O papel da transmissão CVT na economia de combustível e eficiência operacional de tratores

Com o avanço da agricultura no Brasil houve um aumento na produtividade, principalmente pelo avanço de novas tecnologias. Os produtores rurais estão cada vez mais exigentes porque se tornaram altamente dependentes da mecanização agrícola, e o trator agrícola é o elemento fundamental na elevação dos padrões produtivos.  

Os tratores agrícolas são movidos por motores que transformam energia térmica em mecânica e  posteriormente são transferidas para o eixo, que movem os rodados e disponibiliza potência por meio da barra de tração, possibilitando que tracione e reboque implementos agrícolas também oferecendo potência necessária para que alguns trabalhem parados.

Basicamente, os tratores se deslocam pela gestão do motor e da transmissão, porém o motor sempre está acoplado em um sistema de transmissão, que tem por finalidade fornecer rotação e/ou torque.

As transmissões são classificadas, basicamente, em: mecânica (engrenagens deslizantes e sincronizadas), hidrostáticas e hidrodinâmicas. Porém, tem a transmissão automática que permite a mudança sem o uso da embreagem, ou seja, o eixo de entrada continua solidário a rotação do motor não interrompendo a transmissão de potência.

Durante a década de 50 iniciou-se o uso do sistema CVT (Continuously Variable Transmission) em algumas máquinas agrícolas, e as colhedoras lideravam esse uso, pois além de ser responsável pela movimentação do implemento também aplicava-se no sistema mecânico para a trilhagem dos grãos, porém, não era utilizada em larga escala.

Assim, com o avanço da tecnologia em automóveis, a transmissão automatizada também começou a ser adotada com mais frequência em tratores agrícolas no Brasil, e pouco a pouco vem conquistando produtores e operadores devido à comodidade, conforto e durabilidade. Essas transmissões automáticas são classificadas em semi power shift e full power shift sendo feita a troca de marcha  no joystick, sem que seja necessário o uso da embreagem ou totalmente mecanizada, respectivamente.

Mas a transmissão que tem se proliferado e vem chamando bastante atenção é a CVT que é equipada com um sistema de controle que possibilita ajustar a relação de transmissão e a rotação do motor que proporciona uma operação com o ponto máximo de eficiência no consumo de combustível, portanto, é capaz de oferecer maior potência do motor com alcance de máxima eficiência, sem o uso de marchas. 

A sua maior durabilidade acontece porque não é necessário acionar o pedal de embreagem para efetuar as trocas de marcha, ou seja, permite que seja precisa e suave, lembrando que há embreagem continua presente no sistema, porém não é necessário que o operador faça seu uso. Com uma simples alavanca de cambio é possível que o operador, escolha as trocas de marcha automática ou mesmo as aumente ou reduza de modo sequencial em um único botão.

Mas basicamente a transmissão CVT mais comum é a do tipo fricção, que tem o funcionamento baseado em dois corpos que se atraem no contato em pontos da distância variando as cunhas da rotação e assim permite que a friccção transfira toda a energia gerada de um corpo ao outro, em algumas vezes pode estar contido no sistema um terceiro corpo, que pode ser uma roda ou uma correia.

Como benefícios e características pode-se citar a eliminação do “choque da troca” fazendo que seja suavizada a troca de marcha; diminuição do consumo de combustível; mantém o motor na sua melhor faixa de potência independente da velocidade que está exercendo; menos perdas de potência; não fica “procurando” marcha com a diminuição da velocidade, facilitando no trabalho em terrenos com declives, além de ser tornar atraente sob o ponto de vista ambientalista devido redução na poluição atmosférica. 

A necessidade de se desenvolver a tecnologia CVT na agricultura foi com a intenção de reduzir o consumo de combustível, pois é um dos custos mais elevados nas operações agrícolas desenvolvidas, como a subsolagem, aração e gradagem que também está ligado diretamente a adequação do trator, tipo de implemento, profundidade e quantidade de operação, tipos de solo dentre outros.

O consumo de combustível em algumas operações agrícolas tem como influência também o lastro, a força que a barra de tração está demandando, o tipo de pneu utilizado, a declividade de trabalho, o uso de tração dianteira auxiliar, a velocidade de deslocamento, e outros além de observar a seleção de marchas durante o trabalho.

Com base em todos os fatores que influenciam o consumo de combustível de um trator agrícola, a rotação do motor tem importância direta, pois ao aumentar a velocidade é necessário que se aumente a rotação o que acarreta na queda de torque e consequentemente aumento do consumo.

Os motores diese apresentam uma maior eficiência e torque pois possuem uma maior capacidade em admitir oxigênio resultando em maior tempo para completar o ciclo da combustão, assim operam com menores rotações e a tendência de menor consumo de combustível é certa. Porém, os motores agrícolas apresentam maior consumo de combustível quando atingem a rotação de potência máxima e o acelerador no máximo, assim tende a diminuir o consumo com a queda de rotação.

Portanto, a finalidade da transmissão CVT é selecionar uma rotação constante do motor com a trasmissão oferencendo a possibilidade de alterar a velocidade de forma que sempre seja adequadas com a operação que está sendo realizada, assim, é possível que se mantenha uma baixa rotação e consequentemente uma maior economia no consumo de combustível.

Teste em campo

Para avaliar a relação entre a rotação do motor e o consumo horário de combustível em um trator com transmissão CVT foi realizado um estudo utilizando um trator para teste da marca New Holland, modelo T 7070 com potência nominal de 167 kW (227 cv), motor diesel intercooler turbocompressor com 6 cilindros, sistema de combustível common rail, transmissão CVT (Continuously Variable Transmission), 4x2 MFWD 4WD. Os pneus utilizados foram Trelleborg, sendo na dianteira modelo 600/65 R28 com pressão de 12 psi (82 kPa) com 40% de lastro hidráulico e na traseira 710/70 R38 com pressão de 14 psi (96 kPa) com 40% de lastro hidráulico (água), ambos single e com capacidade de carga de 4789 Kg (46,97 kN) no eixo dianteiro e 8819 Kg (86,49 kN) no eixo traseiro,  que proporcionou antecipação de 2,0 %. O peso total do trator era de 12.280 Kg (120,43 kN) sendo 5172 Kg (50,73 kN) na dianteira e 8819 Kg (86,49 kN) na traseira. 

Nas avaliações de simulação de cargas na barra de tração foi utilizado um trator de 340 cv que se ligava ao trator teste através de um cabo de aço e realizava frenagens controladas, iniciando com o trator teste em movimento até atingir as cargas desejadas. A coleta de dados foram fornecidos através de uma célula de carga alocada na barra de tração e instantaneamente enviadas para um sistema de aquisição de dados de placa de circuito impresso projetado em software Proteus 8.1 (Labcenter Eletronics) sendo a frequência de aquisição de um hertz posteriormente os dados armazenados em um disco rígido (HD externo). Os dados coletados foram submetidos a uma análise de regressão polinomial com o auxílio do software SigmaPlot (Systat Software, 2006) que é um assistente gráfico interativo que oferece a opção de modelagem e visualização dos dados técnicos. 

Após as análises dos dados, foi possível observar que o trator conseguiu sua maior rotação do motor quando a barra de tração estava com uma força de 6000 kgf e consequentemente houve aumento no consumo horário de combustível (CHC) pois é exigido uma maior potência do motor para o aumento de torque.

Foi possível concluir na pesquisa sobre a transmissão CVT que o consumo horário de combustível é influenciado tanto pela rotação do motor como também pela força na barra de tração, ou seja, as duas exigem do motor. Com o aumento da força na barra de tração, foi possível notar que a rotação por minuto respondeu de maneira linear, ou seja, é necessário aumentar a rotação do motor para se obter maior torque para tracionar carga, ou seja, quanto mais rotação maior será o torque do trator.

*Por Yasser Alabi Oiole, Leonardo Leonidas Kmiecik, Marcos Cristiano Machioski, Thiago Xavier da Silva e Samir Paulo Jasper, do Laboratório de Adequação de Tratores Agrícolas