SUSTAINABLE OPERATIONS IN FITOIATRIC TREATMENTS I COMPONENTI E I PRINCIPI CHE REGOLANO LA POLVERIZZAZIONE DELLA MISCELA FITOIATRICA E IL TRASPORTO DELLE GOCCE VERSO IL BERSAGLIO Come avviene la polverizzazione della miscela fitoiatrica La funzione del sistema di polverizzazione è quella di produrre gocce di dimensioni idonee al tipo di trattamento fitosanitario richiesto. SISTEMI DI POLVERIZZAZIONE IMPIEGATI SULLE MACCHINE IRRORATRICI: - Per pressione - Pneumatici - Centrifughi -Termici 1
I sistemi di polverizzazione Per pressione La miscela antiparassitaria viene messa in pressione da una pompa e spinta a notevole velocità attraverso uno o più ugelli dove si frantuma in gocce con diametri che oscillano tra 200 e i 600 µm. Pneumatica La corrente d aria a forte velocità prodotta da un ventilatore centrifugo fornisce l energia necessaria a polverizzare finemente (50 100 µm) la miscela fitoiatrica che arriva a bassa pressione (max 2 bar) ai diffusori pneumatici (che sostituiscono gli ugelli). Centrifuga I sistemi di polverizzazione La polverizzazione avviene grazie ad elementi scanalati e finemente dentellati che ruotano a velocità di 5000-18000 giri/min; il liquido arriva a bassa pressione su tali elementi, scivola verso la periferia e viene proiettato verso l esterno. Termica La polverizzazione della miscela avviene grazie alla corrente di gas caldi prodotti dalla combustione di un piccolo motore a reazione; si tratta di irroratrici particolari utilizzate in massima parte in ambiente protetto. 2
Come si esprime la dimensione delle gocce e come avviene la loro classificazione Le dimensioni delle gocce sono generalmente espresse in micron (µm). Il micron risulta l unità di misura appropriata, essendo 1 micron pari a 0,001 mm. Dal momento che nella realtà la maggior parte degli ugelli producono gocce le cui dimensioni variano moltissimo, risulta molto utile a fini pratici l analisi dello spettro (insieme delle gocce prodotte), al fine di valutare il grado e l efficienza della polverizzazione. Come si esprime la dimensione delle gocce Diametro Mediano Numerico (NMD) si ottiene dividendo le gocce in due parti contenenti lo stesso numero di particelle senza riferimento al loro volume. Diametro Mediano Volumetrico (VMD) diametro che divide in due parti uguali il volume di liquido rappresentato dalla popolazione delle gocce del campione. In pratica, il 50% del volume è costituito da gocce con diametro inferiore al VMD, mentre l altro 50% del volume è caratterizzato da gocce con diametro superiore. 3
Come si esprime la dimensione delle gocce UGELLO centrifugo fessura turbolenza VMD/NMD 1.2 3.0 2.0 8.0 1.8 8.0 Come si esprime la dimensione delle gocce Se il VMD è pari a 250 µm (ovvero 0.25 mm), significa che la metà del volume del liquido viene polverizzato in gocce aventi diametro maggiore di 250 µm e l altra metà in gocce con diametro inferiore a 250 µm 4
Come si esprime la dimensione delle gocce d10 La dimensione media delle gocce presenti nel getto che arrivano a rappresentare fino al 10% del volume del getto stesso. d90 La dimensione media delle gocce presenti nel getto che arrivano a rappresentare fino al 90% del volume del getto stesso Esempi di variazione di VMD, d10 e d90 (ugelli Albuz ad iniezione d aria) Classificazione delle gocce in relazione alle loro dimensioni Particella gocce di pioggia spray grossolani spray fini nebbie VMD (µm) > 4000 > 400 100 400 50 100 Particella aerosol fumi pesanti fumi leggeri vapori VMD (µm) 0.1 50 0.01 0.1 0.01 0.001 < 0.001 VMD < 150 µm VMD = 150 350 µm VMD > 350 µm piccole medie grandi 5
Come si misurano le gocce SU BERSAGLIO ARTIFICIALE PIASTRE PETRI + LETTORE D IMMAGINE CARTINE IDROSENSIBILI RAGGI LASER IN VOLO ULTRASUONI EVAPORAZIONE Come si misurano le gocce Acquisizione immagine delle gocce su piastra Petri Determinazione dimensioni mediante analisi d immagine Visualizzazione su monitor 6
I parametri operativi che interagiscono sulla dimensione delle gocce UGELLI A POLVERIZZAZIONE PER PRESSIONE - Tipo di ugello (dimensioni foro) portata - Pressione di esercizio UGELLI A POLVERIZZAZIONE PNEUMATICA - Portata liquido - Velocità dell aria UGELLI A POLVERIZZAZIONE CENTRIFUGA - Velocità rotazione disco Parametri che influenzano la dinamica delle gocce sulla superficie fogliare 7
Comportamento delle gocce di differenti dimensioni sulla superficie fogliare Dimensione delle gocce e superficie coperta Da 1 ml di soluzione si producono 1910 gocce da 1 mm di diametro che coprono una superficie di 15 cm 2 1 ml Diametro e numero gocce 1 mm 1910 gocce 0.5 mm 15279 gocce 0.2 mm 238931 gocce Superficie coperta 15 cm 2 30 cm 2 75 cm 2 Lo stesso millilitro produce quasi 2 milioni di gocce da 0.1 mm di diametro che coprono una superficie di 150 cm 2 (da I.C.T.F.) 0.1 mm 19083971 gocce 150 cm 2 8
La dimensione delle gocce influenza il numero delle gocce disponibili Diversi gradi di polverizzazione 9
Vita utile e distanza di caduta di gocce d acqua d a differenti temperature e umidità (da Matthews,, 1992) 20 C; T= 2.2 C; UR 80% 30 C; T = 7.7 C; UR 50% Dimensione iniziale (µm) Vita utile (s) Distanza di caduta (m) Vita utile (s) Distanza di caduta (m) 50 14 0.5 4 0.15 100 57 8.5 16 2.4 200 227 136.4 65 39 Tempo di vita o tempo di caduta (s) 50 100 Tempo di caduta Tempo di vita Tempo di caduta Tempo di vita a 20 C e 80% UR Tempo di vita a 30 C e 50% UR 0 50 100 200 Diametro gocce (µm) 10
La polverizzazione per pressione ELEMENTI CHE CODIFICANO UN UGELLO (esempio) Modello Ditta costruttrice Angolo di apertura Portata (colore ISO) Portata in galloni Materiale Esempio: VS = acciaio VK = ceramica VP = plastica Principali tipologie di ugelli impiegate nei trattamenti fitoiatrici alle colture arboree Turbolenza a piastrina Fessura tradizionale Turbolenza tradizionale Antideriva 11
Principali tipologie di ugelli impiegate nei trattamenti fitoiatrici alle colture erbacee Fessura tradizionale Doppia fessura Specchio Turbolenza tradizionale Fine barra Antideriva Il diagramma degli ugelli a cono (turbolenza) cono pieno cono vuoto 12
Il diagramma degli ugelli a fessura (ventaglio) Ugello tipo Even (diserbo localizzato) Il diagramma degli ugelli a specchio 13
Portata degli ugelli Portata a 3.0 bar Dimensione (tolleranza ± 5%) Ugello Colore Codice l/min RAL 0.2 0050 Pearl violet 4011 0.3 0075 Light pink 3015 0.4 01 Pure orange 2004 0.6 015 Traffic green 6024 0.8 02 Zinc yellow 1018 1.0 025 Signal violet 4008 Portata a 3.0 bar Dimensione (tolleranza ± 5%) Ugello Colore Codice l/min RAL 1.2 03 Gentian blue 5010 1.4 035 Wine red 3005 1.6 04 Flame red 3000 2.0 05 Nut brown 8011 2.4 06 Signal grey 7004 3.2 08 Traffic white 9016 4.0 10 Light blue 5012 6.0 12 Yellow green 6018 Codice colore ISO (ISO 10625) Codice Albuz ATR Portata a 10 bar (tolleranza ± 5%) Colore l/min 0.51 violetto 0.67 marrone 1.05 giallo 1.39 arancione 1.97 rosso 2.53 verde 3.49 blu Portata degli ugelli È funzione della dimensione dell ugello e della pressione di esercizio Q = k x vp Portata (l/min) Pressione (bar) Coefficiente caratteristico dell ugello 14
Portata degli ugelli k = p Q Q Q 1 2 = p p 1 2 Q Q 2 1 = x p 1 p 1 = p 2 xq 1 p 2 Q 2 2 portata (l/min) 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Variazione della portata degli ugelli all aumentare aumentare della pressione 2 3 4 5 6 8 10 12 pressione di esercizio (bar) - 0067 - -01 - -015 - -02 - -025 - -03 - -04 - -05 - -06 - Codice ISO 15
Variazione della dimensione delle gocce in funzione del tipo di ugello e della pressione di esercizio Ugelli usurati 16
Influenza dell usura degli ugelli sull uniformita uniformita di distribuzione Danno una distribuzione uniforme se adeguatamente sovrapposte Hanno una portata più alta con lo spruzzo concentrato al centro dell ugello Hanno un uscita molto irregolare: applicazione in eccesso o in difetto Materiali di costruzione degli ugelli 17
Influenza dell usura degli ugelli sulla portata Conseguenze dell usura degli ugelli Sovradosaggi (per incremento della portata) Distribuzione non uniforme sul bersaglio (non corretta sovrapposizione dei getti) Minore copertura del bersaglio (gocce + grandi = minore numero di impatti) Soluzioni Impiegare ugelli certificati e, possibilmente, in ceramica usare attrezzi idonei per la loro pulizia (NO chiodi, punte, cacciaviti, fili di ferro) effettuare una loro sostituzione periodica 18
I diffusori pneumatici liquido aria I diffusori pneumatici alimentazione Diffusori a tromboncino Piastrina dosatrice antigoccia Disco dosatore 19
Gli ugelli a polverizzazione centrifuga Migliore uniformità dimensione gocce Possibilità variare dimensione gocce (da 150 a 500 µm) solo variando il numero dei giri del disco Possibilità di operare con volumi di distribuzione ridotti (< 100 l/ha) carter disco elettrovalvola alimentazione iniettore 140 Evoluzione del diametro delle gocce in funzione del regime di rotazione del disco (girojet( girojet) VMD (µm) 600 500 400 300 200 100 0 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Regime disco (giri/min) 20
Funzioni dell aria prodotta dal ventilatore MACCHINE AEROASSISTITE Trasporto gocce verso il bersaglio Movimento della vegetazione Penetrazione gocce nella vegetazione Funzioni dell aria prodotta dal ventilatore MACCHINE PNEUMATICHE Formazione delle gocce Trasporto delle gocce verso il bersaglio Far penetrare le gocce all interno della vegetazione 21
Tipologie di ventilatore Assiali Tangenziali Centrifughi Flusso d aria parallelo all asse di rotazione sia in ingresso che in uscita Velocità aria in uscita: 30 60 m/s Portata: 20 80000 m 3 /h Flusso d aria perpendicolare all asse di rotazione sia in ingresso che in uscita Velocità aria in uscita: 30 40 m/s Portata: 8 20000 m 3 /h Flusso d aria parallelo all asse di rotazione in ingresso e perpendicolare all asse in uscita Velocità aria in uscita: 80 150 m/s Portata: 5 18000 m 3 /h Principali caratteristiche funzionali dei ventilatori assiali 70 000 60 000 50 000 40 000 portata (m3/h) 30 000 20 000 10 000 0 diametro 800 diametro 900 Synthesis diametro 800 1000 1500 2000 2500 regime rotazione ventilatore (giri/min) 22
Principali caratteristiche funzionali dei ventilatori centrifughi 14000 3 /h) 12000 10000 430 mm 450 mm portata (m 8000 6000 4000 1000 1500 2000 2500 3000 regime rotazione ventilatore (giri/min) Ventilatori assiali: problemi FLUSSO D ARIA ASIMMETRICO Senso di rotazione 23
Diagramma della velocità dell aria asimmetrico SX DX altezza da terra (m) 3.00 2.75 2.50 2.25 2.00 1.75 1.50 1.25 1.00 0.75 0.50 3.00 2.75 2.50 2.25 2.00 1.75 1.50 1.25 1.00 0.75 0.50 altezza da terra (m) Variazione della velocità dell aria misurata a 1.5 m dal centro della macchina all aumentare aumentare della portata erogata (ventilatore assiale) 2.0 1.8 2.0 1.8 2.0 1.8 m/s 1.6 1.6 1.6 8.0 7.0 1.4 1.4 1.4 6.0 5.0 1.2 1.2 1.2 4.0 1.0 1.0 1.0 3.0 2.0 0.8 0.8 0.8 1.0 0.6 0.6 0.6 0.0 0.4-0.4-0.2 0.0 0.2 0.4 0.4-0.4-0.2 0.0 0.2 0.4 0.4-0.4-0.2 0.0 0.2 0.4 9500 m3/h 15000 m3/h 21000 m3/h 24
5 m/s 10 m/s 12 m/s 15 m/s Variazione della velocità dell aria mano a mano che ci allontana dal punto di erogazione Variazione della velocità dell aria in funzione della quota di rilievo 3.6 3.0 2.4 1.8 1.2 0.6 0 2 4 6 8 10 12 Velocità aria (m/s) 25
Effetti negativi imputabili all aria aria trasporto delle gocce oltre il bersaglio (deriva) eccessivo movimento della vegetazione rimozione delle gocce già presenti sul bersaglio Parametri legati al flusso d aria d prodotto dal ventilatore che interagiscono sul trasporto e sul deposito delle gocce sul bersaglio Portata utile d aria Direzione del flusso d aria Velocità dell aria in prossimità del bersaglio Velocità di avanzamento 26
aria inutile - 40% ventilatore assiale senza deflettori superiori aria utile - 60% aria utile - 100% ventilatore assiale con deflettori superiori Interazione flusso d aria d dimensione gocce nelle irroratrici ad aeroconvezione Le gocce più piccole sono più facilmente catturate dal flusso d aria Velocità dell aria elevate provocano una riduzione della dimensione delle gocce (-10-20%) In condizioni di temperatura elevata e ridotta umidità relativa le gocce più piccole (VMD < 100 µm) possono evaporare già durante il tragitto dall ugello alla vegetazione La vegetazione funge da filtro e riduce le dimensione delle gocce 280 µm 190 µm 27
Prodotto sul bersaglio in funzione della portata dell aria (prove DEIAFA su melo) 9 8 R 2 =0.9 Sup. fogliare = 4000 m 2 /ha deposito (µl/cm 2 ) 7 6 5 4 R 2 =0.9 Sup. fogliare > 10000 m 2 /ha 3 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 Portata aria (m 3 /h) prodotto sul bersaglio (µl/cm 2 ) Interazione velocità dell aria e deposito sul bersaglio (prove DEIAFA su vite in laboratorio) 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 barbera moscato R 2 = 0.99 R 2 = 0.90 0 2 4 6 8 10 12 velocità aria (m/s) A parità di condizioni operative si ottengono migliori risultati con velocità dell aria in prossimità del bersaglio pari a 8 m/s (vite) 28
Interazione velocità dell aria e deposito sul bersaglio (prove DEIAFA su vite in campo) 4,0 3,8 deposito totale (µl/cm2) 3,6 3,4 3,2 3,0 2,8 2,6 Utilizzo irroratrice con diffusori orientabili 4 6 8 10 12 14 velocità aria (m/s) Interazione volume dell aria e velocità di avanzamento A parità di portata del ventilatore, > è la velocità di avanzamento, < è la velocità dell aria in prossimità del bersaglio e il tempo di permanenza sullo stesso. 29
Calcolo del teorico volume d ariad 1000 x velocità (km/h) x interfila (m) x altezza piante (m) A (m 3 /h) = K Dove K è un coefficiente che varia da 3.0 a 3.5 in presenza di una vegetazione poco densa e tra 2.5 e 3.0 in presenza di una vegetazione molto sviluppata Volume = Esempio (vigneto) 1000 x 4 (km/h) x 2.8 (m) x 2.4 (m) 2.5 = 10752 m 3 /h Come va regolata l aria? l Direzionandola il più possibile all interno della vegetazione Modificandola in funzione di: Tipologia di macchina irroratrice Sesto d impianto (> aria negli impianti fitti) Forma d allevamento (> aria nelle forme espanse) Epoca vegetativa (> aria in piena vegetazione) Condizioni ambientali (> aria in presenza di brezze) Velocità di avanzamento 30
Deposito sul bersaglio e qualità del ventilatore 3.6 3.6 Quota di rilievo (m) 3.0 2.4 1.8 1.2 standard Quota di rilievo (m) 3.0 2.4 1.8 1.2 ottimale 0.6 0 2 4 6 8 10 12 Velocità aria (m/s) 0.6 0 2 4 6 8 10 12 Velocità aria (m/s) prodotto sulle foglie in funzione del tipo di ventilatore interno - alto esterno - alto interno - medio esterno - medio esterno - basso standard ottimale 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 deposito (µl/cm2) Come va regolata l aria? l Vigneto nelle prime fasi vegetative portata aria: 3-6000 m 3 /h velocità avanzamento: 2-3, 4-6 km/h Frutteti con superficie fogliare 4000 m 2 /ha: portata aria: 20000 m 3 /h velocità avanzamento: 8 km/h volume aria: 8-10000 m 3 /ha Vigneto in piena vegetazione portata aria: 7-12000 m 3 /h velocità avanzamento: 2-3, 4-6 km/h Frutteti con superficie fogliare > 10000 m 2 /ha: portata aria: 25-30000 m 3 /h velocità avanzamento: 6 km/h volume aria: 12-14000 m 3 /ha 31
La regolazione dell ampiezza del flusso d aria è solo parzialmente possibile sulle irroratrici con ventilatore assiale orientando opportunamente i deflettori. mentre è più facile nelle irroratrici dotate di diffusori orientabili Parametri costruttivi per ottimizzare il flusso d ariad CONTROVENTOLA DOPPIA VENTOLA FLUSSO D ARIA FACILMENTE REGOLABILE 32
Variazione della portata dell aria in seguito alla presenza della controventola (valori medi) 600 mm + 4.3% -2.9% 700 mm + 8.4% -2.9% 800 mm + 4.4% -4.5% ATTENZIONE! SU VENTILATORI BEN COSTRUITI LA CONTROVENTOLA NON E VANTAGGIOSA, MA PUO ADDIRITTURA ESSERE DELETERIA, OLTRE AD AUMENTARE LA RUMOROSITA 33
Potenza acustica in funzione della presenza della controventola (prove DEIAFA) LwA (db(a)) 124 122 120 118 116 114 112 110 108 106 104 115 controventola NO controventola SI 15000 20000 25000 30000 35000 Portata (m 3 /h) 28000 Il problema della rumorosità dei ventilatori Rumorosità ventilatori irroratrici elevata (potenza acustica max misurata 123 db(a)) Rumorosità strettamente legata alla portata (> portata > rumorosità) che a sua volta è legata al n di giri Per ridurre la rumorosità generata dal ventilatore è necessario: a) impiegare ventilatori con diametri elevati utilizzando un ridotto numero di giri b) non utilizzare portate elevate quando non servono c) indirizzare l aria solo dove serve 34
Principio di funzionamento di una doppia ventola Distribuzione dell aria ottenibile con doppia ventola altezza (m) 2.9 2.5 2.1 1.7 1.3 0.9 0.5-30 -25-20 -15-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 velocità aria (m/s) 35
Possibilità di regolazione della portata dei ventilatori assiali 1.Rapporto di trasmissione 2.Inclinazione pale 3.Diffusori orientabili (macchine a getto proiettato) Influenza del rapporto di trasmissione e dell inclinazione delle pale 36
Influenza del rapporto di trasmissione e dell inclinazione delle pale 1 a marcia 2 a marcia LE REGOLAZIONI DEL VENTILATORE 3.7 m/s I 500 rpm 10.3 m/s I 500 rpm 6.2 m/s I 500 rpm 37
13.8 m/s I 500 rpm 17.0 m/s I 500 rpm LE REGOLAZIONI DEL VENTILATORE 23.0 m/s II 500 rpm Regolazione del flusso d aria d nelle macchine scavallanti Entrambi i lati del filare sono trattati in contemporanea 1 2 38
Regolazione del flusso d aria d nelle macchine scavallanti 3 1 2 4 Entrambi i lati dei filari 1 e 2 sono trattati in contemporanea, mentre il lato esterno dei filari 3 e 4 viene trattato in un secondo tempo rispetto al lato interno Confronto tra distribuzione simultanea e non distribuzione simultanea distribuzione non simultanea 39
Confronto fra diverse inclinazioni flussi (prove DEIAFA) Inclinazione flussi 0 Opzione 1 +15 Opzione 2-15 Opzione 3 Risultati ottenuti (prove DEIAFA) deposito medio (µl/cm2) 1.20 1.10 1.00 0.90 0.80 0.84 0.83 perpendicolare 15 avanti 15 indietro 0.96 0.91 1.08 0.92 0.70 0.60 non simultaneo simultaneo 40
Alcune considerazioni sulla scelta della velocità dell aria il solo parametro portata del ventilatore non fornisce sufficienti indicazioni sul corretto impiego della macchina irroratrici caratterizzate da valori della portata nominale del ventilatore considerevolmente differenti presentano uguali velocità dell aria in prossimità della vegetazione la velocità dell aria in prossimità della vegetazione varia in funzione delle condizioni di utilizzo dell irroratrice Alcune considerazioni sulla scelta della velocità dell aria la quantità di aria utilizzata durante la distribuzione dei fitofarmaci deve essere modificata in funzione delle condizioni operative le portate d aria generalmente impiegate sono considerevolmente superiori a quelle ottimali (è necessaria una capillare azione di formazione e sensibilizzazione in tal senso nei confronti degli agricoltori) 41