para a situação de solo coberto, o ensaio foi realizado em área em que havia sido colhido milho para silagem seis meses antes. A caracterização da cobertura vegetal foi determinada com auxílio de um gabarito (quadrado de ferro), nas dimensões de 0,50 x 0,50 m, totalizando 0,25 m² (área interna do gabarito). O quadro foi arremessado sobre a área, aleatoriamente, com três repetições. O material encontrado dentro do gabarito foi recolhido e secado em estufa para a determinação da quantidade de matéria seca existente na área do ensaio. Durante o ensaio em solo com cobertura vegetal, não se repetiu o tráfego do trator no mesmo percurso, a fim de evitar a deformação da vegetação.

O material amostrado na área utilizada para o ensaio em solo coberto (restos culturais de milho, ervas daninhas e outros) apresentou cobertura de matéria seca de 271 g m^-2 (2.710 kg ha^-1).

A calibração dos sensores foi realizada com o intuito de aferir os dados obtidos nos manuais fornecidos pelos fabricantes com os obtidos na calibração, sendo os resultados apresentados na Tabela 1. Como era esperado, o sensor óptico, pelas suas características, resultou no menor desvio-padrão.

Os resultados comparativos dos sensores de velocidade para a condição de solo coberto são apresentados na Tabela 2.

Observou-se ausência de diferença significativa nas velocidades indicadas pelos sensores para as velocidades nominais de 0,62 e 3,04 m s^-1. Já nas velocidades de 1,70 e 4,05 m s^-1, o sensor óptico apresentou velocidade inferior quando comparado com os radares, não apresentando diferença significativa com o sensor de GPS. Nessas velocidades, observou-se que o radar Dickey John resultou em velocidade indicada maior que o radar Mid-Tech, sendo que ambos apresentaram as maiores velocidades.

Os resultados apresentados nas Tabelas 3; 4 e 5 são para as condições de velocidade constante em superfície asfáltica, aclive e declive, respectivamente. Nessas três situações, não foi encontrada diferença significativa entre os sensores analisados. Para a condição de superfície asfáltica, em situações de aceleração e desaceleração, os resultados são apresentados na Tabela 6.

Em superfície asfáltica e para a condição de aceleração, os sensores de radar não apresentaram diferença significativa na velocidade indicada, enquanto o sensor de GPS apresentou erro na ordem de 41% inferior em relação à velocidade nominal. Na condição de desaceleração, apenas o sensor óptico e o sensor de radar Mid-Tech não apresentaram diferença significativa na velocidade indicada. O sensor de GPS apresentou velocidade média 18% superior em relação à velocidade nominal. Foi observado que o sensor de GPS apresentou retardo na obtenção de velocidades na situação de aceleração e desaceleração, sendo essa diferença relacionada ao processamento de dados que geram o sinal de velocidade por conta de seu algoritmo interno.

Sobre o solo com cobertura vegetal, os sensores tipo radar demonstraram ser influenciados pela irregularidade na superfície. Já nas situações de mudanças bruscas de velocidade, como nos ensaios de aceleração e desaceleração, o sensor de GPS apresentou atraso na velocidade indicada, o que de alguma forma deve ser corrigido ou compensado para não comprometer significativamente a qualidade de operações dependentes da velocidade, especialmente nas bordas dos talhões, onde as máquinas apresentam mudanças acentuadas na velocidade em função de manobras.

Para a condição de superfície asfáltica, em situação de velocidade constante, os sensores avaliados não apresentaram diferença significativa entre si. Os sensores tipo radar foram influenciados pela cobertura vegetal. Sob superfície asfáltica, em condições de acelerações e desacelerações, o sensor de GPS apresentou retardo nos valores de velocidade quando comparado com os demais sensores.

Ao Engº Juarez Reno Amaral, ao técnico Áureo Oliveira e ao auxiliar Francisco de Oliveira, pela colaboração; à Profa. Dra. Sonia Maria Stefano Piedade, pelas sugestões e auxílio no delineamento e análise estatística; à empresa Auteq, pelo apoio para a realização deste trabalho.

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