Technical and economic analysis of a forest harvest system

Os sistemas de colheitas manuais foram os primeiros a serem adotados, em sua maioria, na exploração de florestas nativas, sem a preocupação com a racionalização e produtividade das atividades. No Brasil, as primeiras operações de colheita florestal foram realizadas ao longo da costa, na época da descoberta, e a principal espécie comercializada foi o pau-brasil. A seleção de máquinas e o desenvolvimento de sistemas operacionais constituem o grande desafio para a redução dos custos e da dependência de mão-de-obra nas operações de colheita e transporte florestal. Esta pesquisa teve como objetivo geral otimizar o sistema de colheita florestal, sendo os objetivos específicos: avaliar as características técnicas e econômicas das máquinas, simular o esforço tratório do trator Skidder e desenvolver um dispositivo eletrônico para marcação automática do ponto de traçamento da madeira. A análise técnica do sistema consistiu de um estudo de tempos e movimentos, com os objetivos de identificar e analisar os elementos do ciclo operacional de cada máquina estudada, bem como suas interrupções. A análise econômica consistiu na determinação dos custos operacionais e da produção das máquinas. Para avaliar os valores do Feller-Buncher e da Garra Traçadora, foi empregado um delineamento estatístico inteiramente casualizado com seis repetições, em esquema de parcelas subdivididas. Adotaram-se como parcelas as operações que compõem o ciclo operacional das máquinas e, como subparcelas, os níveis de produtividade da floresta de 100, 200 e 300 m3 ha-1. Os valores foram submetidos à análise de variância e ao teste de Tukey a 5% de probabilidade. Para avaliar o efeito dos tempos gastos nas operações do ciclo operacional do Skidder nas produtividades de 100, 200 e 300 m3 ha-1 e nas distâncias de arraste de 100, 200 e 300 m, assim como avaliar suas interações quando significativas, utilizou-se um delineamento estatístico em blocos casualizados em esquema fatorial 6 x 3 x 3, sendo seis operações, três produtividades e três distâncias de arraste, com quatro repetições. Os valores foram submetidos à analise de variância e ao teste de Tukey a 5% de probabilidade. Para modelagem do comportamento dinâmico do trator arrastador Skidder, implementou-se o modelo proposto pela Standard 497.4 (ASAE, 2000), desenvolvendo um programa computacional para predizer o comportamento da eficiência de tração, da força e da potência disponível na pinça do trator Skidder. Para realizar as simulações, utilizou-se a linguagem de programação VISUAL BASIC, versão 6.0. Para a simulação do esforço tratório do Skidder, foram fornecidos ao programa as características dos rodados motrizes, as especificações dos pneus, os parâmetros operacionais e as propriedades do terreno. E para o controle do ponto de traçamento dos toretes foram utilizados: um contador controlador programável linha TP 02, marca WEG, que funciona através de um gerador de pulsos baseado em sensor de proximidade do tipo indutivo, modelo M 12 X 1 CC, com invólucro metálico, proteção contra curto-circuito e rearme automático. De acordo com os estudos, concluiu-se que: o Feller-Buncher registrou o maior custo de produção dentro do sistema e foi a máquina principal do sistema, cuja capacidade produtiva se baseou na sua produtividade, com capacidade de 6.197,93; 10.623,09; e 18.328,99 m3 mês-1, trabalhando em florestas de 100, 200 e 300 m3 ha-1, respectivamente. O modelo de simulação apresentou valores de força de tração simulados semelhantes aos dos experimentos da altura de arraste, sendo a máxima altura o maior esforço. Os resultados foram conclusivos, uma vez que, para uma patinagem de 6 a 9%, os valores não apresentaram diferenças significativas, independentemente da altura de arraste, sendo que na altura máxima o trator apresentou seu maior esforço. Os valores encontrados nos comprimentos dos toretes quando medidos pelo dispositivo eletrônico e pela tora-padrão ficaram próximos do desejado e estatisticamente não apresentaram diferenças. O sensor utilizado não foi capaz de zerar automaticamente os valores quando o operador ultrapassou a medida desejada. Os valores de tempo não foram satisfatórios, sendo os medidos pelo dispositivo superiores ao mensurados com a tora-padrão. O dispositivo não apresentou valores de tempo de traçamento que viabilizasse sua utilização, necessitando de ajustes principalmente quanto ao tempo de traçamento. Para otimização do sistema, concluiu-se que este deve trabalhar em floresta de 300 m3 ha-1 e com distância de arraste de até 200 m.Hand logging systems were the first adopted, mostly, in the exploitation of native forests, with no concern with the rationalization and productivity of such activities. In Brazil, the first activities of forest harvesting were carried out along the coast, at that time of discovery, when the main traded species was brazilwood. Machine selection and development of operating systems constitute a great challenge to the reduction of costs and dependence on labor in harvesting operations and forest transport. The general objective of this research was to optimize the forest harvesting system, and the specific ones were to evaluate the technical and economic characteristics of the machines, simulate the tractive effort of the Skidder and to develop an electronic device for automatic demarcation of wood bucking point. The technical analysis was based on a study of times and movements to identify and analyze the phases of the operating cycle of each studied machine and their delays. The economic analysis consisted of determining machine operating and production costs. Feller-Buncher and Slacher data were evaluated in a complete randomized design, with six replications, in a split-plot arrangement, with the phases of the machine operating cycle in whole plots and the levels of productivity 100, 200 and 300 m³ ha-1 in subplots. Data were subjected to analysis of variance and the Tukey test at 5% of probability. To evaluate the effect of the times spent in the operating cycle by the Skidder at the productivity levels of 100, 200 and 300 m³ ha-1 and the dragging distances of 100, 200 and 300 m, as well as evaluating the significant interactions, a randomized block design was used, in a 6x3x3 factorial arrangement (six operations, three productivities and three dragging distances), with four replications. Data were subjected to analysis of variance and the Tukey test at 5% of probability. To model the dynamic behavior of the skidding tractor we used the model proposed by the Standard 497.4 (ASAE, 2000), developing a piece of software to predict the efficiency behavior of traction, force and the available potency on the log tong of the Skidder. To accomplish the simulations, a piece of software was developed using the programming language VISUAL BASIC version 6.0. To simulate the Skidder tractive effort, the program was supplied with data on wheel characteristics, tire specifications, operational parameters and soil properties. The control of bucking length used a TP 02 WEG programmable counter, working through a pulse generator based on an inductive proximity sensor M12 X 1 CC in metal housing, with protection against short circuit and automatic rearming. The results led to the conclusion that the Feller-Buncher recorded the highest production cost and was the most important machine within the system, with productive capacity based on its productivity, i.e., 6,197.93, 10,623.09, and 18,328.99 m³ month-1, when working in forests of 100, 200 and 300 m³ ha-1 respectively. The simulation model generated values for simulated traction force similar to the experiments of dragging heights, with the maximum height giving the largest effort. The results were conclusive, since for 6 to 9% skidding, there were no significant differences, independently of the dragging height, and at maximum height the tractor showed the largest effort. The values found for the log lengths when electronically measured and by the standard log were close to the required and showed no significant differences. The sensor was not automatically capable of reset the values when the operator surpassed the required length. The time values were not satisfactory, being the ones electronically measured above those measured with the standard log. The device produced no bucking times feasible for its use, needing adjustment. For optimization, the system should work in a 300 m³ ha-1 forest with dragging distance up to 200 m, with volumes of bunches larger than the currently in use