CAMPO TÉCNICO
[001] Trata a presente invenção de “método para eletrocussão de plantas daninhas por equipamento de múltiplos eletrodos" utilizando, para tanto método específicos a modelos específicos de eletrodos múltiplos fracionado, os quais através de sistema de comutação eletrônico, aplicam média e/ou alta tensão nas plantas daninhas; mais particularmente trata de um equipamento elétrico provido de um distribuidor eletroeletrônico que controla os períodos em que cada eletrodo múltiplo está sob tensão (período de condução) ou sem tensão (período de corte), melhorando de forma importante o rendimento e a rentabilidade do processo de eletrocussão, além de evitar a formação do arco voltaico.
FUNDAMENTOS DA TÉCNICA
[002] Apesar de todas as pressões para que se reduza o consumo de herbicidas, produto sabidamente tóxico e prejudicial à vida animal e humana, estes ainda são usados abundantemente na agricultura na eliminação de plantas daninhas pelo seu baixo custo e alta eficiência.
[003] O uso de equipamentos eletromecânicos para erradicar as plantas daninhas por meio de descargas elétricas, consiste de processo já bem conhecido, porém ainda não se tornou uma alternativa economicamente viável em função do seu baixo rendimento elétrico e alto investimento, pois exige a construção de equipamentos potentes e de alto custo, para erradicar áreas relativamente pequenas. A utilização de equipamento para eletrocussão de plantas daninhas ficou, então, restrito a cultivos orgânicos, onde o emprego de herbicidas é proibido e o uso de mão de obra para promover a limpeza da área se torna muito dispendioso.
[004] Apesar das áreas de cultivo orgânico estarem crescendo a uma taxa anual importante, ainda representam uma parcela pequena do total das áreas exploradas para o plantio de alimentos, correspondendo a um mercado potencial pequeno, o que impede que a construção deste tipo convencional de equipamento se beneficie da redução do seu custo devido aos ganhos possíveis com a escala de uma produção em série.
[005] A técnica de aplicação da eletricidade para o controle de plantas daninhas na agricultura passou a ser desenvolvida mais intensamente, principalmente a partir da 1a e da 2a guerra mundial (Buret, W.E. 1928, Opp, F.W. ; Collins, W.C. 1935, Opp, F.W. 1952, Poyor, R.R. 1954). Também foi sugerido utilizar na agricultura o tratamento do solo por meio de tensão alternada (Laronze 1982), ou de alta tensão contínua (Krause 1975), aplicada com eletrodos em contato com este.
[006] Em pesquisa efetuada junto ao banco de patentes do Instituto Nacional da Propriedade Industrial - INPI, verificou-se a existência de muitos documentos de patente referentes a equipamentos e/ou processos, que utilizam eletricidade para erradicar plantas daninhas, porém em sua grande maioria, o fazem com custos elevadíssimos. Os documentos encontrados foram analisados enfocando principalmente a forma de como a energia elétrica é transferida para a planta a ser erradicada, ou seja, como são construídos os eletrodos uma vez que é exatamente o aperfeiçoamento destes, bem como sua atuação, o objeto da presente invenção.
[007] Algumas destas patentes se referem ao uso da eletricidade para queimar a parte aérea das plantas por ar ou outro fluido intermediário aquecido com uma resistência elétrica conforme patentes francesa FR 9714315 de 14/11/97 e canadense 1196.318 de 30/06/82. Outras patentes preconizam o uso da eletricidade sob forma de microondas para erradicar plantas manualmente, como as patentes brasileira MU 7700561-9 de 19/03/97 e a americana USA 1419429 de 10/02/72. A patente WO 98/07314 de 16/08/96 ainda propõe aplicar pulsos elétricos de alta tensão por meio de 2 discos sulcando o solo, visando assim destruir as sementes das plantas daninhas, ainda na fase de germinação.
[008] Existem outras patentes que preveem o uso direto da energia elétrica para erradicar por eletrocussão as plantas daninhas utilizando eletrodos construídos das mais variadas formas. A análise dessas patentes foi focada especialmente na maneira de como a energia elétrica é transmitida para a planta.
[009] Assim, as patentes francesa FR 8000477 de 10/01/80 e americana US 4198781 de 22/04/80 preveem a utilização de líquidos condutores de eletricidade para molhar as hastes e folhas das plantas de modo a facilitar o contato eletrodo - planta. Do mesmo modo, a patente alemã 2328705, de 06/06/73 assegura que com tensões entre 10 a 200 v, pode se erradicar as plantas daninhas por meio de eletrodos tipo rolo, tipo disco ou tipo pontas desde que as plantas sejam umedecidas por um liquido condutor de eletricidade. A patente brasileira PI 8403451, de 11/07/84 também prevê o uso de um líquido condutor para facilitar a eletrocussão das plantas daninhas.
[010] A patente americana US 4257190, de 24/03/81 e sua extensão européia 0027440, de 10/10/80 se referem a eletrodos construídos especificamente para erradicar plantas daninhas nas entrelinhas de cultivos não perenes.
[011] Ainda podem ser citadas diversas outras patentes que usam alta tensão para erradicar plantas daninhas por eletrocussão, como segue: - Patente americana: 5806294, de 15/09/98 que descreve um equipamento portátil onde a lâmina de corte é o próprio eletrodo; - Patente européia: 0026248, de 28/09/79 que preconiza o uso da eletrocussão no leito dos trilhos das estradas de ferro; - Patente francesa: 8016340, de 24/07/80 complementado por seus certificados de adição 8100264, de 09/01/91 e 8022996, de 28/10/80 que descrevem o uso de eletrodos tipo tapete metálico e disco terra; - Patentes brasileiras: PI 8505970, de 21/11/85 que prevê o uso de um eletrodo aéreo e um disco terra e a patente PI 9203620, de 22/03/94 que utiliza dois eletrodos aéreos para a eletrocussão.
[012] Todas estas patentes citadas, sejam aquelas citadas que utilizam baixa tensão como as que utilizam média ou alta tensão, têm, em comum, o fato de preconizarem o uso de eletrodos alimentados eletricamente de uma só vez, ou seja, por inteiro, exigindo assim que o equipamento eletrocutor seja projetado para fornecer, instantaneamente, a corrente elétrica necessária para erradicar as plantas daninhas em contato com estes eletrodos. Esta maneira de se alimentar os eletrodos exige o uso de equipamentos elétricos potentes, de custo alto e consumo de energia elevado. Vale ressaltar que apesar de experimentalmente funcionarem, não é possível sua utilização econômica na agricultura.
[013] Em todas as aplicações que usam alta tensão diretamente aplicada em eletrodos que se encontram a uma certa distância da terra, dependendo das condições locais do solo, do ar e das plantas, formam-se arcos elétricos entre eletrodos e terra que além de causarem uma perda de energia pois não passam pelos caules das plantas, representam um risco permanente de início de incêndio quando existir muito material orgânico seco no solo. Neste sentido, a patente brasileira PI 9305305 de 10/12/93, descreve uma campânula parcialmente anaeróbia criada pela insuflação dos gases de exaustão, pobres em oxigênio, do motor diesel que aciona o trator e gerador elétrico. Este método, teoricamente válido para extinguir focos de incêndio, torna extremamente complexo e cara a construção da campânula e de sua conexão ao escape do motor diesel além de reduzir a potência dos motores diesel pela restrição introduzida na exaustão dos seus gases de escape. Esta patente não evita a formação dos arcos elétricos que são a causa primária do fogo, mas apenas apaga o fogo já iniciado e mesmo isto apenas parcialmente e sob determinadas condições.
[014] Como pode ser visto, o requerente realizou um levantamento exaustivo junto ao banco de patentes do INPI, e após análise criteriosa de quase duas centenas de documentos, constatou que todos os documentos de patentes encontrados realizam a eletrocussão das plantas pela aplicação da eletricidade por meio de eletrodo(s), alimentado(s) por inteiro, o que exige correntes elétricas muito altas, sobrecarregando o gerador elétrico e tornando o processo de eletrocussão excessivamente oneroso e também verificou que apenas uma única patente menciona equipamento de extinção dos focos de incêndio que se formam no processo de eletrocussão mas apenas agindo após a formação dos mesmos.
[015] A patente brasileira PI 0201565 de 05/10/01, depositada por este mesmo solicitante, solucionou o problema das correntes a serem fornecidas pelo gerador quando um eletrodo único é alimentado pela alta tensão. Para tanto, referido documento propôs a utilização de um eletrodo composto por mini eletrodos, constituídos de elementos metálicos, de dimensões reduzidas, os quais se movimentam em todos os sentidos, ampliando a sua área de atuação no processo de eletrocussão.
[016] O engenhoso modo de utilizar um mini-eletrodo que toca menos plantas, simultaneamente, exigindo em consequência, uma corrente elétrica menor para cada nível de alta tensão, permite eletrocutar as plantas daninhas numa largura maior devido aos seus movimentos. O equipamento, entretanto, apresentou, quando em testes em campo, problemas construtivos no que se refere à ligação entre as partes móveis do mini-eletrodo e o sistema gerador da alta tensão. Devido à formação de arcos elétricos entre as partes móveis e as partes fixas estas ligações são destruídas rapidamente.
[017] Outro problema apresentado nos testes em campo foi o baixo rendimento energético, porquê além da energia consumida na eletrocussão propriamente dita, é necessário, ainda, fornecer energia para realizar os movimentos mecânicos dos mini- eletrodos no meio da massa de plantas daninhas a serem erradicadas, além de também suprir as perdas causadas pelos arcos elétricos que se formam entre mini-eletrodos e terra.
[018] Assim sendo, como dito acima, apesar de ser um engenhoso meio de aplicação de mini-eletrodos para eletrocussão de plantas daninhas, os testes de campo mostraram ser, por enquanto, inviável economicamente a utilização deste equipamento, o que resultou na busca de nova tecnologia que permitisse reproduzir o mesmo efeito de “menos plantas serem tocadas simultaneamente pelos eletrodos colocados sob tensão”, sem, contudo, utilizar movimentação mecânica dos mesmos.
BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
[019] Para solucionar os problemas e inconvenientes dos eletrodos descritos nas patentes citadas como estado da arte, bem como visando utilizar o mesmo princípio de redução do número de plantas sendo eletrocutadas simultaneamente, proposta no pedido anterior do mesmo requerente, porém sem qualquer movimento mecânico, a presente solicitação trata de um método para eletrocussão de plantas daninhas por comutação eletrônica de eletrodos múltiplos ou fracionados para eletrocussão de plantas daninhas que, além de reduzir os custos do uso de média e/ou alta tensão para erradicar plantas daninhas, permitindo visualizar a futura eliminação de herbicidas, também elimina o risco de incêndio inerente aos processos de eletrocussão; referidos eletrodos múltiplos ou fracionados são montados de maneira imóvel no equipamento e, por serem colocados sob tensão apenas nos períodos de condução controlados por um distribuidor eletroeletrônico, reduz assim o número de plantas eletrocutadas por cada eletrodo múltiplo e em consequência reduzindo, de modo importante, a potência do gerador elétrico e eliminando os arcos elétricos.
[020] A presente invenção, diferentemente dos equipamentos eletrocutores hoje existentes no mercado e no estado da técnica, permite utilizar geradores elétricos muito menos potentes, portanto, efetua a eletrocussão das plantas daninhas com um consumo de energia reduzido. Isto é alcançado fracionando-se o eletrodo, de forma a continuar cobrindo toda a extensão de área a ser eletrocutada, fracionamento este que resulta em diversos eletrodos menores, isolados eletricamente um do outro, alimentando cada um com alta e/ou média tensão, independentemente um do outro. Deste modo, reduz se a corrente elétrica àquela necessária para erradicar as plantas daninhas em contato com um único eletrodo múltiplo ou fracionado.
[021] A comutação entre o período de condução e o período de corte de cada eletrodo múltiplo é definida de tal modo que cada planta seja tocada pelo menos uma vez, durante o seu movimento de translação. Esta comutação é feita por um distribuidor eletroeletrônico, integrante da presente solicitação.
[022] Em nenhum dos documentos encontrados no estado da arte ou em atuação no mercado, está previsto a eletrocussão realizada por eletrodos múltiplos ou eletrodos fracionados, tal como mencionado na breve descrição acima.
[023] A presente invenção, por outro lado, evita a formação dos arcos elétricos reduzindo a ionização do ar na área de ação da média e/ou alta tensão, limitada ao período de condução e também extingue rapidamente, durante o período de corte, os poucos arcos que, porventura, ainda se formaram fazendo com que a energia liberada pelos mesmos seja menor que a necessária para iniciar um foco de incêndio.
[024] Sendo assim, os aperfeiçoamentos introduzidos no equipamento, e que serão melhor explicados adiante, permitem que a eletrocussão das ervas daninhas seja realizada de forma econômica e competitiva com os processos que utilizam herbicidas tão nocivos à saúde, sem risco de incêndio.
DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[025] A complementar a presente descrição de modo a obter uma melhor compreensão das características do presente invento e de acordo com uma preferencial realização prática do mesmo, acompanha a descrição, em anexo, um conjunto de desenhos, onde, de maneira exemplificada, embora não limitativa, se representou o seguinte: A figura 1 ilustra, de uma forma geral, o estado da arte encontrado nos documentos de patente, onde é ilustrada a fonte de eletricidade (a), de baixa tensão mono ou trifásico (BT), alimentando um transformador (TR) elevador de tensão para alta (HT) ou média (MT) tensão que alimenta um único eletrodo (E1) que toca simultaneamente todas plantas (P); percebe-se que, neste caso, há a existência do arco voltaico (A) em função da ionização do ar entre eletrodo e solo; A figura 2, representa, através de mesmo esquema simbólico, o pedido de patente PI 0201565 do mesmo solicitante, onde é visualizada a fonte de eletricidade (a), de baixa tensão mono ou trifásico (BT), alimentando um transformador (TR1) elevador de tensão para alta (HT) ou média (MT) tensão que alimenta um mini- eletrodo (E2) equipado com movimentação mecânica de vibração, rotação, ou outras, tocando simultaneamente um número bem menor de plantas (P) mas atingindo o mesmo número anterior, em função de seus movimentos; percebe-se que, neste caso, também há a existência do arco voltaico (A1) em função da ionização do ar entre eletrodo e solo; A figura 3 trata de ilustrar a presente invenção através do mesmo esquema simbólico, onde o equipamento passa a ser montado com um gerador ou fonte de eletricidade (2), de baixa tensão (BT) que alimenta um distribuidor eletroeletrônico (3) que distribui, em baixa tensão e de maneira cíclica, energia para transformadores elevadores de tensão (4) que, por sua vez, alimentam individualmente, em alta e/ou média tensão (HT/MT), cada um dos dois eletrodos múltiplos ou fracionados (7) mas podendo ser em qualquer número; como se percebe, o tempo de ionização é limitado ao período de condução reduzindo ao mínimo os arcos voltaicos e os que, porventura, ainda se formarem serão extintos durante o período de corte; a figura 4 mostra em melhores detalhes a construtividade do equipamento, onde um motor a explosão (1), aciona, diretamente ou através da tomada de força do trator, um gerador elétrico (2), de baixa tensão mono ou trifásico, alimentando um distribuidor eletroeletrônico (3) que permite a transmissão da baixa tensão para cada uma de suas diversas saídas, conectadas por sua vez a um transformador elevador de tensão (4), que fornece energia elétrica em média e/ou alta tensão, por meio de uma conexão (6), individualmente, para cada eletrodo múltiplo ou fracionado (7), tendo sido transformada em corrente contínua, ou não, por um retificador de corrente (5), fechado o circuito elétrico pelo solo (8) e pelo disco terra (9); a figura 5 mostra uma variação construtiva onde a energia elétrica de cada eletrodo múltiplo ou fracionado (7), transformada em corrente contínua, ou não, por um retificador de corrente (5), fecha o circuito elétrico pelo solo (8) e pelo eletrodo aéreo (10); a figura 6 mostra de maneira não limitativa, diversos exemplos, de um eletrodo constituído por 2 (dois) ou mais eletrodos múltiplos ou fracionados (7) que podem ter diversos formatos, tais como tipo pente (11), tipo barra (12), tipo placa (13), tipo arame armado (14) ou quaisquer outros, conectados, cada um, a sua fonte de alta/média tensão por meio da conexão (6).
DESCRIÇÃO DETALHADA DO OBJETO
[026] A presente invenção se refere a um “MÉTODO PARA ELETROCUSSÃO DE PLANTAS DANINHAS POR EQUIPAMENTO DE MÚLTIPLOS ELETRODOS”, equipamento do tipo eletromecânico gerador de descargas elétricas e método para erradicar plantas daninhas, onde a energia elétrica é transferida para a planta a ser erradicada através de eletrodos múltiplos ou fracionados (7).
[027] Segundo a presente invenção, o equipamento é composto por um motor a explosão (1) acionando, diretamente ou através de uma tomada de força de um trator, um gerador elétrico (2), de baixa tensão mono ou trifásico, com frequência entre 10 e 240 ciclos por segundo alimentando, em baixa tensão, um distribuidor eletroeletrônico (3) que comuta/alterna períodos de condução de energia com períodos de corte de energia numa variação entre 0,01 e 2,0 segundos, em cada uma de suas saídas; referido distribuidor transmite energia para cada uma de suas diversas saídas, sendo cada uma destas saídas conectada a um transformador elevador de tensão (4) que eleva a tensão fornecida pelo distribuidor (3) para 1.000 até 35.000 volts, passando a fornecer a energia elétrica em média e/ou alta tensão, transformada, ou não, em corrente continua por um retificador (5), para cada eletrodo múltiplo ou fracionado (7), seja do tipo pente (11), barra (12), placa (13), arame armado (14) ou outros adequados, por meio de uma conexão (6); o circuito elétrico fecha-se no solo (8) tanto pelo disco terra (9) como por eletrodo aéreo (10).
[028] Para um melhor entendimento da invenção objeto deste documento e de sua importância para seu uso no processo de eletrocussão de plantas daninhas, compara- se, em seguida, duas situações distintas trabalhando com ou sem eletrodos múltiplos ou fracionados.
[029] Em um cultivo de laranja, usado como exemplo a seguir, é prevista a aplicação da eletrocussão em uma faixa de 2,0 metros {m}, em área infestada de plantas daninhas que, em função de seu tipo e densidade exigem a aplicação de 25 quilo-watts {Kw} por metro de largura de eletrodo de modo a assegurar que cada planta receba uma descarga elétrica com energia suficiente para matá-la.
[030] Caso 1 (estado da técnica): Utilizando um eletrodo único de 2,0 metros {m}, alimentado por um só transformador, a potência necessária do equipamento elétrico é, neste caso, 50 Kw {2,0 m x 25 Kw/m} e o consumo de óleo diesel para a eletrocussão é de 14 l/h. Somando-se o consumo de óleo diesel de 5 l/h necessário para deslocar o trator juntamente com equipamento eletrocutor, obtém-se, para o Caso 1, um consumo total de 19 l/h de óleo diesel. A potência necessária para a eletrocussão, 50 Kw, somada a potência de deslocamento do trator e do equipamento eletrocutor de 18 Kw, implica que o trator deverá ter um motor diesel de pelo menos 68 Kw. Como os tratores nos cultivos de laranja, citrus em geral, café, maçã e outro de mesmo porte normalmente usam trator de no máximo 55 Kw, será necessário instalar-se um motor diesel (1) adicional apenas para acionar o gerador (2) aumentando, assim, o investimento em de cerca 50 %.
[031] Caso 2 (novidade): Neste caso utilizam-se pelo menos dois eletrodos múltiplos (7), seja do tipo pente (11), barra (12), placa (13) ou arame armado (14), cada um medindo 1,0 metro, alimentados por dois transformadores independentes (4), conectados ao gerador (2) através de um distribuidor eletro-mecânico (3), ajustado para que um eletrodo múltiplo (7) esteja sob tensão (período de condução), enquanto o outro eletrodo múltiplo (7) está sem tensão (período de corte); o ciclo total destes dois períodos, com tensão e sem tensão, é tal que, cada planta, receba pelo menos uma descarga elétrica dependendo da velocidade de deslocamento horizontal dos eletrodos múltiplos (7); o período de condução de eletricidade também é ajustado de modo que não haja tempo para ocorrer a ionização do ar entre os eletrodos múltiplos (7) energizados e o solo, evitando-se, como consequência, a formação de arcos voltaicos entre estes dois pontos; o período de corte permite a extinção dos arcos eventualmente formados.
[032] Verificou-se experimentalmente que, para se ter uma mesma qualidade de erradicação de ervas daninhas como aquela obtida do caso 1, é necessário aumentar a potência aplicada nos eletrodos de 30% passando a 32,5 Kw/m de eletrodo, mas apenas um e somente um eletrodo múltiplo (7) estará simultaneamente sendo alimentado pelo distribuidor eletroeletrônico (3). Utilizando um eletrodo múltiplo (7) de 1,0 metros {m}, alimentado por um só transformador, a potência necessária do equipamento elétrico é, neste caso, 32,5 Kw {1,0 m x 32,5 Kw/m} e o consumo de óleo diesel para a eletrocussão é de 9,1 l/h. Somando-se o consumo de óleo diesel de 5 l/h necessário para deslocar o trator juntamente com equipamento eletrocutor, obtém-se, para o Caso 2, um consumo total de 14,1 l/h de óleo diesel. A potência necessária para a eletrocussão, 32,5 Kw, somada a potência de deslocamento do trator e do equipamento eletrocutor de 18 Kw, implica que o trator deverá ter um motor diesel de pelo menos 50,5 Kw, potência esta bem adequada para os tratores normalmente utilizados nos cultivos em geral, tornando desnecessária a instalação de um motor diesel adicional para acionar apenas o gerador (2), como no caso 1 anteriormente descrito.
[033] Conforme pode se constatar da análise dos dois casos acima apresentados, o uso de um equipamento de comutação eletrônico alimentando os eletrodos múltiplos ou fracionados (7) permite reduzir a potência necessária do equipamento de eletrocussão, bem como o consumo de óleo diesel e o investimento.
[034] Outra vantagem da utilização do equipamento no Caso 2, reside no fato de que também se elimina o risco de incêndios evitando-se, primeiramente, a ionização do ar existente entre eletrodos e terra, limitando a duração do período de condução do distribuidor eletroeletrônico (3) e reduzindo a possibilidade de ocorrer a formação de arcos elétricos; em segundo lugar extinguindo, durante o período de não condução (corte) do mesmo distribuidor eletroeletrônico (3), todo e qualquer arco, que, porventura, ainda tenha sido formado.
[035] Ao se utilizar o presente equipamento inovado reduz-se, substancialmente, os custos e riscos que atualmente impedem a substituição, com eficiência, do uso de herbicidas pelo processo de eletrocussão.
[036] É importante entender que a presente invenção não limita sua aplicação aos detalhes e etapas aqui descritos. A mesma é capaz de outras modalidades e de ser praticada ou executada em uma variedade de modos, ficando entendido que a terminologia empregada tem a finalidade de descrição e não de limitação.