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Utilização de um vibrador multidireccional na colheita mecânica de
pinha (Pinus pinea L.)
Pinheiro, A.C.1 ; Peça, J.O. 1; Gonçalves, A.C. 1; Ribeiro, N.A. 1; Vacas de
Carvalho, M.A.2 ; Fragoso, M.R.3; Gomes, J.A. 3; Dias, S.S. 1*; Barriguinha, A.F. 1
Reynolds de Souza 4 ;Dias, A.B. 1
1
Universidade de Évora, Departamento de Engenharia Rural, Apartado 94, 7002 – 554
Évora [email protected]
2
DRAAL Direcção Regional de Agricultura do Alentejo - D:S: Florestas – Alcácer do
Sal Estrada Nacional 5 7580 – 103 Alcácer do Sal
3
ANSUB Associação de produtores florestais do vale do Sado Rua Joaquim Soeiro
Gomes, Apartado 105 7580 – 103 Alcácer do Sal
4
Reynolds & Oliveira Lda, Monte da Granja, Santa Maria, 7100 Estremoz
Palavras chave: Mecanização; colheita mecânica; pinheiro manso; pinha
RESUMO
O pinheiro manso ocupa em Portugal uma área total de 85,8 mil hectares. A escassez de
mão-de-obra e o seu preço elevado afectam a colheita da pinha, a qual é frequentemente
vendida na árvore sem que o produtor florestal tenha a noção exacta da produção do seu
pinhal.
Os grandes produtores e os industriais têm vindo a importar equipamentos automotrizes,
de custo elevado, na tentativa de reduzirem a dependência desta actividade
relativamente à mão-de-obra e, assim, reduzirem os custos da apanha. São
equipamentos pesados que trabalham sobre solo húmido, provocam compactação e
destruição da estrutura do solo. São equipamentos caros e com um período de utilização
limitado, reflectindo-se em custos fixos elevados que afectam os custos de produção do
pinhão.
2
O desempenho dos vibradores e o efeito da vibração no pinheiro são aspectos que
merecem atenção já que estão relativamente pouco estudados. A utilização do tractor
agrícola como fonte de potência pode reduzir os custos de colheita de pinha.
Foi desenvolvido e adaptado um vibrador mecânico, para destaque da pinha, a um
tractor agrícola com 118 kW de potência. Para avaliar o seu desempenho e o efeito
sobre as árvores, foram seleccionados 4 povoamentos, onde foram marcados,
aleatoriamente, conjuntos de árvores. As experiências permitem comparar árvores
vibradas com árvores onde a colheita da pinha é feita manualmente em três épocas de
colheita. São recolhidos dados referentes a: tempo de vibração por árvore; tempo de
deslocação entre árvores; percentagem de pinhas do ano, derrubadas; pinhas imaturas
derrubadas e estragos no fuste e na copa da árvore. São igualmente registados valores
referentes à apanha manual. Os ensaios serão realizados durante três anos nos mesmos
pinhais.
Os valores obtidos permitem destacar, de forma clara, a grande capacidade de trabalho
do conjunto tractor e vibrador podendo, no entanto provocar danos no fuste e derrubar
pinhas de dois anos e de estróbilos.
ABSTRACT
With a total area of 85.5 thousand hectares of umbrella pine in Portugal, pine harvesting
is, however, still relying in intensive manual labour. Self-propelled trunk shakers have
been recently imported. High ownership cost, limit their use to contractors. This paper
describes a trunk shaker, and its utilisation, developed to be mounted on the front-endloader of an agricultural tractor. Field trials reveal the high performance of the machine
when compared with manual labour. Nevertheless misjudgement of the machine
operator can contribute to production reduction in the future because the first and
second years cones can be detached.
The trials also reveal that machine developments should be oriented towards a sensor
based information system helping the operator to adapt power input to optimise pine
detachment.
3
1. INTRODUÇÃO
O pinhão, fruto do pinheiro manso (Pinus pinea L.), tem grande procura tanto no
mercado nacional como internacional e representa, para as zonas onde vegeta, uma
importante fonte de receita para os produtores florestais. A colheita da pinha é feita, na
sua grande maioria, manualmente, o que encarece o produto final e envolve riscos
profissionais elevados.
A idéia de que os equipamentos desenvolvidos e utilizados, nos projectos de
investigação realizados na olivicultura pudessem, com as adaptações necessárias, vir a
ser utilizados noutras fileiras de produção materializou-se no projecto AGRO 200
“Colheita mecânica de pinha (Pinus pinea L.). O financiamento obtido permitiu
desenvolver e adaptar um vibrador mecânico a um tractor agrícola e realizar trabalhos
de campo que permitirão fazer o estudo do desempenho deste equipamento e a sua
comparação com a colheita manual tradicionalmente efectuada nos pinhais portugueses.
Na presente comunicação são apresentados aspectos considerados relevantes do
desenvolvimento do equipamento e os resultados obtidos no primeiro ano do trabalho de
campo realizado dando particular destaque ao desempenho do equipamento e aos danos
provocados nas produções futuras das àrvores.
1. 1 SITUAÇÃO ACTUAL
Cerca de 68% dos 85,8 mil hectares de pinheiro manso (Pinus pinea L.)
existentes em Portugal encontram-se no distrito de Setúbal onde esta actividade tem
elevado peso no rendimento das explorações florestais. A procura do pinhão tem vindo
a aumentar, sendo crescente a sua exportação. A colheita da pinha tem estado
exclusivamente dependente da mão-de-obra (Fig.1). Esta operação envolve riscos de
queda, principalmente em dias húmidos. A segurança e o bem estar dos agentes
envolvidos é, na maioria das vezes, descurada. Com a crescente redução da mão-deobra disponível, e com o aumento do seu valor, a viabilização da colheita da pinha,
passa forçosamente pela sua mecanização.
Recentemente, começaram a ser utilizados, em Portugal, equipamentos
4
automotrizes, figura 2, importados, com pesos elevados por eixo que, ao deslocarem-se
em solo húmido, provocam compactação e destruição da estrutura do solo. Possuem
bombas que debitam grande caudal de óleo que, mesmo em pouco tempo de vibração,
provocam danos elevados nas árvores, originando a queda de estróbilos imaturos.
Fig. 1- Colheita manual de pinha
Fig. 2- Vibrador automotriz
Devido ao preço elevado, só os grandes proprietários, industriais e empreiteiros
os podem adquirir. Sendo caros e tendo um período de utilização limitado, têm custos
fixos elevados o que, consequentemente, encarece os custos de produção do pinhão. Por
outro lado estando estes equipamentos maioritariamente na posse do sector industrial do
pinhão, e possuindo os operadores que com eles trabalham reduzida formação e pouca
sensibilidade, vibram as árvores com pouco critério, comprometendo as produções dos
anos seguintes, já que vibram durante um período de tempo demasiadamente longo,
provocando a queda da pinha dos anos seguintes. De realçar que, durante a época da
colheita, o pinheiro tem pinhas maduras com três anos, que são o alvo desta operação,
mas tem igualmente as pinhas com dois anos e com um ano que não devem ser
derrubadas sob pena de se comprometerem as produções dos dois anos seguintes. As
árvores dos povoamentos tradicionais são caracterizadas por grande dispersão em
termos de diâmetro à altura do peito, altura de fuste e dimensão da copa o que faz com
que cada árvore seja diferente das que lhe estão mais próximas e como tal tenha de ser
abordada de maneira diferente das suas vizinhas quando da colheita.
O período de colheita de pinha, fixado pelo Decreto-Lei nº 528/99 de 10 de
Dezembro, decorre entre 15 de Dezembro e 30 de Março em cada ano. Neste período os
tractores agrícolas têm pouca utilização não entrando, assim, a sua utilização nesta
actividade, em competição com as outras actividades que decorrem nas explorações
5
agrícolas e/ou florestais. Outras fontes de potência, como o caso dos carregadores
telescópicos, podem ser igualmente utilizadas para estes vibradores. Assim, já que tanto
os tractores agrícolas como os carregadores telescópicos têm outras utilizações durante
o ano, os custos fixos são diluídos pelas actividades em que são utilizados, tornando a
produção de pinhão mais aliciante. O peso por eixo é igualmente menor podendo os
tractores, e os carregadores telescópicos serem equipados com pneus de forma a reduzir
a compactação do solo e a aumentar o número de dias em que estes equipamentos
podem ser utilizados, mesmo em condições climáticas adversas.
2. MATERIAL E MÉTODOS
A experiência adquirida pelos autores em projectos de investigação relacionados
com a colheita mecânica da azeitona em associação com a empresa Reynolds &
Oliveira, permitiu desenvolver e adaptar um vibrador mecânico, para destaque da pinha,
a um tractor agrícola com 118 kW de potência (Fig. 3).
Fig 3– Vista do vibrador montado no tractor em trabalho
6
2.1. O VIBRADOR
O vibrador desenvolvido é formado por uma cabeça de vibração, uma estrutura de
ligação ao tractor e uma unidade de potência hidráulica.
A cabeça de vibração (Fig. 4), montada no carregador frontal, no lugar do balde, é
constituída por dois sistemas: sistema de vibração e sistema de ligação à árvore.
O primeiro comporta uma massa excêntrica (Fig. 5), montada num veio apoiado
em duas chumaceiras incluído numa caixa de construção soldada. Um motor hidráulico
de pistões acciona directamente o veio da massa excêntrica.
Motor hidráulico de
pistões
Maxilas do sistema
de ligação à árvore
fechadas
Cilindro hidráulico
de duplo efeito
Veio da massa excêntrica
Fig. 4- Cabeça de vibração
Fig. 5- Corte da unidade de vibração
O sistema de ligação à árvore é composto por uma frente de encosto fechada por
duas maxilas (Fig. 6) e está revestido por almofadas e por camadas de tela de borracha
para não danificar o tronco da árvore.
A cabeça de vibração está suspensa por cinoblocos numa estrutura de construção
soldada que se liga directamente ao carregador frontal do tractor. A estrutura tem
capacidade de alterar o angulo de ataque da cabeça de vibração por forma a se adaptar à
eventual inclinação do tronco. Durante a aproximação à árvore o carregador frontal sobe
ou desce de forma a que as maxilas abracem o tronco à altura considerada aconselhável.
As maxilas prendem solidamente o vibrador à árvore através de cilindros hidráulicos de
duplo efeito (Fig. 4).
7
Sistema de
arrefecimento
Depósito
de óleo
Grupo de
bombas de
pistões
Maxilas do sistema de ligação à
árvore abertas
Fig. 6- Cabeça de vibração e estrutura de Fig. 7– Unidade de potência hidráulica
ligação ao tractor
A unidade de potência hidráulica montada na traseira do tractor, para efeito de
equilibragem do conjunto (Fig. 7), é constituída por: depósito de óleo; grupo de duas
bombas de pistões e uma bomba de carretos montadas num multiplicador accionado via
veio de cardan pela tomada de força do tractor; sistema de filtragem do óleo; sistema de
arrefecimento; sistema de segurança sensível à temperatura; distribuidor hidráulico e
circuito hidráulico de pilotagem e controlo. O óleo é movimentado por duas bombas. A
segunda bomba permite adicionar caudal à primeira de forma a permitir dois modos de
vibração, menor ou maior frequência conforme as características das árvores.
2.2. OS POVOAMENTOS
Os trabalhos de campo decorrem em quatro povoamentos distintos de forma a
utilizar o equipamento em condições consideradas representativas do tipo de
povoamentos de pinheiro manso existente em Portugal.
Nos povoamentos onde foram implementados os ensaios as árvores foram
identificadas, numeradas e marcado o nível do diâmetro à altura do peito (1,30m).
Foram determinadas as posições relativas de todas as árvores, pela medição das suas
coordenadas polares, sendo ainda utilizada uma classificação de árvores individuais
adaptada ao pinheiro manso. Em todas as árvores foram medidos os seguintes
parâmetros dendrométricos: diâmetro à altura do peito, altura total, altura da base da
copa, altura do fuste e raios de copa (Norte, Sul, Este, Oeste). Assim cada árvore está
8
perfeitamente identificada o que permite quantificar o desempenho do equipamento por
classe de árvores.
A análise da estrutura dos povoamentos foi efectuada em função do número de
árvores por hectare, da área basal por hectare, do grau de coberto e do diâmetro
quadrático médio. Foram ainda elaboradas cartas de povoamento e de copas, sendo
apresentada, como exemplo, na figura 8, uma carta referente a um dos povoamentos em
estudo.
N
30
0
30
60 Meters
pinheiro manso
sobreiro
limite da parcela
Fig. 8 – Carta de copas da parcela de Pai Sobrado, um dos povoamentos
Cada parcela tem 120 árvores de modo a poder permitir a realização dos quatro
tratamentos que a seguir se indicam:
tratamento 1 – colheita manual em Dezembro;
tratamento 2 – colheita mecânica em Dezembro;
tratamento 3 – colheita mecânica em Janeiro;
tratamento 4 – colheita mecânica em Fevereiro
No entanto no primeiro ano de trabalho de campo os tratamentos não foram
efetuadas conforme previsto já que não foi possível ter o vibrador construído para a sua
realização. Assim os tratamentos 1 e 2 foram efetuados, manualmente no início de
Fevereiro, o tratamento 3 no fim de Fevereiro e o 4 no início de Março.
9
A distribuição das árvores da parcela pelos quatro tratamentos foi casualisada em
função da classe de diâmetro, sendo cada tratamento constituído por 30 árvores.
2.3. RECOLHA DE DADOS
Para avaliar a produção, por árvore, foram contabilizadas todas as pinhas
existentes na árvore e determinado o seu peso. Na colheita mecânica as pinhas não
derrubadas pela máquina foram posteriormente derrubadas manualmente de modo a
permitir avaliar tanto a produção como o rendimento do vibrador. Uma vez que a
produção dos anos seguintes pode ser afectada caso haja queda de estróbilos imaturos e
de raminhos do ano, estes foram também contabilizados, tanto na colheita mecânica
como na manual. A altura de cintagem do vibrador ao pinheiro foi igualmente medida.
O tempo de vibração, o tempo de deslocação entre pinheiros e o tempo de
colheita manual foram registados.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
A informação recolhida e que seguidamente se apresenta refere-se ao primeiro
ano de projecto.
Quadro 1 – Valores registrados, por local, referentes à apanha manual de pinha
Tempo médio de
Nº médio
Peso médio total de
pinhas/arvore
pinhas/árvore (kg)
Todos
28,8
6,99
290,86
1
32,8
6,79
301,54
2
7,7
1,34
190,15
3
22,7
5,30
205,73
4
44,0
12,37
425,92
Local
Local 1 – Pai sobrado; Local 2 – Mata de Valverde;
Local 3 – Monte Novo; Local 4 – Quinta de Sousa.
apanha/árvore
(s)
10
Quadro 2 – Valores registrados, por local, referentes à apanha mecânica de pinha
Nº médio
Peso médio
Média de pinhas
Tempo
pinhas
total de pinhas
derrubadas com
médio de
vibradas/
vibradas/árvore
máquina/árvore
apanha/
árvore
(kg)
(%)
árvore (s)
Todos
22,9
6,44
84,92
31,75
1
26,3
6,10
87,55
29,31
2
6,2
1,31
92,57
37,83
3
24,4
7,41
79,86
29,34
4
41,8
13,97
76,57
30,51
Local
Local 1 – Pai sobrado; Local 2 – Mata de Valverde;
Local 3 – Monte Novo; Local 4 – Quinta de Sousa.
Os valores apresentados para o número médio de pinhas colhidas mecanicamente
por árvore é inferior ao número colhido manualmente já que, naquele, só foram
contabilizadas as pinhas derrubadas pela máquina e não a totalidade das pinhas
existentes na árvore.
Da análise dos resultados dos quadros 1 e 2 pode verificar-se que a produção de
pinha em qualquer dos locais é inferior à descrita na bibliografia para a região de
Alcácer do Sal (200 a 250 pinhas por árvore). De realçar que o valor apresentado na
bibliografia refere-se à média de quatro anos e que o valor encontrado neste primeiro
ano de trabalhos poderá ter coincidido com ano de contra-safra. A produção de pinha
apresenta anos de safra e contra-safra com um intervalo de 4 anos. Em Alcácer do Sal
registam-se após um ano de produção máxima, um de mínima e dois de média (Alpuim,
1998). Os resultados obtidos levam a supor que este é um ano de contra-safra, uma vez
que o número médio de pinhas por árvore não ultrapassa 44. Dos quatro locais Quinta
de Sousa é aquele que apresenta maiores produções médias quer em número quer em
peso de pinha. A Mata de Valverde regista as mais baixas produções. É de realçar que
este povoamento está conduzido para produção de madeira o que pode justificar as
baixas produções.
Os valores referentes à Quinta de Sousa são baseados somente em 90 árvores pois
as correspondentes ao último tratamento foram roubadas. Este é um problema com que
11
se debatem os produtores florestais ao atrasar a colheita da pinha e que a mecanização
desta operação pode minorar.
Analisando o quadro 2 pode-se constatar que a percentagem média de pinhas
derrubadas pela máquina é bastante elevada, tendo como valor mínimo 76,57% (Local
4), máximo 92,57% (Local 2) e um valor médio para todos os locais de 84,92%.
Uma vez que na época em que se realiza a colheita o pinheiro tem igualmente a
produção dos dois anos seguinte, não se interessa só avaliar o desempenho do vibrador
no que se refere às pinhas do ano destacadas mas é importante quantificar os efeitos
negativos que a sua utilização terá nas produções futuras. Assim a queda de cones de 1º
ano, de 2º ano e de estróbilos femininos é igualmente quantificada. O quadro 3
apresenta os valores referentes ao primeiro ano de trabalho.
Quadro 3 – Valores médios cones de 1º ano, de 2º ano e de estróbilos femininos
Médias relativas à campanha 2002/2003
Local
Pai Sobrado
Mata de
Valverde
Monte Novo
Quinta de
Sousa
Número
médio de
estróbilos
femininos
Peso total médio de
ramos verdes
estróbilos e cones (g)
0,07
0,00
17,90
1,80
0,07
0,00
84,38
5,72
1,03
3,66
210,24
1
0,24
0,03
0,00
0,93
3
1
0,64
0,04
0,00
17,57
4
2
4,30
0,23
5,43
66,10
1
1
0,03
0,03
0,00
1,92
3
1
1,39
0,21
0,00
26,39
4
2
4,74
0,22
16,30
74,65
1
1
0,00
0,02
0,00
6,81
3
1
0,27
0,00
0,00
9,12
4
-
-
-
-
-
Tratamento
Data
1
1
0,19
3
1
4
2
1
Número médio de Número médio
cones 1º ano
de cones 2º ano
Data: (1) - Fevereiro
(2) - Março
Tratamento: (1) - Manual
(3) - Mecânico
(4) - Mecânico
Se bem que a queda relacionada com a apanha manual (tratamento 1) é muito
reduzida a registada durante a colheita mecânica (tratamento 2) têm alguma expressão
nomeadamente na última data de colheita. Será um aspecto a considerar, já que os danos
provocados nas produções futuras estão relacionados com o desenvolvimento vegetativo
da árvore que está, por sua vez desenvolvimento relacionado com as condições
12
climáticas verificadas e com o maneio do solo. Os trabalhos em curso poderão fornecer
dados que contribuam para a determinação dos dias disponíveis para a colheita
mecânica de pinha na região em estudo.
No que se refere ao tempo de colheita o tempo de colheita manual, é muito
superior ao da colheita mecânica. A colheita mecânica é feita em aproximadamente
11% do tempo gasto na colheita manual. No tratamento manual o tempo médio de
colheita por árvore refere-se ao somatório do tempo de subida, tempo de apanha e
tempo de descida. No mecânico aquele tempo engloba o tempo de vibração e tempo de
deslocamento médio entre árvores. O tempo de vibração é medido desde que o vibrador
começa a fechar as maxilas até terminar a vibração da árvore sendo o tempo médio de
deslocação entre árvore o tempo que decorre desde que o vibrador inicia a abertura das
maxilas numa árvore até encostar à árvore seguinte. Na apanha manual não foram
contabilizados os tempos mortos entre árvores, que são dependentes do operador e de
este ser pago à jorna ou se recebe em função da massa de pinha colhida por dia de
trabalho.
CONCLUSÕES
Os resultados obtidos permitem constatar a enorme vantagem da colheita
mecânica relativamente à apanha manual quer no que se refere ao número de árvores,
quer à massa de pinha destacada por unidade de tempo. No que se refere ao número e
massa de ramos verdes, estróbilos e cones derrubados durante a colheita a colheita
mecânica registou valores superiores, sobretudo com o avançar da época de colheita.
Este aspecto merece particular atenção já que os pinhais tradicionais são muito
heterogéneos, no que se refere à idade das árvores que constituem os diferentes
povoamentos. Assim encontram-se no mesmo povoamento árvores com grande
discrepância no que se refere à idade e como tal à altura, ao volume de copa e ao
diâmetro do tronco. Esta diferença obriga a que cada árvore tenha de ser encarada de
maneira particular, já que tanto a frequência como o tempo de vibração têm de estar de
acordo com as suas características. Um operador menos criterioso derruba a maior
massa de pinhas possível, independentemente dos danos que possa provocar na árvore e
nas produções dos anos subsequentes. Derruba tanto a produção do ano como a dos
13
anos seguintes.
Aspectos relacionados com a fiabilidade de alguns dos componentes do vibrador,
nomeadamente o revestimento das maxilas e da frente de encosto são aspectos a
melhorar. Especial atenção deverá ser dada à selecção do carregador frontal no qual o
vibrador vai ser montado. É um equipamento pesado e que trabalha suspenso, durante
largos períodos de tempo, não estando, alguns dos carregadores disponíveis no mercado
dimensionados para deste efeito. Uma vez que este equipamento é montado no
carregador frontal do tractor à que ter em consideração que o seu peso é transmitido ao
eixo frontal e provoca deslocação do peso do eixo traseiro para o dianteiro o que
danifica os pneus. Os operadores deverão ser alertados para a necessidade de corrigir a
pressão de enchimento dos pneus e para proceder à lastragem da traseira do tractor.
Uma diminuição da massa deste equipamento será de ter em atenção por forma a reduzir
as cargas por eixo com os benefícios que daí resultarão no que se refere à compactação
do solo e à melhoria das condições de transitabilidade.
O levantamento dos povoamentos, a caracterização das árvores e o seu
relacionamento com os dados referentes ao desempenho do equipamento, permitirão
modelar a actuação do vibrador. Meios auxiliares que, numa primeira fase, permitam,
em função do modelo previamente desenvolvido, informar o operador das
características e do procedimento mais correcto a ter, ou numa fase mais adiantada
automatizar a actuação do vibrador permitirão aumentar a capacidade de trabalho do
equipamento, e como tal reduzir os custos de utilização, e minimizar os efeitos
negativos quer sobre a árvore quer sobre as produções nos anos seguintes.
Estes aspectos, que consideramos fundamentais, merecem a nossa atenção no
desenvolvimento deste equipamento.
AGRADECIMENTOS
Ao Programa AGRO, através do projecto 200 “Colheita mecânica de pinha (Pinus pinea
L.)”, que torna possível a realização de trabalho de investigação em que se baseia a
presente comunicação
14
Aos produtores florestais:
Companhia Agrícola do Monte Novo, Comonte S.A
Dr João Inácio Barata Freixo
Sociedade de Agricultura de Grupo Bicha & Filhos
que com sua disponibilidade, espírito de cooperação e amabilidade permitem a
realização dos ensaios de campo nos seus povoamentos
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Alpuim, Margarida d’; Carneiro, Maria Manuela; Carvalho, Maria Augusta V. de;
Rocha, Maria Eugénia; “Pinheiro Manso, 2ª Parte – Selecção de Povoamentos.
Objectivos e Metodologia”, Instituto Nacional De Investigação Agrária, Estação
Florestal Nacional. UTAD. Vila Real 28 e 29 de Setembro de 1998.
Miles, J.A.; Mehlschau, J.J.; Moini, S.; “Factors Affecting Harvest of Loblolly Pine
Cones” Transactions of the ASAE, 1981, pp. 323-325.
Moini, Samad; Miles, J.A.; “Conifer Cone Harvesting: An Experimental Approach”,
Transactions of the ASAE, 1981, pp. 549-551.
Peruzzi, A.; Mazzoncini, M.; Ciomei, D.; Senesi, G. “Meccanizzazione delle Operazioni
di Raccolta Degli Stobili di Pino Domestico (Pinus pinea L.), Riv.di Ing. Agr. Vol.
4, 1989, pp. 234-238.