Fuel consumption by agricultural machinery: a review of pollutant emission control technologies / Consumo de combustível por máquinas agrícolas: uma revisão das tecnologias de controle de emissão de poluentes

ABSTRACT: Most energy used to operate agricultural machines in the field is generated from fossil fuel combustion. The combustion process emits atmospheric pollutants, increasing the emission of greenhouse gases (GHGs). In this context, this review is to discuss technologies for mitigating diesel engine GHG emissions to advance sustainable development in the agricultural machinery sector. This paper presents strategies and technologies widely adopted by agricultural machinery manufacturers in controlling pollutant emissions during fuel combustion. The findings of this study encompass sustainable alternative technologies, such as selective catalytic reduction, exhaust gas recirculation, diesel particulate filter, and fuels. This study helps reveal the environmental impact of agricultural field operations that generate GHG emissions.

RESUMO: Grande parte da energia utilizada para o funcionamento das máquinas agrícolas em suas operações no campo ainda é resultante da combustão de combustíveis fósseis. O processo de combustão provoca a emissão de poluentes atmosféricos que contribuem para o aumento dos Gases de Efeito Estufa (GEE). Neste contexto, esta revisão tem como objetivo descrever as tecnologias que contribuem para mitigar as emissões de GEE pelos motores de ciclo Diesel, a fim de contribuir para a compreensão e o desenvolvimento da sustentabilidade no setor de máquinas agrícolas. São apresentadas as estratégias e tecnologias que comumente estão sendo adotadas pelos fabricantes de máquinas agrícolas para o controle das emissões de poluentes, durante o processo de combustão do combustível. Os achados do estudo apresentam as alternativas tecnológicas sustentáveis como a Selective Catalytic Reduction, Exhaust Gas Recirculation, Diesel Particulate Filter, e sobre o uso de combustíveis alternativos. Ainda, contribui para o entendimento do impacto ambiental das operações agrícolas em campo, que provocam as emissões de GEE.

Fuel consumption by agricultural machinery: a review of pollutant emission control technologies / Consumo de combustível por máquinas agrícolas: uma revisão das tecnologias de controle de emissão de poluentes

Most energy used to operate agricultural machines in the field is generated from fossil fuel combustion. The combustion process emits atmospheric pollutants, increasing the emission of greenhouse gases (GHGs). In this context, this review is to discuss technologies for mitigating diesel engine GHG emissions to advance sustainable development in the agricultural machinery sector. This paper presents strategies and technologies widely adopted by agricultural machinery manufacturers in controlling pollutant emissions during fuel combustion. The findings of this study encompass sustainable alternative technologies, such as selective catalytic reduction, exhaust gas recirculation, diesel particulate filter, and fuels. This study helps reveal the environmental impact of agricultural field operations that generate GHG emissions.

Grande parte da energia utilizada para o funcionamento das máquinas agrícolas em suas operações no campo ainda é resultante da combustão de combustíveis fósseis. O processo de combustão provoca a emissão de poluentes atmosféricos que contribuem para o aumento dos Gases de Efeito Estufa (GEE). Neste contexto, esta revisão tem como objetivo descrever as tecnologias que contribuem para mitigar as emissões de GEE pelos motores de ciclo Diesel, a fim de contribuir para a compreensão e o desenvolvimento da sustentabilidade no setor de máquinas agrícolas. São apresentadas as estratégias e tecnologias que comumente estão sendo adotadas pelos fabricantes de máquinas agrícolas para o controle das emissões de poluentes, durante o processo de combustão do combustível. Os achados do estudo apresentam as alternativas tecnológicas sustentáveis como a Selective Catalytic Reduction, Exhaust Gas Recirculation, Diesel Particulate Filter, e sobre o uso de combustíveis alternativos. Ainda, contribui para o entendimento do impacto ambiental das operações agrícolas em campo, que provocam as emissões de GEE.

Particulate emissions in an engine fueled with biodiesel/diesel blends at different fuel injection system configurations / Emissões de particulados em um motor alimentado com misturas biodiesel/diesel e sob diferentes configurações do sistema de injeção de combustível

The present study aimed to evaluate the particulate emissions in a Diesel engine with an electronic injection system using different biodiesel blends and variations in the fuel injection point and volume, comparing it with the MAR-1 standard. The particulate emissions are analyzed using a two-factor (12×8) completely randomized design that resulted from the interaction of three biodiesel/Diesel blends, two injection point configurations, two fuel injection volumes and eight crankshaft speeds, with 30 repetitions. According to the results, the particulate emissions meet the requirements established by the MAR-I standard when the engine operates at the original factory settings, fueled with blends containing up to 30% of biodiesel. With the engine angular speed at maximum torque (1,500 rpm), the injection point advanced and the increase in fuel volume, the particulate emissions increased by 115% and 314% for the 10 and 30% biodiesel blends, respectively, regarding the engine operating with the original settings.

Este trabalho teve como objetivo avaliar e comparar com a norma MAR-I as emissões de particulados em um motor de ciclo Diesel com sistema de injeção eletrônica, submetido à diferentes misturas de biodiesel e alterações no ponto e volume de injeção de combustível. As emissões de particulados foram analisadas com delineamento inteiramente casualizado em esquema bi fatorial (12x8), proveniente da interação de três misturas de biodiesel/Diesel, duas configurações de ponto de injeção, dois volumes de injeção de combustível e oito velocidades de giro do eixo virabrequim, com 30 repetições. Os resultados indicam que, as emissões de particulados atendem às exigências da norma MAR-I quando o motor opera com a regulagem original de fabricação e é alimentado com misturas de até 30% de biodiesel. Na velocidade angular de torque máximo (1.500 rpm), o adiantamento do ponto de injeção e o aumento do débito de combustível, para as misturas de 10 e 30% de biodiesel, aumentam em 115 e 314%, respectivamente, as emissões de particulados, em relação ao motor na configuração original.

Warm-up time and number of tests for performance evaluation of a Diesel cycle engine / Tempo de aquecimento e número de ensaios para avaliação do desempenho de um motor de ciclo Diesel

This research determined the engine warm-up time and the number of tests that must be carried out to obtain the performance parameters of a Diesel cycle engine. To this end, an agricultural tractor coupled to an eddy current dynamometer via a power take-off was used. Pure biodiesel (B100) was used as the fuel, and the hourly consumption was determined by means of a flowmeter. Data regarding torque, power, and hourly and specific fuel consumption was collected and analyzed at three engine warm-up times (20, 60, and 100 min). To determine the number of tests, 18 dynamometric tests were carried out to verify which of those presented the smallest experimental error, through the smallest coefficient of variation. No difference was observed in relation to the warm-up time for the analyzed variables, with a time of 20 min being enough to start the engine performance evaluations. In total, four trials were sufficient to assess engine performance and reduce experimental error.

Este trabalho teve como objetivo determinar o tempo de aquecimento do motor e o número de ensaios que deve ser realizado para aquisição dos parâmetros de desempenho de um motor de ciclo Diesel. Foi utilizado um trator agrícola acoplado via tomada de potência a um dinamômetro de correntes parasitas. Como combustível, foi utilizado biodiesel puro (B100) e determinado o consumo horário por meio da utilização de um fluxômetro. Foram coletados e analisados os dados de torque, potência, consumo horário e específico de combustível, em três tempos de aquecimento do motor (20, 60 e 100 minutos). Para a determinação do número de ensaios, foram realizados 18 ensaios dinamométricos e verificado em quantos ocorre o menor erro experimental, por meio do menor coeficiente de variação. Pode-se observar que, não houve diferença com relação ao tempo de aquecimento para as variáveis analisadas, sendo que o tempo de 20 minutos foi suficiente para iniciar as avaliações de desempenho do motor; e o número de quatro ensaios representando serem suficientes para avaliar o desempenho do motor e reduzir o erro experimental.

Transmission systems in agricultural tractors marketed in Brazil / Transmissões que equipam os tratores agrícolas comercializados no Brasil

In a tractor, the transmission system transmits the power generated in the engine to the driving wheels, hydraulic systems, and power take-off (PTO). There are several types of transmission systems available in the Brazilian market ranging from the simplest to the most advanced. Therefore, the objective of this study was to verify the different types of transmission systems present in 228 models of agricultural tractors produced and marketed in Brazil during 2019. The tractor models were grouped based on the engine power and the transmission systems were classified as sliding, partially synchronized, synchronized, semi powershift, full powershift, and continuously variable transmission (CVT). According to this classification, it was found that most tractors belonged to Class III (51.5-73.5 kW) with 66 models in total. However, even with continuous modernization in this field and with tractors becoming increasingly independent from the operator, 66% of transmission systems are still mechanical. However, CVT systems, which are available only in tractors with an engine power above 117.7 kW, are expected to be equipped on less powerful tractors in the coming decades.(AU)

Em um trator, o sistema de transmissão tem a função de transmitir a potência gerada no motor para as rodas motrizes, sistemas hidráulicos e tomada de potência (TDP). São diversos os tipos de transmissões disponíveis no mercado brasileiro, desde as mais simples até as de última geração. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi verificar os tipos de transmissões que equipam 228 modelos de tratores agrícolas, produzidos e comercializados no Brasil, durante o ano de 2019. Os modelos de tratores foram agrupados em classes de potência e as transmissões classificadas em: deslizante; parcialmente sincronizada; sincronizada; Semi Powershift; Full Powershift; e CVT. Como resultado, verificou-se que, na Classe III (51,5 a 73,5 kW) são ofertados o maior número de tratores, 66 modelos no total. Mesmo o trator acompanhando as constantes modernizações do campo e estando cada vez mais independente do operador, 66% das transmissões ainda são mecânicas. Porém, há o surgimento da transmissão CVT que, mesmo de modo incipiente, disponível apenas nos tratores com potência acima de 117,7 kW, tende a equipar tratores menos potentes nas próximas décadas.(AU)

Spatial variability of soil penetration resistance in the lowland area cultivated with soybean / Variabilidade espacial da resistência do solo à penetração em área de várzea cultivada com soja

This study determined the spatial variability of soil penetration resistance and yield of the soybean crop in lowland areas. The soil resistance to penetration at four different depths (0 to 0.10 m; 0.11 to 0.20 m; 0.21 to 0.30 m and 0.31 to 0.40 m), volumetric humidity of the soil at two depths (0 to 0.20 m and 0.21 to 0.40 m) and soybean yield were determined in an area of 1.13 hectares, using a sample mesh of 10 x 10 m. The corresponding data were subjected to descriptive statistical analysis. Pearsons simple linear correlation analysis (p0.05) was conducted and the spatial dependence was assessed by analyzing the isotropic semivariograms using spherical, exponential, linear, and Gaussian models. The results showed that the soil penetration resistance increased with depth, with restrictive values to root growth between 0.05 and 0.35 m. There was no correlation between yield and soil penetration resistance, and the semivariograms did not show a defined ascending region regarding the soil penetration resistance data. For the conditions under which the experiment was conducted, the sample 10 x 10 m mesh was suitable for assessing the spatial variability of soil resistance to penetration in depths exceeding 0.10 m.(AU)

Este trabalho teve como objetivo identificar a variabilidade espacial da resistência do solo à penetração e na produtividade da cultura da soja, em área de várzea. Foram realizadas determinações de resistência do solo à penetração, em quatro profundidades (0 a 0,10 m; 0,11 a 0,20 m; 0,21 a 0,30 m e 0,31 a 0,40 m); umidade volumétrica do solo, em duas profundidades (0 a 0,20 m e 0,21 a 0,40 m); e produtividade da soja em uma área de 1,13 hectares, utilizando-se malha amostral de 10 x 10 m. Os dados foram submetidos à análise estatística descritiva. Realizou-se análise de correlação linear simples de Pearson (p0,05) e a dependência espacial foi avaliada pela análise de semivariogramas isotrópicos, utilizando os modelos: esférico, exponencial, linear e gaussiano. Os resultados indicaram que, a resistência do solo à penetração aumentou em profundidade, com valores restritivos ao crescimento radicular entre 0,05 e 0,35 m. Não se obteve correlação entre produtividade e resistência do solo à penetração sendo que, para os dados de resistência do solo à penetração, os semivariogramas não apresentaram uma região ascendente definida. Para as condições em que o experimento foi realizado, a malha amostral de 10 x 10 m utilizada foi adequada para avaliar a variabilidade espacial da resistência do solo à penetração em profundidades superiores a 0,10 m.(AU)

Power hop in agricultural tractors / O power hop em tratores agrícolas

The objective of this research was to develop concepts, possibilities of occurrence, and ways to solve the vibratory phenomenon of power hop, which is quite common in tractors with auxiliary front-wheel drive or all-wheel drive, in particular conditions of field work. First, the phenomenon is defined, and context is given for the practical situations in which the phenomenon can occur. Subsequently, actions are proposed to solve and minimize the problems arising from power hop. The subject of this study has been insufficiently analyzed in the literature, with mentions (some detailed) in scientific articles and theses developed to diagnose and propose ways to solve the problem. Equally, there has been almost no mention of the problem in agricultural tractor operation manuals, despite the frequent occurrence of the phenomenon.(AU)

O objetivo deste trabalho foi desenvolver conceitos, possibilidades de ocorrência e modos de solucionar o fenômeno vibratório do power hop, bastante frequente em tratores com tração dianteira auxiliar ou tração integral, em condições particulares de trabalho em campo. Em um primeiro momento, o trabalho preocupa-se em definir o fenômeno e contextualizar as situações em que ele pode produzir-se em situações práticas. Posteriormente, são propostas ações para solucionar e minimizar os problemas decorrentes do galope, como também é conhecido, em língua portuguesa e espanhola. A temática que envolve este estudo é analisada de forma insuficiente pela bibliografia, encontrando-se menções, algumas detalhadas, em artigos científicos e teses desenvolvidas com objetivo de diagnosticar e propor maneiras para solucionar o problema. Igualmente, é quase inexistente a menção do problema em manuais de operação de tratores agrícolas, em contradição com a frequente ocorrência do fenômeno.(AU)

Emissions of an agricultural engine using blends of diesel and hydrous ethanol / Emissões de motor agrícola utilizando misturas de óleo Diesel e etanol hidratado

The growing global demand of energy, the decrease of petroleum reserves and the current of environmental contamination problems, make it imperative to study renewable energy sources for use in internal combustion engines, in order to decrease the dependence on fossil fuels and reduce emissions of pollutant gases. This study aimed to evaluate the emissions of a diesel-cycle engine of an agricultural tractor that uses diesel S500 (B5) mixed with 3, 6, 9, 12 and 15% of hydrous ethanol. It determined emissions of CO2 (ppm), NOx (ppm), and opacity (k value) of gases. A standard procedure was applied considering eight operating modes (M1, M2, M3, M4, M5, M6, M7, and M8) by breaking with an electric dynamometer in a laboratory. The experimental design was completely randomized, with 60 replicates and a 6 x 8 factorial design. Greater opacity and gas emissions were observed when the engine operated with 3% ethanol, while lower emissions occurred with 12 and 15%. With these fuels, the reduction of opacity, CO2, and NOx, in relation to diesel oil, was 24.49 and 26.53%, 4.96 and 5.15%, and 6.59 and 9.70%, respectively. In conclusion, the addition of 12 and 15% ethanol in diesel oil significantly reduces engine emissions.(AU)

A crescente demanda mundial por energia, a diminuição das reservas de petróleo e os atuais problemas de poluição ambiental, instigam o estudo de fontes renováveis de energia para utilização nos motores de combustão interna, visando à diminuição da dependência do combustível fóssil e redução das emissões de gases poluentes. Este trabalho teve por objetivo avaliar as emissões de um motor ciclo Diesel de um trator agrícola utilizando óleo Diesel S500 (B5) e, em mistura com 3, 6, 9, 12 e 15% de etanol hidratado. As variáveis avaliadas foram as emissões de CO2 (ppm), NOx (ppm) e a opacidade (valor k) dos gases. Para a avaliação utilizou-se procedimento normalizado, com aplicação de oito modos de operação (M1; M2; M3; M4; M5; M6; M7 e M8), por meio da frenagem com um dinamômetro elétrico, em laboratório. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado, com 60 repetições e no esquema fatorial 6x8. Os maiores valores de opacidade e emissões de CO2 e NOx foram alcançados com 3% de etanol, enquanto que os menores valores foram obtidos quando o motor utilizou 12 e 15%. Com estes combustíveis, a redução da opacidade, CO2 e NOx, em relação ao óleo diesel, foi de 24,49 e 26,53%; 4,96 e 5,15% e 6,59 e 9,70%, respectivamente. Conclui-se que, a adição de 12 e 15% de etanol no óleo diesel reduz significativamente as emissões do motor.(AU)

Estimation of the traction power of agricultural tractors from dynamometric tests / Estimativa da potência em tração de tratores agrícolas a partir de testes dinamométricos

The objective of this research was to predict, from dynamometric tests, the traction performance of agricultural tractors, without the need to employ the standard official tests carried out on concrete tracks. The evaluations were conducted at the experimental area of the Universidade Federal de Santa Maria, where an instrumented agricultural tractor was subjected to dynamic field traction tests and static tests in the laboratory, using an eddy currents dynamometer. It can be verified through the correlation analysis between the values obtained and the estimated values that, based on the prediction equations, a high correlation (r² = 0.99) was obtained between the power observed in the field and the estimated power obtained using dynamometric tests. Based on the analysis of the results obtained in this study, it can be stated that the traction performance of an agricultural tractor can be estimated from dynamometric tests. We concluded that the dynamic field tests can be replaced by static tests carried out in laboratories, which are generally less expensive.

O objetivo deste trabalho foi prever, a partir de testes dinamométricos, o desempenho em tração de tratores agrícolas, sem a necessidade de recorrer aos ensaios oficiais normalizados realizados em pistas de concreto. As avaliações foram conduzidas em área experimental, da Universidade Federal de Santa Maria, onde um trator agrícola instrumentado foi submetido a testes dinâmicos de tração, em superfície de campo e testes estáticos, em laboratório, utilizando-se freio dinamométrico elétrico, de correntes de Foucault. Pode-se verificar por meio da análise de correlação entre os valores obtidos e os valores estimados que, com base nas equações de predição, obteve-se alta correlação (r² = 0,99) entre a potência observada em campo e a potência estimada, a partir dos testes dinamométricos. Com base nas análises dos resultados obtidos neste estudo, pode-se afirmar que o desempenho em tração de um trator agrícola pode ser estimado a partir de testes dinamométricos. Conclui-se que, os ensaios dinâmicos em campo podem ser substituídos por ensaios estáticos, realizados em laboratórios, que em geral são menos onerosos.

Estimation of the traction power of agricultural tractors from dynamometric tests / Estimativa da potência em tração de tratores agrícolas a partir de testes dinamométricos

The objective of this research was to predict, from dynamometric tests, the traction performance of agricultural tractors, without the need to employ the standard official tests carried out on concrete tracks. The evaluations were conducted at the experimental area of the Universidade Federal de Santa Maria, where an instrumented agricultural tractor was subjected to dynamic field traction tests and static tests in the laboratory, using an eddy currents dynamometer. It can be verified through the correlation analysis between the values obtained and the estimated values that, based on the prediction equations, a high correlation (r² = 0.99) was obtained between the power observed in the field and the estimated power obtained using dynamometric tests. Based on the analysis of the results obtained in this study, it can be stated that the traction performance of an agricultural tractor can be estimated from dynamometric tests. We concluded that the dynamic field tests can be replaced by static tests carried out in laboratories, which are generally less expensive.(AU)

O objetivo deste trabalho foi prever, a partir de testes dinamométricos, o desempenho em tração de tratores agrícolas, sem a necessidade de recorrer aos ensaios oficiais normalizados realizados em pistas de concreto. As avaliações foram conduzidas em área experimental, da Universidade Federal de Santa Maria, onde um trator agrícola instrumentado foi submetido a testes dinâmicos de tração, em superfície de campo e testes estáticos, em laboratório, utilizando-se freio dinamométrico elétrico, de correntes de Foucault. Pode-se verificar por meio da análise de correlação entre os valores obtidos e os valores estimados que, com base nas equações de predição, obteve-se alta correlação (r² = 0,99) entre a potência observada em campo e a potência estimada, a partir dos testes dinamométricos. Com base nas análises dos resultados obtidos neste estudo, pode-se afirmar que o desempenho em tração de um trator agrícola pode ser estimado a partir de testes dinamométricos. Conclui-se que, os ensaios dinâmicos em campo podem ser substituídos por ensaios estáticos, realizados em laboratórios, que em geral são menos onerosos.(AU)

The development and validation of an ergonomics index for assessing tractor operator work place / Criação e validação de índice ergonômico para avaliação de postos de operação de tratores agrícolas

This study aimed to develop and validate an ergonomics index for the operator workplace assessment of agricultural tractors sold in the Brazilian market. To develop the ergonomics index, the operator work places were assessed for compliance with current, national and international, safety and ergonomics standards. The following standards were analyzed to develop ergonomics index: ISO 15077 (1996), which regulates the position of operator controls; ABNT NBR ISO 4254-1(2015) and ABNT NBR ISO 4252 (2011), which regulate the access to operator workplaces; and NR 12 (2010), which determines the mandatory items of operator workplaces.Thirty-four operator work places of 152 models of new agricultural tractors sold in the Brazilian market were analyzed in this study. Ergonomics index was developed and validated using these standards, and the findings enabled the ranking of agricultural tractors. Therefore, the proposed ergonomics index proved feasible and may be applied to other agricultural machines.(AU)

Objetivou-se com este trabalho criar e validar um índice ergonômico capaz de qualificar os postos de operação de tratores agrícolas comercializados no mercado brasileiro. Para a composição do índice ergonômico, os postos de operação foram avaliados quanto ao atendimento às normas vigentes, nacionais e internacionais, de segurança e de ergonomia. As seguintes normas foram levadas em consideração para a criação do índice ergonômico: ISO 15077 (1996) - determina o posicionamento dos órgãos de comando; ABNT NBR ISO 4254-1 (2015) e ABNT NBR ISO 4252 (2011) - referem-se à acessibilidade aos postos de operação; e NR 12 (2010) - determina a presença de itens obrigatórios nos postos de operação. Fizeram parte desta análise 34 postos de operação, que são montados em 152 modelos de tratores agrícolas novos, comercializados no mercado brasileiro. Com o auxílio dessas normas o índice ergonômico foi desenvolvido e validado usando esses padrões, e os resultados permitiram ranquear os tratores agrícolas. Conclui-se que o índice ergonômico proposto se mostrou eficiente quanto à exequibilidade e pode ser aplicado em outras máquinas agrícolas.(AU)

Performance of an agricultural engine using mineral diesel and ethanol fuels / Desempenho de um motor agrícola utilizando Diesel mineral e etanol

The global demand for alternatives for mineral diesel oil is growing due to the need for satisfying sustainability and environmental requirements, forcing industries and research institutions to develop new alternative fuels. The objective of this study was to evaluate the performance parameters of an agricultural engine using two different fuels: mineral diesel oil and ethanol. The experiment was conducted on a dynamometric stand using two engines for agricultural use but with a modified fuel injection system, suitable for both diesel and ethanol, in the speed range 1200-2300rpm. The performance of the engines was analyzed considering the power take-off from the tractors for each fuel, as established in the standard NBR ISO 1585. The data obtained showed that at the working speed that provides 540rpm at the power take-off, the engine performance changed when powered by ethanol, with a reduction in the maximum power and increased specific fuel consumption.

A demanda mundial por combustíveis alternativos ao óleo Diesel mineral vem crescendo, tanto pela sustentabilidade, quanto por exigências ambientais. Isso faz com que as indústrias e as instituições de pesquisa desenvolvam novas alternativas para o uso destes combustíveis. Nesse contexto, objetivou-se avaliar os parâmetros de desempenho de um motor agrícola, com dois diferentes combustíveis, Diesel mineral e etanol. O experimento foi realizado em bancada dinamométrica, utilizando dois motores de uso agrícola, porém, com alterações no sistema de injeção de combustível, Diesel e etanol, na faixa de rotação entre 1200 e 2300rpm. O desempenho dos motores foi analisado por meio da tomada de potência dos tratores para cada combustível, conforme estabelece a norma NBR ISO 1585. A partir dos dados obtidos, concluiu-se que, ao considerar a rotação de trabalho que fornece 540rpm na tomada de potência, houve alteração no desempenho do motor movido a etanol, com redução da potência máxima e aumento do consumo específico de combustível.

Performance of an agricultural engine using mineral diesel and ethanol fuels / Desempenho de um motor agrícola utilizando Diesel mineral e etanol

The global demand for alternatives for mineral diesel oil is growing due to the need for satisfying sustainability and environmental requirements, forcing industries and research institutions to develop new alternative fuels. The objective of this study was to evaluate the performance parameters of an agricultural engine using two different fuels: mineral diesel oil and ethanol. The experiment was conducted on a dynamometric stand using two engines for agricultural use but with a modified fuel injection system, suitable for both diesel and ethanol, in the speed range 1200-2300rpm. The performance of the engines was analyzed considering the power take-off from the tractors for each fuel, as established in the standard NBR ISO 1585. The data obtained showed that at the working speed that provides 540rpm at the power take-off, the engine performance changed when powered by ethanol, with a reduction in the maximum power and increased specific fuel consumption. (AU)

A demanda mundial por combustíveis alternativos ao óleo Diesel mineral vem crescendo, tanto pela sustentabilidade, quanto por exigências ambientais. Isso faz com que as indústrias e as instituições de pesquisa desenvolvam novas alternativas para o uso destes combustíveis. Nesse contexto, objetivou-se avaliar os parâmetros de desempenho de um motor agrícola, com dois diferentes combustíveis, Diesel mineral e etanol. O experimento foi realizado em bancada dinamométrica, utilizando dois motores de uso agrícola, porém, com alterações no sistema de injeção de combustível, Diesel e etanol, na faixa de rotação entre 1200 e 2300rpm. O desempenho dos motores foi analisado por meio da tomada de potência dos tratores para cada combustível, conforme estabelece a norma NBR ISO 1585. A partir dos dados obtidos, concluiu-se que, ao considerar a rotação de trabalho que fornece 540rpm na tomada de potência, houve alteração no desempenho do motor movido a etanol, com redução da potência máxima e aumento do consumo específico de combustível. (AU)

Air and fuel supercharge in the performance of a diesel cycle engine / Sobrealimentação de ar e combustível no desempenho de um motor ciclo Diesel

This paper aimed to evaluate the performance of a Diesel cycle engine, changing the configurations for the air and fuel supply system. Variables analyzed were torque, power, specific fuel consumption and thermal efficiency in four different engine configurations (aspirated, aspirated + service, turbocharged + service and turbocharged). For that, there were dynamometer experiments by power take-off of an agricultural tractor. The experimental outline used was entirely randomized, in a bifatorial design with three repetitions. Results indicated that the engine supercharge, compared to its original configuration, provided a significant increase of torque and power. Only the addition of turbo does not caused a significant effect in the engine performance. Application of turbocharger provides an improvement in the burning of the air/fuel mixture, which favors the increase of engine power and; consequently, reduced the specific fuel consumption.

Este trabalho teve como objetivo avaliar o desempenho de um motor ciclo Diesel, alterando a configuração do sistema de alimentação de ar e de combustível. As variáveis analisadas foram torque, potência, consumo específico de combustível e eficiência térmica em quatro diferentes configurações do motor (aspirado, aspirado + serviço, turboalimentado + serviço e turboalimentado). Para isso, foram realizados experimentos dinamométricos por meio da tomada de potência de um trator agrícola. O delineamento experimental utilizado foi inteiramente casualizado, em desenho bifatorial com três repetições. Os resultados indicam que, a sobrealimentação do motor, em relação à configuração original, proporciona aumento significativo do torque e potência. Somente a adição de turbo não causa efeito significativo no desempenho do motor. A aplicação do turbocompressor proporciona melhoria na queima da mistura ar/combustível, o que favorece o aumento da potência do motor e, consequentemente, reduz o consumo específico de combustível.

Air and fuel supercharge in the performance of a diesel cycle engine / Sobrealimentação de ar e combustível no desempenho de um motor ciclo Diesel

This paper aimed to evaluate the performance of a Diesel cycle engine, changing the configurations for the air and fuel supply system. Variables analyzed were torque, power, specific fuel consumption and thermal efficiency in four different engine configurations (aspirated, aspirated + service, turbocharged + service and turbocharged). For that, there were dynamometer experiments by power take-off of an agricultural tractor. The experimental outline used was entirely randomized, in a bifatorial design with three repetitions. Results indicated that the engine supercharge, compared to its original configuration, provided a significant increase of torque and power. Only the addition of turbo does not caused a significant effect in the engine performance. Application of turbocharger provides an improvement in the burning of the air/fuel mixture, which favors the increase of engine power and; consequently, reduced the specific fuel consumption.(AU)

Este trabalho teve como objetivo avaliar o desempenho de um motor ciclo Diesel, alterando a configuração do sistema de alimentação de ar e de combustível. As variáveis analisadas foram torque, potência, consumo específico de combustível e eficiência térmica em quatro diferentes configurações do motor (aspirado, aspirado + serviço, turboalimentado + serviço e turboalimentado). Para isso, foram realizados experimentos dinamométricos por meio da tomada de potência de um trator agrícola. O delineamento experimental utilizado foi inteiramente casualizado, em desenho bifatorial com três repetições. Os resultados indicam que, a sobrealimentação do motor, em relação à configuração original, proporciona aumento significativo do torque e potência. Somente a adição de turbo não causa efeito significativo no desempenho do motor. A aplicação do turbocompressor proporciona melhoria na queima da mistura ar/combustível, o que favorece o aumento da potência do motor e, consequentemente, reduz o consumo específico de combustível.(AU)

Fuel consumption efficiency of an agricultural tractor equipped with continuously variable transmission / Eficiência no consumo de combustível de um trator agrícola equipado com transmissão continuamente variável

The correct choice of modern power transmissions can help farmers decrease production costs. The following research aimed to assess fuel consumption efficiency of an agricultural tractor equipped with continuously variable transmission, at different travel speed and load levels applied on the tractor drawbar. Standard procedure has been applied considering six load levels (30; 40; 50; 60; 70 and 80% of Q0) by means of breaking with a dynamometer car instrumented in a concrete test track, at three travel speeds (5.16; 7.29 and 10.48km h-1). Throughout the experiment, engine speed, traction force and hourly fuel consumption were monitored. The results indicated that there was an average increase of 2.67; 2.82; and 2.61L h-1 in the hourly fuel consumption for each 10% increase in the load level on the tractor, for travel speed of 5.16; 7.29 and 10.48km h-1, respectively. In general, the specific fuel consumption of the tractor decreased as the load levels and the travel speeds were increased.

A escolha correta de modernas transmissões de potência pode auxiliar os agricultores a diminuírem os custos de produção. Este trabalho teve como objetivo avaliar a eficiência de consumo de combustível de um trator agrícola equipado com transmissão continuamente variável, em diferentes velocidades de deslocamento e cargas parciais impostas à barra de tração do trator. Para a avaliação utilizou-se procedimento normalizado, com aplicação de seis cargas parciais (30; 40; 50; 60; 70 e 80% de Q0), por meio da frenagem com um carro dinamométrico instrumentado, em pista de concreto, em três velocidades de deslocamento (5,16; 7,29 e 10,58km h-1). Durante a condução do experimento, monitoraram-se a rotação do motor, a força de tração e o consumo horário de combustível. Os resultados indicaram que houve acréscimo, médio, de 2,67; 2,82; e 2,61L h-1 no consumo horário de combustível para o aumento de cada 10% na carga imposta ao trator, para as velocidades de 5,16; 7,29 e 10,48km h-1, respectivamente. Ao considerar o consumo específico do trator, de forma geral, diminuiu à medida que as cargas parciais e as velocidades de deslocamento foram incrementadas.

Fuel consumption efficiency of an agricultural tractor equipped with continuously variable transmission / Eficiência no consumo de combustível de um trator agrícola equipado com transmissão continuamente variável

The correct choice of modern power transmissions can help farmers decrease production costs. The following research aimed to assess fuel consumption efficiency of an agricultural tractor equipped with continuously variable transmission, at different travel speed and load levels applied on the tractor drawbar. Standard procedure has been applied considering six load levels (30; 40; 50; 60; 70 and 80% of Q0) by means of breaking with a dynamometer car instrumented in a concrete test track, at three travel speeds (5.16; 7.29 and 10.48km h-1). Throughout the experiment, engine speed, traction force and hourly fuel consumption were monitored. The results indicated that there was an average increase of 2.67; 2.82; and 2.61L h-1 in the hourly fuel consumption for each 10% increase in the load level on the tractor, for travel speed of 5.16; 7.29 and 10.48km h-1, respectively. In general, the specific fuel consumption of the tractor decreased as the load levels and the travel speeds were increased.(AU)

A escolha correta de modernas transmissões de potência pode auxiliar os agricultores a diminuírem os custos de produção. Este trabalho teve como objetivo avaliar a eficiência de consumo de combustível de um trator agrícola equipado com transmissão continuamente variável, em diferentes velocidades de deslocamento e cargas parciais impostas à barra de tração do trator. Para a avaliação utilizou-se procedimento normalizado, com aplicação de seis cargas parciais (30; 40; 50; 60; 70 e 80% de Q0), por meio da frenagem com um carro dinamométrico instrumentado, em pista de concreto, em três velocidades de deslocamento (5,16; 7,29 e 10,58km h-1). Durante a condução do experimento, monitoraram-se a rotação do motor, a força de tração e o consumo horário de combustível. Os resultados indicaram que houve acréscimo, médio, de 2,67; 2,82; e 2,61L h-1 no consumo horário de combustível para o aumento de cada 10% na carga imposta ao trator, para as velocidades de 5,16; 7,29 e 10,48km h-1, respectivamente. Ao considerar o consumo específico do trator, de forma geral, diminuiu à medida que as cargas parciais e as velocidades de deslocamento foram incrementadas.(AU)

Evaluation of new agricultural tractors engines by using a portable dynamometer / Avaliação de motores de tratores agrícolas novos utilizando dinamômetro móvel

Official agricultural engineering testing aims to determine torque and power, which are important information for decision making when buying an agricultural tractor. In this research the torque and maximum power values provided by manufacturers with the dynamometer tests values, were compared. Forty new agricultural tractors commercialized in the brazilian market were used. Tractors were classified according to the power range in: Class I (less than or equal 22.1kW); Class II (between 22.1 and 51.5kW); Class III (51.5 and 73.5kW); Class IV (73.5 and 117.7kW); and Class V (117.7 and 183.9kW). Variables were analyzed with the statistic t-Student test (P0.05). Class IV tractors engines power is bigger in comparison to the values specified by manufacturers. As for Class III tractors engines, torque values observed were bigger when compared to the specified, while for Class V was presented smaller values. As conclusion, with respect to the maximum engine power, it was verified that 67.5% of the evaluated tractors meet the information provided by manufactures.

Os ensaios oficiais de motores agrícolas visam à determinação do torque e potência, que são informações importantes para a tomada de decisão no momento da compra de uma máquina agrícola. Neste trabalho, foram comparados os valores de torque e potência máxima do motor, fornecidas pelos fabricantes com os dados obtidos a partir de testes dinamométricos. Para tanto, utilizaram-se 40 tratores agrícolas novos comercializados no mercado brasileiro. Os tratores foram classificados quanto à faixa de potência em: Classe I (menor ou igual a 22,1kW); Classe II (entre 22,1 e 51,5kW); Classe III (51,5 e 73,5kW); Classe IV (73,5 e 117,7kW); e Classe V (117,7 e 183,9 kW). As variáveis foram submetidas ao teste estatístico t de Student (P0,05). A potência dos motores dos tratores da Classe IV é maior em comparação aos especificados pelos fabricantes. Para os motores de tratores da Classe III, os valores observados de torque são maiores em relação aos especificados, enquanto que, para os da Classe V, esses valores foram menores. Como conclusão, no que diz respeito à potência máxima do motor, verificou-se que 67,5% dos tratores avaliados atendem às informações disponibilizadas pelos fabricantes.

Mass of agricultural tractors available in the brazilian market / Massa dos tratores agrícolas comercializados no mercado brasileiro

Currently, manufacturers of agricultural tractors offer to farmers a diversity of brands, models, and settings for the most diverse agricultural operations. In this sense, the relation mass/power of tractor influences directly in the performance of these operations. The objective of this research was to study the agricultural wheel tractors marketed in Brazil in relation to their mass, in order to obtain current data to help their selection and proper use. The research involved 145 agricultural tractors models of eight different brands, including 2WD, MFWD and 4WD versions. The variables mass without ballast, relation mass/power for the different brands, type of traction and tractor power were analyzed separately. Tractor power was classified in: Class I (<50kW), Class II (50 to 150kW) and Class III (>150kW), according to the rated engine power declared by the manufacturer. Statistical analyses used were the t-Student and Tukey tests. The most number of tractors belongs to Class II and are considered versatile due to their mass/power relation, and can be used in the most diverse agricultural operations. From these analyses it was detected the mass/power relation decreases when the rated engine power increases.(AU)

Atualmente, os fabricantes de tratores agrícolas disponibilizam aos agricultores uma diversidade de marcas, modelos e configurações para as mais diversas operações agrícolas. Nesse sentido, a relação massa/potência do trator influencia de forma direta no desempenho dessas operações. Objetivou-se estudar os tratores agrícolas de rodas comercializados no mercado brasileiro, no que se refere a sua massa, visando obter dados atuais que auxiliem sua seleção e uso adequado. A pesquisa envolveu 145 modelos de tratores agrícolas de oito marcas diferentes, contemplando as versões 4x2, TDA e 4x4. Foram analisadas separadamente as variáveis massa sem lastro e relação massa/potência para as diferentes marcas, tipo de tração e potência do trator, sendo esta última classificada em: Classe I (menores que 50kW), Classe II (entre 50 e 150kW) e Classe III (maiores que 150kW), de acordo com a potência nominal do motor, declarada pelo fabricante. As análises estatísticas foram realizadas por meio dos testes t de Student e Tukey. O maior número de tratores pertence à Classe II, sendo considerados versáteis, devido à sua relação massa/potência, podendo ser usados nas mais diversas operações agrícolas. Há uma tendência de os tratores agrícolas comercializados no mercado brasileiro diminuírem sua relação massa/potência, conforme aumenta a potência nominal do motor.(AU)

Performance of an agricultural engine using blends of diesel and ethanol / Desempenho de um motor agrícola utilizando misturas de óleo diesel e etanol

This research evaluated the performance of a diesel engine in an agricultural tractor, using Diesel S500 (B5) and mixture with 3% (ED3), 6% (ED6), 9% (ED9), 12% (ED12) and 15% (ED15) of hydrous ethanol. Variables evaluated were the power, torque, specific fuel consumption, torque reserve, speed reserve and elasticity index of engine. Results indicated that using B5 and ED3 the values of torque and engine power not differ, in addition, with the ED3 the fuel consumption was lower than 5.92%. Using ED12, power has reduced in 2.97%, compared with B5, while their fuel consumption had no difference. With ED15, the power was lower 6.30% and the fuel consumption increase 3.77%, both compared with B5. Torque reserve value was increased with increasing the ethanol content in B5, reducing the speed reserve and elasticity index of engine. Ethanol in Diesel S500 (B5) can be used as an alternative fuel in agricultural tractor engines without presenting high changes in the performance, since the ethanol content is at low percentages, up to 12%.(AU)

Neste trabalho, foi avaliado o desempenho de um motor ciclo Diesel de um trator agrícola, utilizando óleo Diesel S500 (B5) e sua mistura com 3% (ED3), 6% (ED6), 9% (ED9), 12% (ED12) e 15% (ED15) de etanol hidratado. As variáveis estudadas foram: potência, torque, consumo específico de combustível, reserva de torque, reserva de rotação e índice de elasticidade do motor. Os resultados indicam que, utilizando B5 e ED3, os valores de torque e potência do motor não diferiram, além disso, com o ED3, o consumo de combustível foi 5,92% menor. Utilizando ED12, a potência, em relação ao B5, teve uma redução de 2,97%, sem diferença para o consumo de combustível. Já com o ED15, a potência diminuiu 6,30% e o consumo aumentou 3,77%, em comparação com o B5. Os valores de reserva de torque foram incrementados conforme aumentou o conteúdo de etanol, reduzindo a reserva de rotação e o índice de elasticidade do motor. A mistura de etanol no óleo Diesel B5 pode ser utilizada como combustível alternativo em motores agrícolas, sem apresentar alterações significativas no seu desempenho, desde que seja utilizado até 12% de etanol.(AU)