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MODIS time series carries valuable long-term data essential to support several studies such as biogeochemical modelling. However, there is a lack of validation studies applying MODIS data at a fine-scale to monitor pasture management practices. In this study, we assessed the potential of MODIS sensor in monitoring at a fine-scale four intensively managed mixed-pastures fields located in São Paulo State, Brazil. The MODIS spectral response was compared with Sentinel-2, and the ability of the two sensors in predicting aboveground biomass (AGB) and canopy height (CH) was assessed using the Random Forest algorithm. EVI images from MODIS and Sentinel-2 were correlated with field measurements of AGB and CH. The prediction performance of AGB (R2: Sentinel-2?=?38%; MODIS = 42%) and CH (R2: Sentinel-2?=?69%; MODIS = 85%) models was superior using EVI data from MODIS than Sentinel-2, highlighting MODIS ability to monitor small and intensively managed pasture fields CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQ FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESP Fechado

Fast and accurate quantification of the available pasture biomass is essential to support grazing management decisions in intensively managed fields. The increasing temporal and spatial resolutions offered by the new generation of orbital platforms, such as Planet CubeSat satellites, have improved the capability of monitoring pasture biomass using remotely sensed data. Here, we assessed the feasibility of using spectral and textural information derived from PlanetScope imagery for estimating pasture aboveground biomass (AGB) and canopy height (CH) in intensively managed fields and the potential for enhanced accuracy by applying the extreme gradient boosting (XGBoost) algorithm. Our results demonstrated that the texture measures enhanced AGB and CH estimations compared to the performance obtained using only spectral bands or vegetation indices. The best results were found by employing the XGBoost models based only on texture measures. These models achieved moderately high accuracy to predict pasture AGB and CH, explaining 65% and 89% of AGB (root mean square error (RMSE) = 26.52%) and CH (RMSE = 20.94%) variability, respectively. This study demonstrated the potential of using texture measures to improve the prediction accuracy of AGB and CH models based on high spatiotemporal resolution PlanetScope data in intensively managed mixed pastures COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DE PESSOAL DE NÍVEL SUPERIOR - CAPES FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESP Aberto

Agradecimentos: Authors are grateful for the financial support by the Brazilian agencies FAPESP (Grants No. 2012/15543-7, 2013/50942-2, 2013/14262-7, 2014/03691-7 and 2015/14836-9), CAPES and CNPq. They also thank LNNano/CNPEM (LMF project No. 19984) Abstract: Precision agriculture is crucial for increasing food output without expanding the cultivable area, which requires sensors to be deployed for controlling the level of nutrients in the soil. In this paper, we report on a microfluidic electronic tongue (e-tongue) based on impedance measurements which is capable of distinguishing soil samples enriched with plant macronutrients. The e-tongue setup consisted of an array of sensing units made with layer-by-layer films deposited onto gold interdigitated electrodes. Significantly, the sensing units could be reused with adequate reproducibility after a simple washing procedure, thus indicating that there is no cross-contamination in three independent sets of measurements. A high performance was achieved by treating the capacitance data with the multidimensional projection techniques Principal Component Analysis (PCA), Interactive Document Map (IDMAP), and Sammon's Mapping. While an optimized performance was demonstrated with IDMAP and feature selection, during which data of a limited frequency range were used, the distinction of all soil samples was also possible with the well-established PCA analysis for measurements at a single frequency. The successful use of a simple microfluidic e-tongue for soil analysis paves the way for enhanced tools to support precision agriculture FUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESP COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DE PESSOAL DE NÍVEL SUPERIOR - CAPES CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQ Aberto

Sugarcane is a semi-perennial crop which has a high vegetative production and a fast vegetative growth. After annual mechanized harvest of green cane, the restoration of extracted nutrients is commonly performed by applying fertilizers through furrows in both sides of the inter-rows or through surface application, due to existing mulching and roots. The last mentioned practice is not very efficient, especially when applying nitrogen fertilizers, due to ammonia volatilization and immobilization of N caused by the microorganisms. To fill the gap, a mechanical system was developed to enhance efficiency in nitrogen fertilizers application. It performs soil drilling with minimum mobilization, which allows liquid fertilizer injections in depth. The developed mechanism is composed by a rotating drum cam, a carriage and a spline shaft, a crank, a connecting rod and a sliding needle. To cancel the relative movement during soil drilling, the rotating drum cam sets the carriage and the punching mechanism in motion with alternate movements in the same direction and speed of the driving machine, which ensures vertical and equidistant perforations. The mechanical system was evaluated through Matlab simulation (kinematic analysis) and experimental testing conducted in a soil bin and sugarcane ratoon field. The following potential limitation factors for fluid injection through punching mechanism were observed: soil micro relief variations, time interval for fluid injection and soil penetration resistance. All in all, the mechanical process developed demanded low drilling power, as well as contributed to soil, trash and root preservation CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQ Fechado

Orientadores: Euripedes Guilherme de Oliveira Nobrega, Paulo Sergio Graziano Magalhães Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Os sistemas hidráulicos têm aplicações em várias áreas, dentre elas na agricultura. Sendo que nesta área a maior utilização é nas máquinas agrícolas. Especificamente as máquinas colhedoras de grãos têm se utilizado de sistema hidráulico para regular a posição da altura da plataforma de corte. As técnicas atuais de controle da altura da plataforma de corte não têm apresentado uma boa eficiência, pois não conseguem acompanhar o perfil do solo, causando assim perdas significativas de grãos na colheita e até avarias na plataforma. Este trabalho tem por objetivo o estudo da aplicação de técnicas de controle adaptativo, do tipo auto-sintonizável, em uma plataforma hidráulica montada em laboratório, que procura reproduzir em tamanho reduzido uma plataforma de corte de uma colhedora de grãos. O objetivo é a avaliação de sua eficiência, o que foi estudado através da variação de determinados parâmetros de projeto. Inicialmente foi utilizado o método ERA (Eigensystem Realization Algorithm") para a identificação da ordem e dos parâmetros do sistema e posteriormente estudada a aplicação do método de controle adaptativo Abstract: The hydraulic systems have applications in several areas, amongst them in agriculture. In this area the biggest use is in the agricultural machines. Specifically the harvester's machines of grains have used hydraulic system to regulate the position of the height of the cut platform. The current techniques to control the height of the cut platform have not presented a good efficiency, because they do not attain to follow the profile of the ground. This causes significant losses of grain during the harvest, and even damage in the platform. The objective of this work is to study applied techniques of adaptive control, of the self-tuning type, to a hydraulic platform tested in a laboratory, that seeks to reproduce in reduced size a cut platform of a grain harvester. To evaluate its efficiency, different values for some parameters of design is studied. Initially the ERA ("Eigensystem Realization AIgorithm ") method is used for the identification of the order and the parameters of the system, and after that the application of the control method is studied. Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica

Orientadores : Paulo S. Graziano Magalhães, Sidney Rosa Vieira Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola Resumo: A adoção de técnicas e métodos de gerenciamento, mais eficazes, em propriedades rurais visando o aumento da produção agropecuária, em bases sustentáveis, deve merecer mais atenção por parte dos agentes do sistema produtivo. Destaca-se neste trabalho a amostragem de solos com incorporação de métodos sistemáticos e preditivos. É sabido que as propriedades do solo diferenciam-se por seus padrões de variabilidade espacial e temporal. Ao contrário da estatística clássica, a geo-estatística considera a distância para melhor explicar a variância entre as amostras e predizer valores em locais não amostrados. A geo-estatística e outras técnicas integram a abordagem denominada de Agricultura de Precisão, a qual preconiza o tratamento diferenciado para cada área de acordo com as necessidades e potencial produtivo. Dentre seus objetivos a Agricultura de Precisão procura: reduzir desperdícios, aumentar produtividade e garantir a qualidade do meio ambiente. O objetivo deste estudo compreende a concepção e desenvolvimento de um sistema para análise de variabilidade espacial com uso da técnica de geo-estatística. A ferramenta é constituída de módulos que permitem: a modelagem de semivariogramas médios, direcionais e cruzados, o ajuste de modelos matemáticos, o tratamento da estacionariedade dos dados e teste de autovalidação. Permite ainda a interpolação de pontos não amostrados, disponibilizando informações para a geração de mapas de atributos de solo. O sistema utilizou duas ferramentas básicas, a saber: biblioteca de rotinas geo-estatísticas escritas anteriormente em Fortran 77, e ambiente de programação Delphi 5. O sistema desenvolvido foi validado por meio de um conjunto de dados relatado em literatura. Foram estudados os comportamentos espaciais das variáveis Carbono, Nitrogênio e da relação C/N, num esquema de amostragem denso. Os resultados obtidos se mostraram semelhantes aqueles encontrados em literatura específica e a integração das rotinas geo-estatísticas agilizou o processo de análiseem relação ao uso modular das mesmas em ambiente DOS Abstract: The growing demand for agricultural land is obliging the productive agents to adopt modero methods and teehniques. The soil sampling makes up as an important teehnique since it ean incorporate systematie and predictive tools. lt is known that the soil properties have differenee when analyzing pattems of spatial and temporal variability.Nevertheless, different of the elassical statisties, geostatisties takes into account the distanee between samples pairs to better explain the varianee and to estimate values in areas not sampled. Precision Farming eomprises geostatisties and other techniques, whieh deal with a speeifie management system to eaeh field. The purpose of the precision farming is to inerease the production while guaranteeing the environmental quality and redueing the waste. The goal of this study is to design and develop a eomputer system able to analyze soil spatial variability through geostatistical methods. lt has modules for: modeling of average, directional and cross semivariogram; fitting mathematieal models, data stationarity treating and autovalidation testing. Moreover, attributes soil maps eould be generate by kriging module. Two basies tools have been used to develop the system: Geoestatistieal FORTRAN routines and application development environrnent for Windows Borland Delphi 5. Dataset available in the literature were used to validate the system performanee. Spatial strueture of Carbon, Nitrogen and C/N were studied in dense soil sampling. The results were close with those obtained in specifie literature and the modules integration provided by the system allowed to accelerate the data analysis Mestrado Planejamento e Desenvolvimento Rural Sustentável Mestre em Engenharia Agrícola

Orientador: Paulo Sergio Graziano Magalhaes Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola Resumo: A presente pesquisa visa instrumentar uma colhedora de cana-de-açúcar para obtenção de mapas de produtividade da cultura e ao mesmo tempo, avaliar e correlacionar os atributos físicos e químicos do solo com os dados de produtividade. Os mapas foram elaborados para uma área de 42 ha da Usina São João Açúcar e Álcool localizada em Araras, SP. O sistema de mapeamento de produtividade de cana-de-açúcar desenvolvido (SIMPROCANA) utiliza células de carga como instrumento de determinação do peso do material colhido e é capaz de mensurar o fluxo de rebolos que passa pela esteira antes de serem lançados ao veículo de transbordo. Estes dados, juntamente com as informações obtidas por um Sistema de Posicionamento Global (GPS) instalado na colhedora, permitem, com o auxilio de um Sistema de Informação Geográfica ¿ SIG, a elaboração de mapa digital que representa a superfície de produção para a área colhida. Este sistema foi testado em laboratório e em campo. O SIMPROCANA representou satisfatoriamente a variabilidade espacial da produtividade da cultura. O peso obtido por esse sistema, comparado com o da carga de cana na balança da usina, apresentou um erro médio de 0,96% com um máximo de 6,4%. O resultado deixa de ser satisfatório quando se compara o peso obtido pelo SIMPROCANA com aquele proveniente do transbordo pesado no campo. O erro médio associado nesse caso é aproximadamente dez vezes maior quando se faz a associação com o peso na balança da usina. Os mapas dos atributos físicos e químicos do solo (granulometria, macro e micronutrientes, acidez, densidade e resistência à penetração) foram confeccionados com base em duas amostragens em anos consecutivos. Na primeira, com o auxílio de um veículo amostrador, foram coletadas 170 amostras na área de 42 ha em uma malha regular de 50 x 50 m. Na segunda, coletou-se 49 amostras em malha de 100 x 100 m definida em base nos alcances máximos obtidos pela análise geoestatística da primeira amostragem. Os resultados da primeira amostragem foram correlacionados com a produtividade da cana-de-açúcar obtida pela pesagem dos transbordos em campo. Esse método alternativo de avaliação permitiu a utilização dos resultados da primeira amostragem, uma vez que a colhedora não estava devidamente instrumentada. Os dados da segunda amostragem foram relacionados ao mapa de produtividade obtido pelo SIMPROCANA. Os resultados das análises físicas e químicas usados para a construção dos modelos dos semivariogramas se ajustaram melhor para a malha de 50 x 50 m do que à de 100 x 100 m. As correlações entre produtividade e atributos do solo apresentaram valores baixos. Os maiores índices ocorreram para as variáveis cobre (0,55), altitude (-0,47%) e teor de argila (0,51%). Apesar dessas baixas correlações, foi possível recomendar uma aplicação variada de insumos baseando-se exclusivamente nas informações dos atributos químicos do solo. Simulações mostraram que os custos de aplicação em taxa variada de fertilizantes fosfatados e potássicos são praticamente 50% menores do que o valor calculado para a taxa fixa. Em relação à calagem não houve variação significativa nos custos de aplicação do calcário pelas duas maneiras Abstract: The present research aims to instrument a sugarcane harvester in order to obtain the crop yield maps and, at the same time, evaluate and correlate the physical and chemical attributes of the soil using the yield data. In order to obtain these maps, an area measuring 42 ha located at São João Sugar and Alcohol Mill in Araras, São Paulo, Brazil. The yield mapping system of sugarcane crop developed (SIMPROCANA) uses load cells as an instrument to weighing the harvested material and it is capable to measure the flow passing by the matting before being launched to the transport vehicle. These data, together with the information obtained by a Global Positioning System (GPS) installed on the harvester, allow the elaboration of a digital map with the help of a Geographical Information System - GIS that represents the production on the surface for the harvested area. This system was tested under laboratory and field conditions. SIMPROCANA represented satisfactorily the spatial variability of the crop yield. The weight obtained by this system compared with that of sugarcane load in a mill's scale presented an average error of 0.96%, with a maximum of 6.4%. The result is not satisfactory anymore when it compares the weight obtained by using SIMPROCANA with that from the transportation vehicle weighed in the field. The average error associated in this case is around ten fold higher, when the association with the weight obtained in the mill's scale is performed. In relation to the making of map of physical and chemical attributes of soil (granulometry, macro and micronutrients, acidity, density, and resistance to penetration), two samplings were made in consecutive years. In the first sampling, 170 samples were collected in a 42 ha area in a regular grid of 50 x 50 m, helped by a sampler vehicle. In the second one, 49 samples in a 100 x 100 m grid defined by the maximum reaching obtained by geostatistics analysis performed at the first sampling. The results of the first sampling were correlated with the sugarcane yield obtained by means of weighing the transport vehicle in the field. This alternative method allowed the using of the results from the first sampling once the harvester was not properly instrumented. The data from the second sampling were related to the yield mapping obtained by using SIMPROCANA. The results of the physical and chemical analyses used for the construction of semivariograms models adjusted better at the 50 x 50 m grid when compared to that of 100 x 100 m. the correlations between the yield and the soil attributes presented lower values. The higher indexes occurred for the variable altitudes (- 0.47%), clay rate (0.51%), and copper (0.55). Despite these low correlations, it was possible to recommend a varied rate application of inputs based exclusively on the information obtained from the chemical attributes of the soil. Simulation tests showed that the application costs under a varied rate of phosphated and potash fertilizers are practically half of the value calculated for a fixed rate. In relation to the liming, there was not significative variation in the prices of lime application spread by both methods Doutorado Máquinas Agrícolas Doutor em Máquinas Agrícolas

Orientador : Paulo Sergio Graziano Magalhães Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola Mestrado

Orientador: Vivaldo Silveira Junior Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: Com a implantação das restrições adotadas a partir do Protocolo de Montreal, torna-se importante a avaliação experimental do desempenho de novos fluidos refrigerantes. O R-502 (mistura azeotrópica HCFC-22 / CFC-115; 48,8% / 51,2%) é extensivamente utilizado como fluido refrigerante em equipamentos de refrigeração a baixas temperaturas. Já o R-408A (mistura quase azeotrópica composta de HCFC-22 / HFC-125 / HFC-143a; 47% / 7% / 46%) pode apresentar vantagens como substituto do R-502 em sistemas em funcionamento, visto seu comportamento termodinâmico, baixa toxidade e não inflamabilidade. Os ensaios foram conduzidos em um túnel de congelamento de alimentos instrumentado com sensores de velocidade de ar, temperatura e pressão, cujo sistema frigorífico operou sob diferentes condições em regime estacionário. O ciclo de refrigeração, capacidade frigorífica, comportamento de troca térmica na dissipação de calor, coeficiente de desempenho do sistema, potência de compressão, potência consumida, desempenho global do sistema de refrigeração e fatores de sensibilidade das variáveis manipuladas foram avaliados entre os dois refrigerantes, evitando-se substituições ou modificações físicas no sistema. Os resultados obtidos após os testes de desempenho do R-502 e R-408A permitiram uma avaliação comparativa das condições de operação do sistema frigorífico através de modelos empíricos. O comportamento do R-408A no sistema apresentou um ganho de 20 a 30% no coeficiente de desempenho útil e 29,5% no coeficiente de desempenho total, nas condições de referência. O consumo de energia elétrica do R-408A superou em até 7% o consumo do R-502, porém apresentando uma maior capacidade frigorífica, em torno de 30%, em todos os ensaios. O calor de compressão apresentou um aumento de 9,5%. Sob algumas condições houve uma redução de 0,5% na temperatura do ar de insuflamento utilizando-se o R-408A. No sistema estudado, a temperatura de descarga do R-408A apresentou incremento de até 1% e 0,8% operando com menor e maior vazão de água no condensador, respectivamente. Ocorreu uma redução de 14 a 20% na razão de compressão do R-408A Abstract: An experimental evaluation of the new cooling fluid performance is important because of the introductions of the adopted restrictions of the Montreal Protocol. R-502 (azeotropic blend of HCFC-22 / CFC-115; 48,8% / 51,2%) is extensively used as a cooling fluid in low-temperature refrigeration equipments. R-408A (near-azeotropic blend of HCFC-22 / HFC-125 / HFC-143a; 47% / 7% / 46%) can show advantages as a substitute for R-502 in operating systems, due to its thermodynamic behaviour, low toxicity and no flame propagation. Tests were conducted in a food freezing tunnel, instrumented with air velocity, temperature and pressure sensors, which operated under different steady-state conditions. The refrigeration cycle, cooling capacity, thermal exchange behaviour, coefficient of performance, compression power, electrical demand, global performance of the refrigeration system and sensitivity factors of the handled variables were evaluated for two refrigerants, avoiding alterations or physical modifications in the system. The results after the R-502 and R-408A performance tests made it possible to comparatively evaluate the refrigeration system operation conditions through empirical models. The R-408A performance in system presented a gain of 20 to 30% in the useful coefficient of performance and 29,5% in the total coefficient of performance, in the reference conditions. The electrical energy consumption when using the R-408A overcame up to 7% the R-502 electrical consumption, neverthless it presented a better refrigeration capacity, around 30%, for all the tests. The compression heat presented an increase of 9,5%. Under some conditions there was a reduction of 0,5% in the air temperature inside the tunnel, while using the R-408A. In the studied system, the R-408A discharge temperature presented an increment of 1% and 0,8% when operating with lower and higher water flow in the condenser, respectively. There was a reduction of 14-20% in the R-408A pressure ratio Mestrado Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Paulo S. G. Magalhães Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola Resumo: Dos 55 milhões de hectares que compõem a agricultura brasileira atualmente, cerca de 70% são representados por culturas anuais, dos quais mais de 86% são representados por grãos, onde ainda predominam sistemas de produção que empregam métodos convencionais de manejo do solo. Essa prática, impacta negativamente no meio ambiente devido as perdas de água e solo, principalmente decorrentes de processos erosivos. Promove também excessiva compactação do solo e ainda eleva significativamente os custos de produção, principalmente devido ao custo energético das sucessivas operações de mobilização de pré-plantio. Isso torna os agricultores brasileiros pouco competitivos frente aos competidores internacionais, descapitalizando-os e trazendo grandes prejuízos sociais e econômicos ao país. Embora se utilize o mesmo modelo de semeadora-adubadora para implantação dessas culturas em sistemas conservacionistas de manejo do solo, com destaque para o preparo reduzido e para a semeadura direta ( mais conhecida pelos agricultores como "plantio direto"), a condição operacional mais crítica sempre será a segunda. Isso porque a quantidade de material em cobertura da superfície do solo, que representa uma das mais significativas dificuldades operacionais, será sempre maior na semeadura direta. Os sulcadores do tipo discos duplos, cujo trabalho é auxiliado por um terceiro disco de corte para a palha, ainda são os modelos mais utilizados no país devido à sua versatilidade e também pelo fato de mobilizarem menor volume de solo, porém os mesmos apresentam inúmeras limitações operacionais. A maior delas relaciona-se às unidades adubadoras, principalmente quando se pretende operar em profundidades de mais de 70 mm, principalmente em solos mais argilosos, ou levemente compactados. Para tentar resolver o problema, mais recentemente foram introduzidos no mercado versões de sulcadores do tipo faca, para permitir maior profundidade de trabalho ( podem atingir até 150 mm e são específicos para a unidade adubadora) , associadas à sulcadores de discos duplos na unidade semeadora. Ainda não se havia empregado sulcador de disco simples angulado na unidade semeadora e, portanto, a proposta desse trabalho foi justamente avaliar comparativamente o desempenho de cinco diferentes combinações de elementos sulcadores para unidades adubadoras e semeadoras, sendo que, três das quais são protótipos desse tipo de sulcador de disco. Assim sendo, em área experimental do Departamento de Engenharia Rural da ESALQ-USP, em Piracicaba-SP, num Podzólico Vermelho Escuro, eutrófico, com 40,54% de argila, sob pivô central e há quatro safras em sistema de plantio direto na palha, implantou-se o presente experimento. Os parâmetros estudados para avaliação operacional foram: cobertura da superfície do solo, secção transversal do sulco, força líquida de tração para cada linha semeadora/adubadora, volume de solo mobilizado por unidade de área e resistência específica. Os resultados obtidos evidenciam que as configurações de elementos sulcadores que possuem facas sulcadoras para a unidade adubadora, discos simples angulados para a unidade semeadora e disco de corte para a palha, não obstante necessitarem de maiores esforços de tração, para a mesma velocidade operacional, como nos casos dos tratamentos 84 e 85 que exigiram 2890,22 N e 2756,41 N, respectivamente. Os referidos tratamentos ainda produziram as maiores secções transversais de sulco mobilizado e, consequentemente, os maiores volumes de solo mobilizado por unidade de área. O tratamento 82 foi o que a apresentou a menor exigência de força de tração líquida e valores intermediários de secção transversal de sulco produzido, resultando na menor resistência específica obtida nessa operação. Os elementos sulcadores que possuem apenas discos como órgãos ativos, tanto na unidade adubadora, como na unidade semeadora, demonstraram exigir os menores valores de força de tração líquida, proporcionando menores secções transversais de sulco mobilizado e, portanto, os menores volumes de solo mobilizado por unidade de área. Isto pode ser observado nos tratamentos 81 e 83, que pelo Teste de Duncan não diferiram estatísticamente entre si ao nível de 1 % de probabilidade e, nem do tratamento 82 ao nível de 5% de probabilidade, podendo-se concluir, fundamentalmente, que os elementos sulcadores de discos foram os que melhor desempenharam suas respectivas funções na operação de semeadura nessa condição de semeadura em sistema conservacionista Abstract: Considerring that 55 million hectares composes the current brazilian agriculture, around 70% are represented by annual crops, which up than 86% are rains, that grows in Conventional Tillage and Planting Systems. This practice has a negative impact on environment due the water and soil losts on erosion processo It promotes excessive soil compaction and increase significantly the cost production mainly due the ennergy cost of the successive soil tiIIage before planting time. This fact is responsible by the reduction of the growers investments capacity and they decrease more and more the competitiveness against international competitors and resulting strong social and economic damage to the country . Although it is used the same version of planter in order to implement those crops on Conservation Tillage with highlights to minimum tillage and no-tillage ( it's called "plantio direto" by the brazilian growers ), the more critic operational condition will be always the second. It will be because the quantity of the covering material ( straw or mulching ) means one of the most significative operational difficulties will be always bigger on no-tillage. The double disc furrow openers are the more commom models in Brazil and their operation request another cut disc for straw. The reason of the sucess is that it model has a big versatility and because doesn't revolve a lot the soil, but in other hand they have several operationallimitation.The big of them is regarding fertilizer units mainly when the operation is on clay soils, or in compacted soils. In order to solve this problem, recently they were introduced in brazilian market furrow openers versions on chisel or "knife" format that are able to achieve until 150 mm depth. It had not still been used single disc furrow opener with a small angle ( 7° ) on seeder unit, therefore the proposal of this work was an evaluation the performance of tive different combinations of furrow openers elements, three of them as prototypes. Therefore the experiment was implemented in an agricultural area of the Departamento de Engenharia Rural-ESALQ/USP, in Piracicaba/SP. The experimental tield was of randomized blocks with 4 replications and the data were analysed by SANEST software that is a statistical package. The evaluated parameters were: soil covering, furrow opener area, mobilized soil in the furrow and specitic resistance for opening furrows. The furrow openers that are assembled by discs in both units (seeds and fertilizers) presented the smaller net force and midellemen values of mobilized soil in the furrow. The furrow openers that only possess discs as active elements, in fertilizer and seeds units requested smaller values of net forces. The Duncan Test showed that S1 and S3 didn't present statistical differences in terms of traction force requirements and mobilized soil in the furrow considering the levei of 1 % of probability and didn't present statistical difference regarding S2 with 5% of probability, too. The chisel furrow openers presented the worse results regarding traction force requirements and in terms of excessive mobilization of the soil too. Therefore, the main conclusion is that the disc furrow openers presented the best performance in this study and that are able to work in Conservation Systems as Minimum Tillage and No-tillage too Mestrado Água e Solo Mestre em Engenharia Agrícola

Orientador: Paulo S. G. Magalhães Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola Resumo: O objetivo foi desenvolver um aplicativo computacional, capaz de estimar os esforços em implementos agrícolas e avaliar o seu desempenho comparando com resultados de campo de diferentes conjuntos trator-implemento. Estudou-se os modelos para cálculo de esforços em ferramentas de preparo de solos, diferenciando-se entre ferramentas largas como arados e grades e estreitas, como escarificadores e subsoladores, buscando o modelo mais adequado às condições brasileiras. Os modelos escolhidos foram alterados com base em estudos apresentados na literatura específica, na tentativa de torná-los mais abrangentes. Com a escolha dos modelos, iniciou-se a programação em linguagem C++, obtendo uma versão preliminar onde todas as informações necessárias para os cálculos são introduzidas pelo usuário. Uma segunda versão, elaborada com o aplicativo MicroSoft Fox Pró 2.6, foi elaborada, tendo como base bancos de dados com os parâmetros necessários ao cálculo, definidos na primeira versão. Estes dados incluem, além das propriedades mecânicas dos solos, características ponderais e dimensionais de tratores e implementos obtidos junto aos fabricantes. Como segunda etapa, realizaram-se testes de campo com três diferentes modelos de tratores, 6 implementos e três tipos de solos, buscando avaliar os resultados obtidos com o uso do programa. De forma geral, o aplicativo apresentou resultados satisfatórios, com excessão das grades de discos, cujo desvio médio observado superou 50 %. Este aplicativo pode ser utilizado como uma ferramenta de auxílio na tomada de decisões por agricultores, cooperativas, revendedores de equipamentos agrícolas e como uma ferramenta didática em treinamentos no setor agrícola e universidades aAbstract: A software was developed to estimate soU tillage draught forces and the performance of the tractor-implement combination. Draught force models for narrow and wide tillage tools were studied. The objetive was to find the most adequate model for a large range BrazUian field conditions. Input data for the first version of the software, written in C++ language was manual. A later version of the software, written in MicroSoft Fox Pró 2.6, includes a data base for soU mechanical properties and tractor dimensional and ponderal information, as well as tool dimensions, obtained from trator and implement manufactures. Field validation of the models included three different tractors, five implements and three different soils. The results obtained with the software predictions are in an acceptable divergence from those from the field tests. This programme can be an useful tool for Agricultural Machinery mamagement as well as for educational purposes Mestrado Máquinas Agrícolas Mestre em Engenharia Agrícola

Orientador: Pablo Siqueira Meirelles Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica Resumo: Neste trabalho é proposto um modelo de suspensão hidropneumática robusta e com baixo custo para carretas de pulverizadores agrícolas. Este tipo de veículo possui um fator de carga dinâmica elevado que aumenta as cargas nos eixos quando em uso e necessita de um controle de altura para manter a eficiência de pulverização constante. Neste caso, o uso de um sistema de suspensão convencional (rigidez da mola constante), não atende satisfatoriamente aos requisitos do produto. O problema de alterações no coeficiente de amortecimento devido às variações de carga observado em veículos utilizando sistemas de suspensão convencionais é mais acentuado quando utilizam suspensão hidropneumática, devido a sua não linearidade. E este problema é mais acentuado em veículos nos quais a massa possui uma grande variação quando passam da condição vazio para completamente carregado. Este estudo mostra um modelo matemático para a mola hidropneumática e modelos numéricos de 1/4 e 1/2 veículo. Através destes modelos, o comportamento dinâmico entre o veículo utilizando sistema de suspensão convencional e hidropneumático, sob as mesmas condições, é comparado, adotando diferentes critérios para escoJher o valor do amortecimento passivo (valor de amortecimento constante) ou adaptativo (suspensão semi-ativa), este baseado em uma estratégia simples de controle. Testes foram realizados com o uso de um pulverizador agrícola equipado com um sistema de suspensão hidropneumática projetada de acordo com os resultados deste estudo Abstract: This study proposes a robust and cheap hydropneumatic suspension system for agricultura! trailers used to spread crop protection. This kind of vehic1e has a high dynamic load factor that increases the axles loads when it is in use and require a height control to assure the same spraying efficiency. In this case, the use of conventional suspension system, were the stiffuess is constant, does not achieve product requirements. The well known problem of the damper coefficient changes due to variations in vehic1e's load, using conventional suspension systems, is more perceptible when hydropneumatic springs are used, due to its non-linearity. And this problem is more accentuated in vehicles that presents significantly mass range between empty and full load condition. This study shows a mathematical model of the hydropneumatic spring as well as a numerical model of one quarter and half vehicle. Through these models, a dynamic behavior comparison was performed between the model with conventional springs and using hydropneumatic springs under the same conditions, adopting different criteria to choose the passive (damper value constant) or adaptive damper value (semi-active suspension), the last based on simple control strategy. Experimental tests were performed using an agricultural trailer used to spray crop protection, equipped with a suspension system projected and assembled according with the results of this study Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador : Paulo S.G.Magalhães Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola Resumo: o uso intensivo de máquinas e implementos no preparo do solo tem provocado a desagregação das camadas superficiais e a compactação subsuperficial facilitando a ação dos agentes erosivos do solo. Visando reduzir tais problemas foi desenvolvido um protótipo de máquina de preparo mínimo do solo e avaliado seu desempenho através de dois ensaios de campo em Latossolo Roxo, sendo o ensaio A instalado em área com resíduos culturais de milho e o ensaio B em área com resíduos culturais de soja. O protótipo é composto de um rolo de corte para cortar os residuos culturais, um conjunto de cinco hastes escarificadoras para mobilizar o solo visando aumentar sua capacidade de infiltração de água e incorporar parcialmente os resíduos culturais, e um rolo destorroador para reduzir o tamanho dos torrões e as irregularidades da superfície do solo deixando condições favoráveis para a semeadura. O solo foi preparado para a semeadura de trigo com uma única passagem do protótipo, onde foram adotadas duas profundidadese duas relaçõesde transmissãoentre o rolo de corte e o rolo destorroador, num total de quatro tratamentos com três repetições. Foram efetuadas observações sobre a cobertura do solo, rugosidade superficial do solo e controle de plantas daninhas após o preparo do solo e o rendimento de grãos de trigo. Os resultados obtidos permitiram verificar maiores proporções de cobertura mantida na superfície do solo preparado na menor profundidade para os dois ensaios. O aumento relativo na rugosidade superficial foi similar para o ensaio A e inificativamente superior na maior profundidadeno ensaio B. Os tratamentos com a menor profundidade de trabalho apresentaram eficiência de controle de plantas daninhas de 27% a 58% para o ensaio A e de 33% a 44% para o ensaio B; no ensaio A observouse uma eficiência de controle de 80% a 88% na maior profundidade. O rendimentode grãos apresentou comportamentosimilar nos dois ensaios, obtendo-se valores dentro e acima da produtividade média indicada para o cultivar. O preparo do solo realizado com uma passagem do protótipo mostrou ser suficiente para subseqüente operação de semeadura, proporcionando condiçõesde superfíciedo solo favoráveis para germinação, emergênciae desenvolvimentoda cultura teste e possibilitam obter benefícios em termos de proteção do solo contra os agentes erosivos Abstract Mestrado Água e Solo Mestre em Engenharia Agrícola

Orientador: Nelson Luis Cappelli Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola Resumo: Este trabalho teve como principais objetivos: avaliar, comparar e analisar os diferentes aparelhos de GPS, levando-se em conta as diversas categorias, seus desempenhos com respeito a seus índices de acurácia e precisão, podendo assim, analisar os custos dos aparelhos em função dos índices de desempenho nos diversos modos de operação. Levando-se em conta que o sistema de posicionamento global por satélites (GPS) tem se tornado padrão no segmento da agricultura, baseou-se na significativa diferença de custo, acurácia e precisão entre os receptores GPS das categorias de navegação e de mapeamento e a imediatamente superior. A motivação deste trabalho deu-se, com a possibilidade de aumento do número de usuários no segmento agrícola, por meio da redução do custo dos sistemas de posicionamento e na necessidade de se conhecer a real acurácia e precisão dos receptores GPS em diversos modos de operação Abstract: This work had as main objectives: evaluate, compare and analyze the different GPS devices, taking into account the several categories, their performance related to their accuracy and precision indicators, and in this way it may analyze the costs of devices in function of the performance indicators in the several ways of operation. Taking into account that the system of global position by satellites (GPS) has become a standard in the agriculture segment, it has been based in the significance cost, accuracy and precision differences among the GPS receptors of the navigation and the mapping categories and their immediate superior ones. The motivation of this work has been provided with the possibility of an increase of number of users in the agriculture segment through the reduction of costs of the mapping systems and the need to know the real accuracy and precision of the GPS receptors in the several ways of operation Mestrado Máquinas Agrícolas Mestre em Engenharia Agrícola

Orientador : Paulo S. G. Magalhães Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola Mestrado Água e Solo Mestre em Engenharia Agrícola

Orientador: Paulo Sergio G. Magalhães Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola Mestrado Máquinas Agrícolas Mestre em Engenharia Agrícola

Orientador: Paulo Sergio Graziano Magalhães Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola Doutorado

Orientador : Paulo Sergio Graziano Magalhães Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola Doutorado

Orientador: Paulo Sérgio Graziano Magalhães Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola Resumo: O sistema mecanizado do processo produtivo da cana-de-açúcar envolve um tráfego intenso de máquinas, que se torna o principal responsável pela compactação do solo. As condições ideais de solo para o tráfego são opostas daquelas necessárias ao desenvolvimento das plantas. O presente trabalho analisou o conceito de tráfego reduzido associado a um aumento drástico da bitola das colhedoras como forma de compatibilizar os requerimentos antagônicos de rodas e plantas, separando permanentemente e aumentando as áreas usadas para o desenvolvimento das plantas em detrimento daquelas usadas para o tráfego. Dessa maneira, as áreas de produção, localizadas entre as pistas de tráfego, foram usadas exclusivamente para o plantio, sem sofrer a compactação associada ao tráfego. O trabalho avaliou dentro desse conceito uma colhedora de cana-de-açúcar, denominada de estrutura de bitola larga (EBL). Para tanto, concebeu-se modelos determinísticos, utilizando-se de conjunto conhecido de entradas e do qual resultou um único conjunto de saídas, que foram usados para estimar a área trafegada, desempenho operacional, consumo de combustível, custo da manutenção, mão de obra, depreciação e custo da operação de colheita, sem contemplar a operação de transbordo. Os resultados foram validados por meio de dados gerados em frotas de colhedoras de uma linha usadas em escala comercial. A EBL apresentou reduções de 70% na área de solo trafegada e também de 60% no custo da operação de colheita em relação a colhedora convencional de uma linha. As EBLs apresentaram ainda consumo estimado de combustível por quantidade de cana-de-açúcar colhida menor que o das colhedoras convencionais. Estudou-se também o efeito das principais variáveis que determinam o custo da colheita modificando-as individualmente em 1% no seu valor e mantendo as restantes no valor comercial da simulação. Assim, observou-se uma tendência de redução na flutuação do custo, frente às mudanças das variáveis, com o aumento de linhas colhidas simultâneas. O modelo de custo adotado também viabilizou a extrapolação das variáveis de custo a valores fora dos valores médios praticados nas usinas e com isso permitiu verificar a robustez da hipótese proposta para valores extremos das variáveis que determinaram o custo. A magnitude da redução de custo, no caso das EBLs, permaneceu na faixa dos 60%, independentemente da magnitude das variáveis de custo consideradas Abstract: The mechanized processes of the sugarcane production system involves an intense machine traffic, which is the main responsible of soil compaction. The ideal soil conditions for traffic are opposite to those required for the development of plants. The present work analyzed the concept of reduced traffic associated to a drastic increase of harvester gauge. This way the antagonistic soil requirements for wheels and plants are better attended by permanently separating and increasing the areas used for plant development in detriment of those used for traffic. The production areas, located between the traffic trails are used exclusively for planting, without suffering the compaction associated to traffic. The work evaluated a sugarcane harvester, called the wide gauge structure (EBL). Deterministic models were developed, using a known set of inputs data that results in a single set of outputs, which were used to estimate the trafficked area, harvesting performance, fuel consumption, depreciation and capital cost of the harvesting operation, without considering the operation of infield transport. The results were validated using data from single-row harvesters used in commercial scale. The EBL presented a 70% reduction of the trafficked area and 60% reduction of the harvesting cost when compared to the conventional single-row harvester. It was also studied the sensitivity of the harvesting cost to changes in the main variables of the cost model. It was done by individually modifying each variable by 1%, keeping the remaining variables at the commercial value. A reduction in the cost fluctuation was detected with the increase of the number of lines harvested simultaneously. In order to verify the robustness of the hypothesis proposed the cost model was applied to extreme values of the input variables, away from the average values practiced in commercial operations. The results indicated that the magnitude of the cost reduction, in the case of the EBLs, remained in the 60% range, regardless of the magnitude of the input variables Doutorado Máquinas Agrícolas Doutor em Engenharia Agrícola CNPQ 140791/2008-6

Orientador: Waldir Antônio Bizzo Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: O avanço na geração de bioeletricidade nas usinas sucroalcooleiras em níveis economicamente atrativos está restrito à utilização de sistemas de cogeração mais eficientes e ao melhor aproveitamento energético da biomassa residual da cadeia produtiva da cana. Neste trabalho, foi elaborada uma proposta conceitual de uma usina de geração de bioeletricidade anexa a uma usina sucroalcooleira, através do aproveitamento dos resíduos de biomassa (bagaço, palha de cana) e sorgo biomassa. A disponibilidade e a produtividade de palha de cana foram avaliadas e foi estimado o consumo de energia em três sistemas de recolhimento de palha. O recolhimento integral da palha junto a cana apresentou o menor consumo de energia, com um consumo 43% menor em relação a rota de enfardamento, e 56% menor em relação ao recolhimento granel por forrageira. A utilização da palha de cana em sistemas de cogeração está condicionada aos possíveis problemas de incrustações e corrosão em geradores de vapor. Foi realizada a caracterização das biomassas estudadas, considerando as propriedades críticas na formação de incrustações e depósitos em superfícies de troca térmica da caldeira. Os sistemas de cogeração convencionais apresentam baixa eficiência no ciclo térmico e alto consumo de energia no processo produtivo, identificados através de análise do consumo e geração de energia em uma planta típica de produção de etanol. Foram analisadas possíveis melhorias para redução do consumo nas etapas de produção, como a eletrificação dos acionamentos e a possível redução da demanda de vapor para o processo de produção. Neste trabalho, foi considerado um ciclo térmico a vapor com temperatura máxima do vapor em 450°C. Os casos avaliados foram configurados utilizando recursos tecnológicos para aumento do desempenho dos ciclos: aumento da pressão de vapor gerado, reaquecimento e regeneração, avaliando desempenho térmico de uma usina com capacidade de 500 t h-1. A produção de eletricidade excedente para comercialização no período de safra atingiu índices acima de 200 kWh t-1 com capacidade total de geração na safra entre 100 e 130 MW Abstract: The growing of bioelectricity generation in sugar and alcohol plants in economically attractive levels depends on the use of more efficient cogeneration systems and better use of residual biomass from the sugar cane industry for energy production. This work presents a conceptual proposal of a bioelectricity plant attached to an ethanol mill, through the use of biomass waste (bagasse and sugarcane straw) and sorghum. The availability and productivity of sugarcane straw were assessed and it was estimated the energy consumption in three straw gathering systems. The whole plant harvesting presented the lowest energy consumption, approximately 43% lower than the baling route, and 56% lower than the forage system. The use of sugarcane straw in cogeneration systems is related to potential problems of fouling and corrosion in steam generators. The characterization of the biomass was performed, considering the critical properties related to fouling formation and deposits on heat exchange surfaces of the boiler. The analysis of consumption and energy generaton in conventional mills presented low thermal efficiency in eletricity generation an high energy consumption in the ethanol production process. We analyzed possible improvements for energy consumption reduction in the production steps, such as electrification of the drives and the steam demand reduction for the production process. In this work, it was considered a thermal steam cycle with maximum temperature of steam at 450°C. The evaluated cases were configured using technological solutions to increase the performance of the thermal cycle: increasing of steam pressure, reheating and regeneration, and we assessed the thermal performance of a plant with processing capacity of 500 t h-1 of sugar cane. The production of surplus electricity for sale in harvest period reached values above 200 kWh t-1 with total of power generation between 100 and 130 MW Doutorado Térmica e Fluídos Doutor em Engenharia Mecânica CAPES

Orientador: Rubens A. C. Lamparelli Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agricola Resumo: Apesar do milho "safrinha" já representar uma grande proporção do milho produzido no Brasil e ter tido um significativo aumento de produtividade nos últimos anos, esta cultura ainda é relacionada ao baixo uso de tecnologia e à baixa produtividade. A primeira etapa deste estudo analisa as estatísticas e as relações entre os seguintes itens de verificação da qualidade das lavouras: data de semeadura; cobertura morta do solo; espaçamento das entrelinhas; estande e população de plantas; plantas problema; espaços entreplantas; infestação de ervas daninhas e perdas de colheita. A segunda etapa analisou a correlação espacial destas variáveis entre os diferentes talhões amostrados e mapeou a sua distribuição através das ferramentas da geoestatística na região do Médio Paranapanema. Na terceira etapa as variáveis foram utilizadas como critérios em uma avaliação multicriterial gerando um mapa de qualidade das lavouras. O método de polígonos de Thiessen foi utilizado no desagrupamento das estatísticas básicas (média, variância, assimetria), minimizando os problemas originados pela não aleatoriedade espacial da amostragem. O sistema de Plantio Direto (PD) foi discriminado estatisticamente do sistema de Preparo Convencional (PC) através de diversas variáveis, mas apenas a cobertura morta discriminou o PD da Semeadura na Palha de Inverno (SPi) e do PC. Oitenta e cinco por cento dos talhões avaliados tinham estande dentro dos limites aceitáveis e boa distribuição de plantas. Sessenta por cento dos itens de verificação apresentaram continuidade espacial entre talhões, o que permitiu o mapeamento através de krigagem ordinária. As áreas não ocupadas com milho foram retiradas da análise espacial utilizando-se uma máscara do uso da terra produzida pela classificação de imagens de satélite. A análise multicriterial (MCE) combinou o processo de análise hierárquica (AHP), para dar pesos aos critérios, e conjuntos fuzzy, para normalizar os critérios, possibilitando a avaliação e o mapeamento da qualidade das lavouras de milho "safrinha" em uma área de 1.577 km2. Palavras chaves: sistemas de preparo de solo; auditoria de qualidade; polígonos de Thiessen; sistemas de suporte a decisão; processo de análise hierárquica (AHP) Abstract: Even though off-season or winter maize ("safrinha") today accounts for a large fraction of Brazilian maize production, and has displayed a significant increase in yield during the past few years, this crop is still associated with low technology and low yield. The first part of this study analyzes the statistics and relations among several variables of agricultural quality (items of quality verification): planting date; crop mulch cover; row spacing; plant stand and population; problem plants; plant spacing; weed infestation; harvest losses. The second part analyzes the spatial correlation of these variables among different plots sampled and maps the distribution by using spatial statistical tools in the Middle Paranapanema River Valley. In the third part, the variables were used as criteria in a multicriteria evaluation (MCE) that created an agricultural quality maps. Thiessen polygons were used to declustering the basic statistics (mean, variance, coefficient of skewness), minimizing problems introduced by non-random spatial sampling. No-tillage cultivation was statistically discriminated from conventional tillage by several variables, but only crop mulch cover separated no-tillage from winter crop mulch cultivation and conventional tillage. Eighty-five percent of plots studied had stands within acceptable limits and displayed good distribution of plants. Sixty percent of the variables showed spatial continuity among the plots, which permitted mapping by use ordinary kriging. Areas not planted in maize were removed from the spatial analysis using a mask of land use produced by a classification of satellite imagery. Multicriteria evaluation (MCE) combined the Analytic Hierarchy Process (AHP) to weight the criteria, and fuzzy sets were used to normalize the criteria, permitting the evaluation and mapping of agricultural quality of off-season ¿safrinha¿ maize in an area of 1,577 km2. Index terms: tillage systems; quality audit; Thiessen polygons; decision making; analytic hierarchy process (AHP) Doutorado Planejamento e Desenvolvimento Rural Sustentável Doutor em Engenharia Agrícola

Orientadores: Oscar A. Braunbeck, Paulo Sérgio G. Magalhães Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola Resumo: A deficiência direcional de equipamentos agrícolas autopropelidos restringe o seu uso em terrenos onde a declividade é superior a 12%, inibindo um processo de mecanização agrícola adequado.Partindo-se de um veículo equipado com um sistema de direção e propulsão atuando nas quatro rodas foi desenvolvido um estudo sobre o comportamento do ângulo de esterçamento nas rodas dianteiras e traseiras necessário para manter o veículo em sua trajetória desejada. Para tanto, as forças que agem no movimento do veículo foram determinadas, principalmente as forças laterais geradas no contato do pneu com o solo. Estas forças foram medidas com o auxílio de uma roda dinamométrica em diversas condições de carregamento, superfície, ângulo de esterçamento e pressão de inflação do pneu.Os resultados obtidos revelam que o aumento do ângulo de esterçamento da roda direcional aumenta a força transversal que atua sobre o pneu e que o tipo de piso de tráfego e de cobertura tem grande influência na deformação transversal do pneumático, pisos mais firmes permitem aumento mais linear da força transversal, a variação de pressão e de carga vertical também causa alteração neste comportamento principalmente quando se trata de pisos macios com e sem cobertura. A ação de uma força longitudinal no rodado oriunda do torque aumenta a rigidez ocasionando uma diminuição na deformação da linha equatorial do pneu, minimizando a deriva. Com o intuito de contribuir com o aprimoramento do desempenho direcional de veículos agrícolas foi desenvolvido um modelo para predizer a força transversal desenvolvida na interfase pneu-solo em função do ângulo de esterçamento, o tipo de piso, a pressão de inflação e a carga vertical aplicada ao pneu Abstract: Directional disability of self-propelled vehicles restricts their use in agricultural land where the slope exceeds 12%, inhibiting a process of appropriate agricultural mechanization. A study was conducted on the steering ability of a vehicle having four wheel drive and four wheel steering. For that purpose the forces acting on the vehicle were determined, especially the lateral forces generated by the tire in contact with the ground. These forces were measured with the aid of a gage wheel under varying conditions of loading, surface type, steering angle and internal pressure. The results show that the increase of the steering angle of the wheel increases the lateral force acting on the tire. The type of traffic ground and its coverage have great influence on the lateral deformation of the tire; firmer soils allowed more linear increase of the transversal force under the increase of the steering angle. The variation of the tire pressure and vertical load applied to it also causes changes in steering behavior especially when it comes to soft soils with and without coverage. The action of a longitudinal force coming from the torque applied to the wheel increases the stiffness of the tire causing a decrease in the deformation of the equatorial line of the tire, minimizing the drift. In order to contribute for the improvement of the steering performance of agricultural vehicles a model was developed to predict the lateral force developed at the tire-soil interphase depending on the steering angle, the floor type, inflation pressure and vertical load applied to the tyre Doutorado Máquinas Agrícolas Doutor em Engenharia Agrícola

Orientador: Paulo Sérgio Graziano Magalhães Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola Resumo: O objetivo principal desse trabalho consistiu em desenvolver um dispositivo de controle que permitisse aplicação em taxa variável e em tempo real de fitorreguladores na cultura do algodoeiro. Assume-se a hipótese que "utilizando um dispositivo de controle com sistema hidráulico e controle eletrônico, é possível, em tempo real, variar a taxa de aplicação de fitorreguladores no algodão, baseado nas informações obtidas nos sensores de ultrassom, que detectam a altura das plantas também em tempo real; no algoritmo de crescimento da planta e na dosagem do fitorregulador estabelecido pelo usuário do sistema". O dispositivo proposto é composto de três sistemas: Hidráulico, Ultrassom e Controle. O sistema Hidráulico consiste do comando de pulverização e circuito eletrônico para aquisição de dados e atuação nos componentes desse comando. O sistema de Ultrassom é um circuito eletrônico composto por um conjunto de sensores ultrassom que realizam a medição da altura de plantas de algodão. O sistema de Controle é o núcleo do dispositivo, pois é o responsável por gerenciar as informações dos sistemas Hidráulico e de Ultrassom e, com um algoritmo de controle Proporcional-Integral-Derivativo (PID) retroalimentado pelo sensor de pressão e regras de aplicação de fitorregulador, é capaz de variar a dose em tempo real controlando as válvulas do comando de pulverização. Os circuitos eletrônicos foram desenvolvidos com base na arquitetura microcontrolada PIC18F452 e comunicação sem fio por meio de módulos de rádio frequência que implementam o protocolo ZigBee. Para o desenvolvimento das interfaces de validação dos três sistemas adotou-se tecnologias de software livre como a linguagem de programação Java, ambiente de desenvolvimento Netbeans e sistema operacional Linux. Para validação do Dispositivo proposto, foi utilizado um mapa de uma área de 7.3 ha com o registro georeferenciado de alturas de plantas de algodão e regras de aplicação de fitorregulador, considerando as velocidades de pulverização 2,5 m.s-1 e 5 m.s-1. Independentemente das velocidades simuladas, houve potencial economia de aplicação de regulador de crescimento Também foram realizadas validações para verificar se o dispositivo proposto manteria a pressão desejada simulando o entupimento de bico de forma lenta e rápida. Os resultados mostram que em ambas as situações a pressão é mantida próxima do valor desejado. Com os resultados obtidos, conclui-se que o dispositivo proposto atende ao objetivo de sua proposição Abstract: The main objective of this project was to develop a prototype device control capable to accomplish the application of plant growth regulator at variable rate in real time in cotton crop. We assume the hypothesis that "by using a control device with hydraulic and electronic control, it's possible to vary the application of plant growth regulator in cotton crop, based on the information obtained from the ultrasound tranducers to detect the height of the plants in real time; the plant growth algorithm and plant growth regulator dosage established by the system user". In the devise proposed there are three systems: Hydraulic, Ultrasound and Control. The Hydraulic system is compound by the sprayer command and electronic circuit for data acquisition and actuation in the components used in the sprayer command. The Ultrasound system is a electronic circuit composed by a set of ultrasound sensors that measure the cotton plants height. The Control system is the core of the Device, because it's responsible by the information management in the hydraulic and ultrasound systems and, with a control algorithm Proportional-Integral-Derivative (PID) retrofitted by the pressure sensor and application rules of plant growth regulator, it?s capable of varying the dose in real time by controlling the valves of the spray command. The electronic circuits were developed based on the PIC18F452 microcontrolled architecture and wireless communication by radio frequency modules that implement the ZigBee protocol. In the development of the three systems validation interfaces we have adopted the technology of the open source tools as Java, IDE Netbeans and Linux operational system. To validate the device, we have used 7,3 ha of heights cotton plants previously mapped and rules application of plant growth regulator, considering the sprayers velocity 2,5 m.s-1 e 5 m.s-1. Regardless the speed simulates, there were a potential economy of regulator growth application. Validations were also performed to verify if the device could keep the desired pressure. We have simulated the nozzle obstruction in a fast way and in a slow way. The results show that both situations the pressure is kept near the desired value. With these results the device reach the objective of this proposition Doutorado Máquinas Agrícolas Doutor em Engenharia Agrícola

Orientador: Paulo Sergio Graziano Magalhães Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola Resumo: Um dos problemas encontrados na colheita mecanizada da cana-de-açúcar e a falta de sincronismo entre a colhedora e o transbordo. Este problema gera perdas tanto de matéria prima como de eficiência operacional. A primeira delas ocorre quando as maquinas ficam desalinhadas e parte dos rebolos de cana-de-açúcar e lançada fora do transbordo. A perda operacional ocorre quando as maquinas se desalinham e são obrigadas a realizar manobras para voltarem a posição de trabalho, estas manobras demandam tempo e por isso representa redução da eficiência da colheita. A presente pesquisa tem por objetivo desenvolver um sistema capaz de identificar e controlar a velocidade e o paralelismo entre a colhedora de cana-de-açúcar picada e o veiculo de transbordo. Com a hipótese de que e possível conseguir sincronismo entre a colhedora e o veiculo de transbordo por meio de controladores baseado em lógica fuzzy, sensores e GPS. Como sistema de controle utilizou-se a lógica fuzzy que foi modelada no "toolbox fuzzy" do MATLAB e simulado no MATLAB Simulink, apresentando erro Maximo de deslocamento entre as maquinas de 0,2 m que corresponde a 0,12% e erro de paralelismo de 5,13% com um offset de 1,5 m. Dessa simulação obteve-se a equação fuzzy e as constantes proporcionais, derivativas e integrativas do controlador que foram utilizados no sistema de controle de velocidade de um trator escravo baseado na velocidade de um mestre. O primeiro trator foi instrumentado com GPS, encoder, transmissor de radiofreqüência e acionamento mecânico de aceleração. Já o segundo foi instrumentado com GPS, encoder e transmissor. Os resultados foram satisfatórios uma vez que a velocidade do trator escravo acompanhou a velocidade do mestre com o erro variando de 0,10% a 2,04% em um deslocamento total médio de 115 m. Para controlar a direção do trator utilizou se o piloto automático modificando as informações enviadas pelo receptor de GPS-RTK de modo que o sistema trabalhe como escravo de outro veiculo chamado de mestre. Para avaliar o tempo de resposta de acomodação do controle de direção, o sistema foi submetido a variações do offset que apresentou respostas entre 7,4 s a 7,9 s. Tanto o sistema de controle de velocidade como o de direção foram testados separadamente em campo Abstract: One problems of the mechanical harvest of sugar cane is the lack of synchronization between the harvester and field wagon. This problem can causes crop losses as well as reducing operational capacity. The first occurs when the machines are misaligned and part of the sugar cane is thrown out of the wagon. The operational capacity reduce occurring when the machines become misaligned and it is required maneuver to return to working position, these maneuvers take time and therefore represents a reduction of the harvest efficiency. This research aims to develop a system capable of identifying and controlling the speed and parallelism between the sugar cane harvester and the wagon. With the hypothesis that it is possible to synchronize the harvester and the wagon based on logic fuzzy controllers, sensors and GPS. As a control system was used the logic fuzzy that was modeled on the "fuzzy toolbox" of MATLAB Simulink and simulated in MATLAB, with maximum displacement error between the machines of 0.2 m which corresponds to 0.12% and a parallelism error of 5.13% with an offset of 1.5 m. In this simulation, we got the equation and the fuzzy constant as proportional, integrative and derivative that were used in the system to control a slave tractor speed based on the master speed. The first tractor was equipped with GPS, encoder, RF transmitter and mechanical drive acceleration. The second was equipped with GPS, encoder and transmitter. The results were satisfactory since the slave tractor speed followed the master tractor speed with the ranging error from 0.10% to 2.04% in a total displacement of 115 m. To control the direction of the tractor was used the autopilot modifying the information sent by RTK so that the system works as a slave of another vehicle called a master. To evaluate the response time the system was subjected to variations of the offset, the responses was between 7.4 s to 7.9 s. Both the control system speed and steering were tested separately in the field Doutorado Máquinas Agrícolas Doutor em Engenharia Agrícola

Orientador: Nelson Luis Cappelli Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola Resumo: A crescente demanda por acionamentos e sistemas elétricos nas máquinas e implementos agrícolas aponta para a necessidade de disponibilização de energia elétrica, em quantidade e qualidade suficientes para o bom funcionamento das mesmas. Neste sentido, a utilização de alternadores veiculares, instalados diretamente nos implementos agrícolas e com acionamento mecânico a partir da tomada de potência, pode apresentar-se como uma alternativa viável, configurando-se no escopo deste trabalho. Na concepção original, esses alternadores possuem um sistema de regulação da tensão de saída gerada, baseado em um controlador do tipo liga-desliga, com o uso de um banco de baterias. A necessidade do uso de baterias, neste tipo de controlador, pode ser um fator restritivo à sua utilização devido à característica sazonal de operação das máquinas e implementos agrícolas. O presente trabalho teve como hipótese analisar a viabilidade técnica de se obter energia elétrica junto a um implemento agrícola, a partir da tomada de potência do trator, por meio de um alternador veicular, sem a necessidade da utilização de baterias e com um sistema de controle da corrente de excitação de campo, que seja capaz de manter a tensão de saída dentro dos limites de operação toleráveis. Para tanto, obteve-se o modelo matemático do alternador utilizado, avaliou-se e simulou-se o sistema original de controle de tensão do tipo liga-desliga, projetou se e simulou-se um sistema de controle fuzzy e implementou-se e testou-se o mesmo em uma bancada de testes. Optou-se pela implementação de um controlador fuzzy com múltiplas entradas (velocidade angular, erro de tensão gerada e corrente de carga) e uma saída (corrente de excitação de campo), o que impossibilita o uso de um sistema de controle PID convencional. Para a implementação do controlador fuzzy foram criadas as variáveis linguísticas e a base de regras a partir do conhecimento especialista. Os resultados obtidos permitem concluir que o sistema de controle fuzzy, quando comparado com o sistema liga desliga, original do alternador, apresenta nitidamente, um incremento de desempenho, com melhor capacidade do mesmo em manter a tensão de saída na faixa de operação, mesmo quando ocorrem variações na corrente de carga e na velocidade angular de acionamento Abstract: The increasing demand for electrical systems and drives in agricultural machinery and implements points to the need for provision of electricity in sufficient quantity and quality for the smooth functioning of the same. In this sense, the use of vehicle alternators installed directly on agricultural implements and mechanically driven by the tractor's power take-off may represent a viable alternative, integrating the scope of this work. As built, these alternators have an output-voltage regulator system based on an on-off controller and a battery bank. The necessity of batteries in this type of controller can be a limiting factor to its use due the seasonal characteristic operation of the farm machinery and implements. This work had as hypothesis, to analyze the technical viability of obtaining electricity at an agricultural implement from the tractor's power take-off, through a vehicular alternator, without using batteries and with a field-current excitation control system, capable of maintaining the output voltage within the tolerable operation limits. Therefore, it was obtained the mathematical model of the alternator, simulated and evaluated between the original on-off voltage-control systems, a fuzzy control system was designed and simulated and finally implemented in a test bench. It was opted for the implementation of a fuzzy controller with multiple inputs (angular velocity, and voltage error generated load current) and one output (excitation current field), which precludes the use of a conventional PID control system. For the implementation of the fuzzy controller, were created linguistics variables and an expert knowledge base-rule. The results obtained allow concluding that the fuzzy control system, in comparison within on-off system, has a clearly performance increased, and also, improved ability to maintain the output voltage in its operation range in the occurrence of angular speed and load disorder Doutorado Máquinas Agrícolas Doutor em Engenharia Agrícola

Orientador: Carlos Kenichi Suzuki Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: O objetivo deste trabalho tem como propósito principal o de analisar o modelo de gestão atual do setor sucroalcooleiro do bioetanol e desenvolver um modelo prático de gestão do conhecimento com foco na troca de informações entre as áreas da agricultura, e usina de álcool na geração de bioenergia que utilizam como base uma matéria-prima com alto índice de sustentabilidade econômica e que oferece o menor impacto ambiental, a cana-de-açúcar. Foi desenvolvido um Modelo com foco em gestão de conhecimento alimentado por dados coletados com tecnologia embarcada para agricultura de precisão com indicadores de desempenho das etapas do manejo da cana-de-açúcar incluindo dados de conhecimento tácito nos sistemas de informações, bancos de dados e mapas do conhecimento oferecendo uma visibilidade global dos processos em um modelo prático com front-end em software que facilitou a integração total e a comunicação rápida entre as áreas da agricultura e usina. O processo de inovação tecnológica para agricultura de precisão foi promovido através da gestão do conhecimento e da troca de informações entre as áreas da agricultura no manejo da cana-de-açúcar e a aferição da ATR na usina para a produção de bioetanol favorecendo o feedback de informações dos eventos em cada processo durante todo o ciclo do processo desta produção. O resultado obtido com os dados inferindo em mapas do conhecimento foi um aumento expressivo de informações operacionais das áreas e uma maior visibilidade com um aumento ao fomento no processo de inovação tecnológica em uma busca pela melhoria contínua favorecida pela integração das áreas do setor sucroalcooleiro baseada em uma plataforma tecnológica como a Web com utilização de Intranets, Virtual Private Networks (VPN) ou Extranets para a comunicação entre as áreas de forma instantânea, melhorando a previsão do aumento de produtividade e expectativas econômicas da produção anual Abstract: The main goal of the present work was to analyze the current management model of the sugar-alcohol sector for bioethanol production and to develop a practical model of knowledge management with focus on the information exchange among agriculture, ethanol plant in the generation of bioenergy which use a self-sustaining raw-material that offers the high index of economic sustainability and lowest environmental impact, the sugarcane. A Model was developed with focus on a knowledge management fed by collected data from embedded technology for the precision agriculture with performance indicators on the stages of sugarcane management including data from tacit information included on information systems, databases, and knowledge maps offering a global process and visibility in a practical model with a front-end software that facilitated the seamless integration and fast communication between agriculture and ethanol plant areas. The process of technology innovation to precision agriculture has been promoted through the knowledge management and information exchange between the areas of sugarcane agriculture and the measurement of ATR at the bioethanol plant for the production of bioethanol favoring the feedback of information events in each process during the entire process of production. The obtained result with the inferred data in knowledge maps was an expressive increase of the operational information of areas and a larger visibility, offering an increase in the technology innovation with a search for a continuous improvement favored by the integration of the areas of the sugar-alcohol sector based on a technological platform as the Web Browser using Intranets, Virtual Private Networks (VPN) or Extranets between areas, instantly improving the prediction of productivity increase and economic expectation of annual production Mestrado Materiais e Processos de Fabricação Mestre em Engenharia Mecânica

Orientador: Nelson Luís Cappelli Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola Resumo: O crescimento da demanda por cana-de-açúcar e a necessidade de agilidade no processamento do produto, levou o setor agrícola a buscar sistemas de colheita de maior capacidade no campo. No entanto, as colhedoras ainda apresentam alguns pontos críticos em função da qualidade de trabalho devido aos diversos tipos de perdas do produto durante a colheita. A maioria das deficiências encontradas na colhedora podem ser eliminadas, ou pelo menos minimizadas, com a adoção de inovações tecnológicas que permitam a operação otimizada e precisa de diversos de seus subsistemas. Alguns sistemas da colhedora, como por exemplo o circuito do extrator primário, ainda não apresentam um projeto bem definido para os diferentes modelos de colhedoras. Por isso, para começar a haver uma melhora nesse circuito, a análise do consumo de potência de todo esse sistema de limpeza, com valores de potência consumida e instalada, poderia ajudar a entender melhor seu funcionamento. O objetivo deste trabalho foi avaliar a demanda de potência hidráulica no motor hidráulico, instalado no extrator primário da colhedora de cana-de-açúcar, em condições de regime de operação da máquina, além de analisar a relação entre a potência instalada no circuito e a potência consumida. Para isso, instrumentaram-se dois modelos de colhedora e foram realizados quatro ensaios para aquisição de dados de vazão hidráulica e diferencial de pressão no motor hidráulico do extrator, considerando a máquina parada no pátio de uma oficina e operando em campo. Com a máquina parada, ou seja, sem fluxo mássico de cana e impureza proveniente da cana passando pelo ventilador, a potência consumida pelo motor foi de 14,75 kW para uma velocidade angular de 104,7 rad s-1. Já com a colhedora operando em campo, com fluxo mássico de matéria seca passando pelo sistema de limpeza, os resultados foram superiores ao dobro encontrado para os testes com a colhedora parada. Quando comparados à potência nominal instalada, apresentam valores de potência hidráulica consumida de 30 a 50% da potência nominal, o que indica o superdimensionamento de potência dos motores do extrator primário Abstract: The growing demand of sugar cane and the need for agility in the processing of this product, the agricultural sector led to seek cropping systems with greater capacity in the field. However, the sugar cane harvesters still have some critical points depending on the quality of work due to various types of product losses during harvest. Most of the deficiencies found in the harvester can be eliminated, or at least minimized, with the adoption of technological innovations that allow an optimal operation of its various subsystems. Some systems of the harvester such as the circuit of the primary extractor, does not have a welldefined design for different models of harvesters. So to start an improvement in this circuit, the analysis of power consumption of its cleaning system, with values of power consumed and installed, could help to better understand its operation. The objective of this study was to evaluate the demand for hydraulic power of the hydraulic motor installed on the primary extractor of sugar cane harvesters in terms of machine operation system and analyze the relationship between the installed power in the circuit and power consumed. For this, two models of combines were used in four tests, that were performed for data acquisition of hydraulic flow and differential pressure in the extractor's hydraulic motor, considering the machine stopped in the courtyard and working in the field. With the machine stopped, in other words without mass flow of sugar cane and impurity passing through the fan, the power consumed by the motor was 14.75 kW with an angular velocity of 104.7 rad s-1. In the field operation with mass flow through the cleaning system, the results were more than twice found for the tests with the harvester stopped. When compared to the nominal power installed, the values of hydraulic power consumed ranged from 30 to 50% of rated output, which indicates the overestimation of the power in the primary motor of the extractor Mestrado Máquinas Agrícolas Mestre em Engenharia Agrícola

Orientador: Paulo Sérgio Graziano Magalhães Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola Resumo: A escassez de estudos focados na análise da variabilidade espacial intrínseca dos sistemas de Integração Lavoura-Pecuária não tem permitido saber como pode ser melhorado o desempenho desses sistemas através da implementação de práticas de agricultura de precisão. A causa desta situação persiste o desenvolvimento de práticas agropecuárias que afetam a rentabilidade desses sistemas como a aplicação excessiva de insumos agrícolas em alguns lugares, especialmente na cultura de grãos; além da movimentação de maquinas e bovinos sem considerar a variação espacial existente na paisagem. Uma forma de mitigar o impacto dessas atividades nas áreas agrícolas é delimitando zonas de manejo, as quais reproduzem a variação espacial da produtividade em termos de características físicas do solo e do terreno, e facilitam a tomada de decisões respeito à adubação. Esta pesquisa teve por objetivo avaliar se é possível propor uma estratégia de zonas de manejo a partir da combinação de dados de fatores limitadores da produção que permita tratar conjuntamente culturas de grãos e forragens em sucessão para melhorar o desempenho dos sistemas de Integração Lavoura-Pecuária. Para tal fim, desenvolveu-se uma análise MULTISPATI-PCA a partir das variáveis relativas a atributos físicos do solo, do relevo e da vegetação mais correlacionadas espacialmente com a produtividade das culturas. Executou-se após disso o algoritmo fuzzy c-means com o as componentes (variáveis sintéticas) que representaram mais do 70% da variância total das variáveis (estandardizadas) originais. Obteve-se como resultado que as zonas de manejo para a cultura da soja são estatisticamente diferentes em termos da produtividade, do teor de fósforo nos primeiros 0,40 m de profundidade do solo e do pH na camada mais superficial do solo. Pelo contrário, as zonas de manejo para a forragem apresentaram diferença estatística significativa em termos do fósforo nas duas primeiras camadas de solo, principalmente Abstract: The lack of studies about the spatial variability in Integrated Crop-Livestock Systems has not permitted to understand how to increase their efficiency through the implementation of precision agriculture practices. Because of this situation, harmful practices are still developed such as the excessive application of agricultural inputs in some crops as well as machines and cattle movement without considering the spatial variation immersed in the landscape. One of the techniques that can contribute to mitigate the impact of these activities in agricultural areas is to delimitate management zones, which reproduce the spatial variation of the yield in terms of soil and topography characteristics data and help to take better decisions respect to fertilization. Thus, the objective of this research is to evaluate if it is possible to propose a management zones strategy through the combination of production-limiting factors data in order to treat crops and forages in succession in Crop-Livestock Integrated Systems. For this, Spatial Principal Components analysis (MULTISPATI-PCA) was used to transform the most spatially correlated soil, terrain and vegetation variables with the yields into more representative synthetic variables (components) of the total variance of the initial data. Then, management zones were delimited with the c-means clustering algorithm using the components that explained the majority of the variance of the original dataset. As result, the management zones created for soybean were statistically different in terms of the yield, phosphorous content in the -0.40 m layer and pH in the upper soil layer while management zones for forage exhibited significant difference in terms of soil phophorous content first 0.40 m depth mainly Mestrado Gestão de Sistemas na Agricultura e Desenvolvimento Rural Mestra em Engenharia Agrícola CNPQ 133668/2018-5

Orientadores: Daniel Albiero, Raffaella Rossetto Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola Resumo: A cana-de-açúcar, por necessitar de intensa mecanização e intensa demanda de capital para as operações agrícolas, apresenta oportunidades para a implantação de sistema de manejo sustentável com possibilidade de incrementos na margem de contribuição. O sistema de tráfego controlado (STC) apresenta-se como alternativa que abrange: práticas conservacionistas, planejamento de base física, operações de preparo de solo e colheita mecanizada. Apesar de consenso em relação à natureza qualitativa dos efeitos de compactação, dados detalhados para diferencia-la entre diferentes tipos de solo ou condições climáticas, ou mesmo entre diferentes sistemas agrícolas permanecem escassos, o que limita o uso dos dados para curvas de custo econômico. Em uma empresa, é possível avaliar o impacto econômico de sistemas operacionais agrícolas por meio de análise de margem de contribuição, tomando como base indicadores de desempenho operacional, resultados experimentais e dados de pesquisa acadêmica. Assim, observações realizadas a campo em conjunto com modelagem de operações agrícolas para avaliação de resultados agronômicos e econômicos são o foco do desenvolvimento desta pesquisa. Em sistemas de preparo de solo foram feitos ensaios a campo para o preparo canteirizado versus o preparo com subsolador, por meio de ferramentas de controle estatístico de processo para avaliação de qualidade; posteriormente, foram realizadas modelagem econômica e operacional para explorar alternativas de preparo localizado, aderente ao STC, frente ao sistema de preparo convencional e reduzido. Concluiu-se que o sistema de preparo localizado apresenta como vantagens maior eficácia na descompactação, adequação à condições requeridas ao STC em relação a geometria de áreas mobilizadas e não mobilizadas, desenvolvimento de sistema radicular, atratividade econômica e redução de impactos ambientais – menor emissão de GEE - quando comparados ao sistema de preparo convencional ou reduzido. Diversos trabalhos foram realizados para avaliar a desempenho operacional de colhedoras de cana-de-açúcar, tendo sempre como foco mensurar a capacidade operacional a velocidade constante; neste trabalho a abordagem é propor um modelo que determine a capacidade operacional de colheita utilizando como variáveis as componentes que definem o índice de colheitabilidade (IC) e a capacidade nominal da colhedora (RN) em receber e processar a cana-de-açúcar através de seus órgãos ativos. A validação do modelo de colheita mecanizada foi realizada por meio de teste de desempenho com duração de 24 horas, os resultados obtidos a campo utilizando-se recursos agricultura digital, não diferem estatisticamente entre os resultados obtidos por meio de modelagem e os obtidos no teste de desempenho; o modelo foi submetido a cenários que levaram em consideração variações de RN, IC, produtividade, comprimento de percurso de colheita, espaçamento e quantidade de linhas colhidas simultaneamente, possibilitando análises para gestão e dimensionamento de ativos bem como introdução de tecnologias. Como etapa final apresenta-se modelo para custo de produção de uma tonelada de cana-de-açúcar, combinando os modelos e cenários utilizados para preparo de solo e colheita, demonstrando que a modelagem apresenta-se como ferramenta que pode suportar a tomada de decisão em empresas agrícolas Abstract: Sugarcane, as it requires intense mechanization and intense demand for capital for agricultural operations, presents opportunities for the implementation of a sustainable management system with the possibility of increasing the contribution margin. The Controlled Traffic Farming System (CTF) presents itself as an alternative that encompasses: conservation practices, physical-based planning, soil preparation operations and mechanized harvesting. Despite consensus regarding the qualitative nature of compaction effects, detailed data to differentiate it between different types of soil or climatic conditions, or even between different agricultural systems, remain scarce, which limits the use of data for economic cost curves. In a company, it is possible to assess the economic impact of agricultural operating systems through contribution margin analysis, based on operating performance indicators, experimental results and academic research data. Thus, field observations in association with modeling agricultural operations to assess agronomic and economic results will be the focus of the development of this research. In soil preparation systems, field trials were carried out for masonry preparation vs. preparation with a subsoiler, using statistical process control tools for quality assessment; later, economic and operational modeling was carried out to explore localized preparation alternatives, adherent to CTF, compared to the conventional and reduced preparation system. It was concluded that the localized tillage system has the advantages of greater efficiency in decompacting, adaptation to the conditions required by the CTF in relation to the geometry of mobilized and unmobilized areas, development of a root system, economic attractiveness and reduction of environmental impacts - lower emission of GHG - when compared to the conventional or reduced preparation system. Several works were carried out to assess the operational performance of sugarcane harvesters, always focusing on measuring operational capacity at constant speed; In this work, the approach is to propose a model that simulates the operational harvesting capacity using as variables the components that define the harvestability index (HI) and the harvester's nominal capacity (NC) to receive and process the sugarcane through its active organs. The validation of the mechanized harvesting model was performed through a performance test lasting 24 hours, the results obtained in the field using digital agriculture resources, do not differ statistically; the model was submitted to scenarios that took into account variations in NC, HI, productivity, harvest path length, spacing and number of lines harvested simultaneously, enabling analysis for asset management and sizing, as well as the introduction of technologies. As a final step, a model for the production cost of a ton of sugar cane is presented, combining the models and scenarios used for soil preparation and harvest, demonstrating that modeling presents itself as a tool that can assume -to lead decision-making in agricultural companies Doutorado Máquinas Agrícolas Doutor em Engenharia Agrícola CAPES 001

Orientador: Euclides de Mesquita Neto Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica Resumo: Esse trabalho investiga a resposta estacionária e transiente de estruturas, com múltiplos graus de liberdade, interagindo com solo através da análise modal com uma modificação nos modos proposta por Wu e Smith (1995) e expandida para estruturas submetidas a excitação externa. Neste trabalho será considerado como mecanismo de excitação força externa vertical aplicada diretamente na estrutura. Além disso, serão considerados os seguintes perfis de solo modelados como: semi-espaço homogêneo, com estaca e em camadas. A resposta estacionária do solo foi sintetizada através do Método de Elementos de Contorno desenvolvido por Labaki, Mesquita e Rajapakse (2014). A principal característica do método aplicado neste trabalho é a modificação dos parâmetros originais da estrutura, ou seja, dos seus modos de vibrar e suas frequências naturais, para incorporar o comportamento dinâmico do solo. Os estudos numéricos também abordarão o número de modos modificados necessários para descrever, com certa precisão, a resposta transiente da estrutura em função do perfil do solo. A metodologia utilizada neste trabalho permitirá a determinação da resposta temporal de estruturas, com múltiplos graus de liberdade e interagindo com diferentes perfis de solo, a um menor custo computacional comparado a metodologias concorrentes Abstract: This work investigates stationary and transient response of multi degree of freedom structures interacting with soil through a Modal Analysis with a modified modal shapes, proposed by Wu and Smith (1995) and expands, here, to structures with external excitation forces. In this work will be considered as an excitation mechanism an vertical external force applied on the structure. Furthermore, will be adopted three soil profiles modeled as a homogeneous half space, with piles and layered deposit. The stationary soil response was synthetized through Boundary Element Method by Labaki, Mesquita and Rajapakse (2014). The main characteristic of the method stated in this work is modifying original parameters of the structure, in other words, by modifying its modal shapes and natural frequencies to incorporate the dynamic behavior of the soil. Numerical studies will also approach the quantity of modified modes necessary to describe, with certain precision, the transient response of structure in function of soil profile. The methodology used in this work will allow to determine the transient response of multi degree of freedom structures interacting with several soil profiles with a low computational cost compared to concurrent methodologies Mestrado Mecânica dos Sólidos e Projeto Mecânico Mestra em Engenharia Mecânica CAPES 1784718

Orientadores: Henrique Coutinho Junqueira Franco, Oriel Tiago Kölln Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos Resumo: A coleta de dados sobre o rendimento da cana-de-açúcar, plantada em diferentes configurações de plantio, foi cuidadosamente avaliada pelo grupo de trabalho do CTBE desde 2012, coletando dados de mais de 16 safras. Durante o mestrado, avaliei 4 áreas de cultivo deste projeto sob diferentes condições edafoclimáticas e observei resultados promissores do ponto de vista do aumento da produtividade da cultura. No entanto, é necessário maximizar os resultados a longo prazo deste projeto e tentar entender o que acontece com as plantas após uma mudança no manejo das culturas. Além disso, dada a crescente demanda por etanol como fonte de energia renovável, a mudança no arranjo de plantio se apresenta como uma excelente alternativa para suprir essa demanda, além de reduzir o impacto da mecanização no solo e nas plantas. Assim, a tese se baseia na hipótese de que: a melhor distribuição das plantas no campo promove melhor distribuição das raízes; diminui a mortalidade de perfilhamento e a concorrência intraespecífica; ocorrendo ganhos substanciais de rendimento de biomassa. Portanto, o objetivo deste estudo foi avaliar a biomassa da cana-de-açúcar em diferentes configurações de plantio e condições ambientais, visando aumentar a produção de biomassa. Para isso, dois experimentos foram conduzidos em condições de campo, em solo argiloso e arenoso. Os experimentos foram conduzidos durante quatro safras de cultivo (duas em solo argiloso e duas em solo arenoso) e incorporaram um delineamento em blocos casualizados que testou seis configurações de plantio, tais como: EC, espaçamento convencional (1,50 m); EA, espaçamento alternado (0,90 × 1,50 m); ET, espaçamento triplo (0,75 x 0,75 x 1,50 m); PP 1,0 m, plantio de precisão (1,0 × 1,0 m); PP 0,75 m, plantio de precisão (0,75 x 0,75 m); e PP 0,50 m, plantio de precisão (0,5 × 0,5 m). Durante a segunda e terceira soqueiras foram avaliadas: a produção de biomassa de cana-de-açúcar (acima e abaixo do solo); parâmetros biométricos e morfofisiológicos; produtividade de colmos (Mg ha-1); e produção de açúcar e fibras. Por meio da plataforma DSSAT, foi simulada a produtividade da cana-de-açúcar em diferentes espaçamentos de plantio e a previsão de produtividade. A redução do espaçamento entrelinhas de cana-de-açúcar, em condições edafoclimáticas sem restrições ao cultivo da cana-de-açúcar, aumenta a produção de biomassa seca da raiz, o rendimento de açúcar, a fibra e os colmos das culturas por hectare. O PP 0,50 m é o espaçamento com maior produtividade de colmos além de apresentar uma longevidade superior aos demais no ambiente menos restritivo. Os parâmetros morfofisiológicos da cana-de-açúcar apresentaram evidências de correlação com o aumento da produtividade em espaçamentos reduzidos, no entanto, são necessários mais estudos nessa área para auxiliar no entendimento dos fatores envolvidos nesse aumento de produtividade. Os resultados deste estudo mostraram pela primeira vez que o uso modelo CANEGRO-cana-de-açúcar, calibrado para o espaçamento convencional (1,50 m), pode ser aplicado para simular o rendimento acima do solo e do colmo da cana-de-açúcar sob diferentes espaçamentos de entrelinhas Abstract: Collecting data on the sugarcane yield, planted in different planting configurations, has been thoroughly evaluated by the CTBE working group since 2012, collecting data from over 16 crop seasons. During the master's degree, I evaluated 4 crop seasons of this project under different edaphoclimatic conditions and observed promising results from the point of view of increasing crop productivity. However, it is necessary to maximize the long-term results of this project and to try to understand what happens with plants after a change in crop management. Furthermore, given the growing demand for ethanol and renewable energy source, the change in the planting arrangement presents itself as an excellent alternative for supplying that demand, besides reducing the mechanization impact on the soil and plants. Thereby, the thesis is based on the hypothesis that: the better distribution of plants in the field promotes better root distribution; decreases tillering mortality and intraspecific competition; taking place substantial yield gains of biomass. Therefore, the aim of this study was to assess the aboveground and belowground of sugarcane establishment in different configurations of planting and environment conditions aiming to increase biomass production. Two experiments were conducted under field conditions, in clayey and sandy soil. The experiments were conducted across four crop seasons (two in clayey soil and two in sandy soil) and incorporated a randomized block design that tested six planting configurations, such as: CS, conventional spacing (1.50 m); AS, alternated spacing (0.90 × 1.50 m); TS, triple spacing (0.75 × 0.75 × 1.50 m); PP 1.0 m, precision planting (1.0 × 1.0 m); PP 0.75m, precision planting (0.75 × 0.75 m); and PP 0.50 m, precision planting (0.5 × 0.5 m). During the second and third ratoons was evaluated: sugarcane biomass production (above and below ground); biometric and morphophysiological parameters; stalks productivity (Mg ha-1); sugar and fiber production. Through the DSSAT platform, was simulated the sugarcane productivity in different planting spacings and yield prediction. The reduction of sugarcane row spacing, in edaphoclimatic conditions without restrictions to the sugarcane cultivation, increases root dry biomass production, the sugar yield, fiber and crop's stalks per hectare. The PP 0.50 m is the spacing with higher stalk productivity, besides presenting a longer longevity than the others in the less restrictive environment. The morphophysiological parameters of sugarcane presented evidence of correlation with increased productivity at reduced spacings, however, further studies are needed in this area to help in understanding the factors involved with this increase in productivity. The results of this study show for the first time that CANEGRO-sugarcane model calibrated for conventional spacing (1.50 m) can be applied to simulate the sugarcane stalk and aboveground yield under different row spacings Doutorado Bioenergia Doutor em Ciências CAPES 88882-143415/2017-01

Orientadores: Paulo Sérgio Graziano Magalhães, João Luís Nunes Carvalho Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola Resumo: O setor da cana-de-açúcar está constantemente em busca de manejo agrícola, economicamente viável, que contribuam para a sustentabilidade da produção do sistema canavieiro. A aplicação de diferentes práticas de manejo tem a capacidade de alterar as propriedades físicas do solo e, consequentemente, o desenvolvimento do sistema radicular e a produtividade da cana-de-açúcar. Dessa forma, o objetivo deste estudo foi avaliar ao longo prazo as alterações impostas pelo preparo do solo, o controle tráfego e a remoção de palha nas propriedades físicas do solo, e a produção de biomassa de cana-de-açúcar. Para um melhor entendimento das alterações impostas pelos diferentes manejos, o trabalho foi dividido em três objetivos específicos: i) Avaliar as mudanças físicas do solo no plantio convencional (PC) e no plantio direto (PD) por quatro anos; ii) Avaliar os efeitos do plantio direto (PDT) e com e sem tráfego de máquinas (PDST) nas propriedades físicas do solo e desenvolvimento radicular da cana-de-açúcar; e iii) Avaliar o efeito de remoção da palha (sem remoção-SR; moderada remoção -MR e remoção total-TR) nas propriedades físicas do solo e sistema radicular da cana-de-açúcar. Assim, foram realizados dois experimentos em campos comerciais de cana-de-açúcar nos municípios de Quirinópolis-GO (solo argiloso) e Quatá-SP (solo franco-arenoso). As amostras de solo indeformadas foram coletadas durante quatro safras (2014, 2015, 2016 e 2017) nas posições da linha e entrelinha em três profundidades (0-0,10, 0,10-0,20, 0,20-0,40 m) para determinar a densidade solo (DS), resistência do solo à penetração (RP), macroporosidade do solo (MaP) e microporosidade (MiP). A biomassa de colmos e raízes de cana-de-açúcar foram avaliadas durante a colheita de cada ciclo de cultivo. Os resultados mostraram que o PD pode ser utilizado como estratégia de manejo do solo, uma vez que o efeito do manejo da PC persiste apenas nos dois primeiros anos, e após esse período nas duas áreas os tratamentos apresentaram as mesmas alterações físicas do solo ao longo do tempo. O sulco de plantio em ambos os sistemas foi suficiente para promover as condições físicas do solo necessárias para o desenvolvimento da planta. Na entrelinha da cultura ocorreu a alteração dos atributos físicos do solo, ocasionando a compactação do solo pelo efeito sucessivo do tráfego de máquinas. Por outro lado, avaliando PDST ao longo do tempo observou-se que, principalmente na entrelinha, ocorre a preservação da estrutura do solo e, consequentemente, melhora da qualidade física do solo reduzindo a área compactada. Este efeito promoveu o aumento da produção de raízes, influenciando o crescimento no sentido da entrelinha da cultura, permitindo maior exploração do perfil do solo e recursos disponíveis. Desse modo, promover a redução ou a ausência de tráfego em uma área maior garantirá melhores condições físicas do solo e possibilitará a adoção da PD na cana-de-açúcar. Outro destaque desta pesquisa foi que a remoção da palha promoveu diferentes efeitos em relação ao tipo de solo. A TR nos dois locais reduziu a qualidade física do solo, afetando negativamente o crescimento radicular e, consequentemente, diminuindo a produtividade da cana-de-açúcar. No entanto, em solos argilosos, a RM e NR apresentaram o mesmo comportamento na estrutura do solo e na produção de biomassa, mostrando que no curto prazo é possível promover a MR para cogeração de energia. Em solos arenosos, deve-se adotar a NR para preservar a qualidade física do solo e promover melhores condições para o desenvolvimento radicular e obter um aumento no rendimento das culturas Abstract: The sugarcane industry is constantly in search of crop management, economically viable, which contribute to the sustainability of the production of sugarcane system. The application of different management practices has the capacity to alter the soil physical properties and hence the root system development and sugarcane yield. Thus, the aim of this study was assessing the changes in long-time imposed by the soil tillage, wheel control traffic and straw removal in soil physical properties, and the sugarcane biomass production. For a better understanding of the changes imposed by different managements, work was divided into three specific aims: i) Evaluate the soil physical changes in conventional tillage (CT) and no-tillage (NT) for four years; ii) Evaluate the no-tillage (NTT) and no-tillage without machinery traffic (NTWT) effects on soil physical properties and root development of sugarcane; and iii) Evaluate the straw removal effect (no removal-NR; moderate removal-MR and total removal-TR) on the soil structural behavior and sugarcane root system. Thereby, two experiments were conducted in commercial fields of sugarcane in the municipalities of Quirinopolis-GO (clayey soil) and Quatá-SP (sandy loam soil). Undisturbed soil samples during four crop seasons (2014, 2015, 2016 and 2017) were collected from the row and inter-row positions at three soil depths (0-0.10, 0.10-0.20, 0.20-0.40 m) to determine of the soil bulk density (BD), soil resistance to penetration (SRP), soil macroporosity (MaP) and microporosity (MiP). Sugarcane stalks and roots biomass were evaluated during the harvest of each crop cycles. The results showed that NT can be used as a soil management strategy, once the management CT effect persists only in the first two years and after the two-soil tillage presented the same soil physical changes over time. The planting furrow in both systems was enough to promote the soil physical conditions necessary for the plant development. In the crop inter-row occurred the alteration soil physical attributes, causing the soil compaction by the successive machines traffic effect. On the other hand, evaluating the NTWT over time was observed that mainly in the inter-row, soil structure preservation occurs, and consequently improvement of the soil physical quality reducing the compacted area. This effect promoted root production increase, growth influencing in the inter-row of the crop, allowing greater soil profile exploitation and available resources. Thus, promoting the traffic reduction or absence on a larger area will ensure better soil physical conditions and enable the NT adoption of sugarcane. Another highlight of this research was that straw removal promotes different effects depending on soil type. The TR on both sites, promoted a soil physical quality reduction, negatively affecting root growth and reducing the sugarcane yield. However, in clayey soils, MR and NR presented the same behavior in soil structure and biomass production, showing in medium-time can promote the MR for energy cogeneration. In sandy loam soils, must be adopted NR to preserve the soil physical quality and promote better conditions for root development and get a crop yield increase Doutorado Máquinas Agrícolas Doutor em Engenharia Agrícola CAPES 88882.143419/2017-01