A Flory Industries é cobrada pela colheita de nozes

Os elevadores de campo desempenham um papel vital na colheita de nozes, como amêndoas, pecãs, avelãs, nozes e pistaches. Usados para transferir as nozes para caminhões-tanque ou pilhas de estocagem, eles facilitam o processamento de 22.600 a 113.300 kg de produto por dia durante a colheita de outono.

Dizem que o elevador elétrico de campo Flory 4840E elimina até 57 kg de emissões de carbono por máquina em campo diariamente. (Foto: Flory Industries)

Elevadores de campo movidos a diesel podem passar cerca de 80% do seu ciclo de trabalho em marcha lenta entre as cargas, respondendo por cerca de 45% do consumo total de combustível. Esses longos períodos de operação improdutiva, intercalados com a necessidade de energia instantânea, tornam este equipamento um alvo ideal para um trem de força eletrificado.

A Flory Industries, fabricante líder de equipamentos para colheita de nozes, reconheceu o potencial da eletrificação nessa aplicação e procurou possíveis fornecedores.

“No início de 2023, nos reunimos com vários dos grandes fabricantes de equipamentos originais (OEMs) que oferecem baterias de íons de lítio de grande porte”, disse Kyle Dreyer, engenheiro da Flory Industries. “Escolhemos a Caterpillar devido ao suporte incomparável que eles nos deram em projetos de motores a diesel. Sabíamos que a Cat e nossa concessionária Cat, a Holt da Califórnia, seriam inestimáveis para levar este projeto da concepção à conclusão.”

O projeto de demonstração resultante se tornou a primeira apresentação de um protótipo de máquina por um OEM terceirizado usando a solução de bateria da Caterpillar.

Componentes da eletrificação

O protótipo do elevador elétrico de campo Flory 4840E utiliza um portfólio de componentes de trem de força elétrico Rexroth eLion — incluindo um motor elétrico de 130 hp — emparelhado com uma bateria de íons de lítio Cat de 600 volts e 64 kWh.

O projeto de demonstração é a primeira apresentação de um protótipo de máquina por um OEM terceirizado usando a solução de bateria da Caterpillar. (Foto: Flory Industries)

“Optamos pelo portfólio de componentes eLION da Rexroth porque eles poderiam fornecer tudo o que precisávamos para alimentar e carregar nosso elevador”, disse Dreyer. “O suporte da Rexroth e do nosso parceiro de integração da Rexroth, a Hydraulic Controls Inc., foi outro fator decisivo.”

Os componentes operam de 275 a 825 VCC. "Isso nos motivou a usar a bateria Caterpillar de 600 volts – e porque 600 volts seriam energia suficiente para quaisquer máquinas que eletrificássemos no futuro", destacou Dreyer. "A bateria Caterpillar foi projetada internamente e possui um design modular flexível. Esses dois fatores nos deram a confiança de que seria um projeto confiável e que não correria o risco de problemas na cadeia de suprimentos."

Os componentes da bateria e do trem de força elétrico exigem refrigeração líquida. "Recorremos à AKG, que tem sido uma fornecedora confiável de sistemas de refrigeração para nossos motores. A família de produtos AKG Green tinha as soluções que precisávamos", disse Dreyer. "Usamos o Sistema de Gerenciamento Térmico de Bateria de 5 kW para o circuito da bateria. E usamos o sistema de Resfriamento de Eletrônica de Potência de alta resistência para manter os componentes do eLion na temperatura ideal."

Solução integrada

A Holt of California, revendedora local da Cat, aplicou seu conhecimento específico da arquitetura de equipamentos e ciclos de trabalho da Flory para fornecer suporte diário de engenharia, integração e testes para o projeto de demonstração.

Os engenheiros estão otimizando o sistema com o objetivo de permitir uma operação diária padrão de 10 horas em campo com uma única carga, com recarga completa durante a noite. A equipe está integrando as baterias a inversores, motores, controles eletrônicos, serviços digitais e outras tecnologias críticas em uma solução de alta densidade energética que, segundo a Caterpillar, atende a preocupações comuns dos usuários e demonstra os inúmeros benefícios.

Ao substituir o motor tradicional por um trem de força eletrificado, o novo sistema elimina até 57 kg de emissões de carbono por máquina em campo diariamente, além de eliminar os custos de compra, transporte e armazenamento de diesel. Um elevador de campo a diesel pode consumir cerca de US$ 95 em combustível por dia de trabalho de 10 horas, disse Dreyer, enquanto o elevador de campo elétrico 4840E consumirá apenas US$ 5 em eletricidade no mesmo período.

O 4840E também fornece torque instantâneo. "A máquina nunca parou por causa de uma correia sobrecarregada. Elevadores a diesel ocasionalmente param e exigem que o agricultor retire as porcas da correia com uma pá", destacou Dreyer.

O baixo nível de ruído é outro benefício. "O 4840E é praticamente silencioso entre as descargas", disse Dreyer. "A redução de ruído é ótima para residências próximas e foi um recurso surpreendentemente popular entre os trabalhadores rurais."

Além disso, Dreyer disse que o Distrito de Controle de Poluição do Ar do Vale de San Joaquin pode cobrir até 85% do custo do modelo elétrico se o fazendeiro entregar um antigo elevador a diesel.

Bateria Cat no elevador elétrico de campo Flory 4840E. (Foto: Caterpillar)

O desenvolvimento está em andamento

Os engenheiros da Flory estão coordenando o projeto de demonstração na sede e no centro de desenvolvimento da empresa em Salida, Califórnia, com o apoio das equipes da Caterpillar e da Holt of California localizadas na região de Sacramento. O protótipo inicial concluiu com sucesso um teste completo de colheita em 2024 (veja abaixo).

De acordo com Dreyer, a Flory Industries espera usar o projeto para ganhar experiência em sistemas de transmissão elétricos a bateria, para que esteja pronta quando as regulamentações ou os avanços tecnológicos tornarem a eletrificação a solução preferida.

“Também queríamos construir relacionamentos com fornecedores no setor de energia elétrica a bateria”, disse ele. “Na agricultura, há muitas máquinas com motores a diesel de baixo ciclo de trabalho. Assim como nosso elevador de campo, elas serão um ótimo argumento para a mudança para energia a bateria.”

O projeto 4840E já está se mostrando um assunto de conversa entre agricultores sobre suas opiniões sobre equipamentos elétricos e os desafios de recarga em áreas remotas.

“Os agricultores estão realmente receptivos à energia elétrica a bateria”, disse Dreyer, “especialmente quando isso pode reduzir seus custos de propriedade”.

As unidades piloto do elevador elétrico 4840E estão programadas para estarem disponíveis para os clientes em 2025, com produção total prevista para 2026.

Nota do editor: O projeto de demonstração do protótipo da Caterpillar e da Flory Industries foi finalista do prêmio Aplicação de Produto Off-Highway do Ano do Power Progress Summit Awards de 2024.

Resultados dos testes de campo

Concluído durante a temporada de colheita de outono na região do Vale Central da Califórnia, o teste de campo do elevador elétrico de campo Flory 4840E demonstrou com sucesso como um trem de força alimentado por bateria de 600 volts pode oferecer o desempenho, a confiabilidade e a durabilidade atualmente fornecidos por um motor diesel convencional de 74 hp, ao mesmo tempo em que reduz a manutenção e opera com zero emissões de escapamento, afirmou a Caterpillar.

Com o apoio da Holt, da Califórnia, o protótipo foi testado durante sete semanas em pomares de amêndoas e nozes na Califórnia, incluindo a Heinrich Farms, uma fazenda de 488 hectares localizada em Modesto. Lá, a unidade operou um dia inteiro de trabalho de 10 horas com uma única carga, carregando 180.000 kg de nozes em reboques durante todo o teste.

O protótipo elétrico durante os testes da colheita de 2024. (Foto: Flory Industries)

Para superar as restrições de estar fora da rede, a Heinrich Farms recarregou completamente o elevador de campo eletrificado durante a noite, fora do horário de trabalho, usando o sistema de armazenamento de energia de bateria móvel Cat XES60 Compact ESS, que fornece até 56,8 kWh de capacidade.

“O elevador de campo eletrificado da Flory foi confiável e descarregou nossa colheita tão rápido quanto equipamentos convencionais movidos a diesel, gerando muito menos ruído”, disse Jerad Heinrich, gerente de pomar da Heinrich Farms. “Ele durou um dia inteiro de trabalho sem parar para recarregar, e estamos ansiosos para usá-lo novamente na nossa próxima colheita, à medida que a tecnologia avança.”

O elevador alimentado por bateria foi projetado para ser configurado com o Cat Connect, permitindo que os proprietários do equipamento e revendedores Cat monitorem remotamente o desempenho durante a operação e os ciclos de carregamento.

“Trabalhando com a Flory, adquirimos insights valiosos para aplicar nosso conhecimento em eletrificação e sistemas de alta tensão aos ambientes desafiadores das fazendas da Califórnia”, disse Steve Ferguson, vice-presidente sênior da Caterpillar Industrial Power Systems. “Este projeto demonstrou como a Caterpillar está se alinhando com sucesso a outros inovadores para desenvolver tecnologias que maximizam o desempenho e a confiabilidade de máquinas eletrificadas em locais de trabalho reais. A Caterpillar pode fornecer aos clientes acesso a todo o ecossistema de componentes, insights e à infraestrutura de carregamento.”