Come avviene la polverizzazione della miscela fitoiatrica

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
Pneumatica
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.
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).
I sistemi di polverizzazione
Centrifuga
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
VMD/NMD
centrifugo
1.2÷3.0
fessura
2.0÷8.0
turbolenza
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
VMD (µm)
Particella
VMD (µm)
gocce di pioggia
> 4000
aerosol
spray grossolani
> 400
fumi pesanti
0.01÷0.1
spray fini
100÷400
fumi leggeri
0.01÷0.001
nebbie
50÷100
vapori
VMD < 150 µm
VMD = 150÷
150÷350 µm
piccole
medie
0.1÷50
< 0.001
VMD > 350 µm
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)
- Pressione di esercizio
portata
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 cm2
Diametro e
numero gocce
1 mm
1910 gocce
0.5 mm
15279 gocce
1 ml
Lo stesso millilitro produce
quasi 2 milioni di gocce da
0.1 mm di diametro che
coprono una superficie di
150 cm2 (da I.C.T.F.)
Superficie
coperta
15 cm2
30 cm2
0.2 mm
238931 gocce
75 cm2
0.1 mm
19083971 gocce
150 cm2
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 a
differenti temperature e umidità
(da Matthews, 1992)
20 °C; ∆T= 2.2 °C; UR 80%
Dimensione Vita utile
iniziale (µm)
(s)
30 °C; ∆T = 7.7 °C; UR 50%
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
Tempo di vita o
tempo di caduta (s)
100
Tempo di caduta
Tempo di vita a
20 °C e 80% UR
50
Tempo di vita a
30 °C e 50% UR
Tempo di caduta
0
50
100
200
Diametro gocce (µm)
10
La polverizzazione per pressione
ELEMENTI CHE CODIFICANO UN UGELLO
(esempio)
Modello
Ditta
costruttrice
Angolo di
apertura
Materiale
Esempio:
VS = acciaio
VK = ceramica
VP = plastica
Portata
(colore ISO)
Portata in
galloni
Principali tipologie di ugelli impiegate nei
trattamenti fitoiatrici alle colture arboree
Turbolenza a piastrina
Fessura tradizionale
Antideriva
Turbolenza tradizionale
11
Principali tipologie di ugelli impiegate nei
trattamenti fitoiatrici alle colture erbacee
Fessura
tradizionale
Turbolenza
tradizionale
Doppia fessura
Fine barra
Specchio
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
(tolleranza ± 5%)
l/min
Dimensione
Ugello
Colore
Codice
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
(tolleranza ± 5%)
l/min
Dimensione
Ugello
1.2
03
1.4
1.6
2.0
Colore
Codice colore ISO
(ISO 10625)
Codice Albuz ATR
Portata a 10 bar
(tolleranza ± 5%)
l/min
Colore
0.51
violetto
Codice
RAL
0.67
marrone
1.05
giallo
arancione
Gentian blue
5010
035
Wine red
3005
1.39
04
Flame red
3000
1.97
rosso
05
Nut brown
8011
2.53
verde
3.49
blu
2.4
06
Signal grey
7004
3.2
08
Traffic white
9016
4.0
10
Light blue
5012
6.0
12
Yellow green
6018
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
Q
k=
p
Q1
Q2
=
p1
p2
2
Q2 p
Q1 =
x 1
p2
p1 =
p2
Q2
xQ1
portata (l/min)
Variazione della portata degli ugelli
all’aumentare della pressione
5.0
4.5
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
2
3
- 0067 -
- 01 -
- 015 -
- 02 -
- 025 -
- 03 -
- 04 -
- 05 -
- 06 -
4
5
6
8
10
Codice ISO
12
pressione di esercizio (bar)
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’ 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
aria
liquido
I diffusori pneumatici
Diffusori a
tromboncino
alimentazione
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)
600
VMD (µm)
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
Tangenziali
Assiali
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
m3/h
Centrifughi
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
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 m3/h
m3/h
Principali caratteristiche funzionali dei
ventilatori assiali
70 000
60 000
50 000
portata (m3/h)
40 000
30 000
diametro 800
20 000
diametro 900
10 000
Synthesis diametro 800
0
1000
1500
2000
2500
regime rotazione ventilatore (giri/min)
22
Principali caratteristiche funzionali dei
ventilatori centrifughi
14000
12000
430 mm
portata (m
3
/h)
450 mm
10000
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
DX
3.00
3.00
2.75
2.75
2.50
2.50
2.25
2.25
2.00
2.00
1.75
1.75
1.50
1.50
1.25
1.25
1.00
1.00
0.75
0.75
0.50
0.50
altezza da terra (m)
altezza da terra (m)
SX
Variazione della velocità dell’aria misurata a 1.5 m
dal centro della macchina all’aumentare della
portata erogata (ventilatore assiale)
2.0
2.0
2.0
1.8
1.8
1.8
1.6
1.6
1.6
1.4
1.4
1.4
1.2
1.2
1.2
1.0
1.0
1.0
0.8
0.8
0.8
0.6
0.6
0.6
m/s
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
0.4
-0.4
-0.2
0.0
9500 m3/h
0.2
0.4
0.4
-0.4
-0.2
0.0
15000 m3/h
0.2
0.4
0.4
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
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
• trasporto delle gocce oltre il
bersaglio (deriva)
• eccessivo movimento della
vegetazione
• rimozione delle gocce già
presenti sul bersaglio
Parametri legati al flusso d’aria 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
ventilatore assiale
senza deflettori
superiori
aria inutile - 40%
aria utile - 100%
aria utile - 60%
ventilatore assiale
con deflettori
superiori
Interazione flusso d’aria 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
deposito (µl/cm2)
Sup. fogliare = 4000 m2/ha
R2 =0.9
8
Sup. fogliare > 10000 m2/ha
7
6
5
4
3
15000
R2 =0.9
20000
25000
30000
Portata aria
35000
40000
45000
(m3/h)
prodotto sul bersaglio (µl/cm2)
Interazione velocità dell’aria e deposito sul
bersaglio (prove DEIAFA su vite in laboratorio)
3.0
2
R = 0.99
2.5
2.0
1.5
2
R = 0.90
1.0
barbera
moscato
0.5
0.0
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
deposito totale (µl/cm2)
3,8
3,6
3,4
3,2
3,0
Utilizzo irroratrice con diffusori orientabili
2,8
2,6
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’aria
A (m3/h) =
1000 x velocità (km/h) x interfila (m) x altezza piante (m)
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
1000 x 4 (km/h) x 2.8 (m) x 2.4 (m)
Volume =
= 10752 m3/h
2.5
Esempio
(vigneto)
Come va regolata l’aria?
• Direzionandola il più possibile all’interno della
vegetazione
• Modificandola in funzione di:
¾
Tipologia di macchina irroratrice
¾
Sesto d’impianto (> aria negli impianti fitti)
¾
Forma d’allevamento (> aria nelle forme espanse)
¾
Epoca vegetativa (> aria in piena vegetazione)
¾
Condizioni ambientali (> aria in presenza di brezze)
¾
Velocità di avanzamento
30
Deposito sul bersaglio e qualità del ventilatore
3.6
Quota di rilievo (m)
Quota di rilievo (m)
3.6
3.0
2.4
1.8
standard
1.2
0.6
3.0
2.4
1.8
ottimale
1.2
0.6
0
2
4
6
8
10
12
0
2
Velocità aria (m/s)
4
6
8
10
12
Velocità aria (m/s)
interno - alto
prodotto
sulle foglie
in funzione
del tipo di
ventilatore
standard
ottimale
esterno - alto
interno - medio
esterno - medio
esterno - basso
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
deposito (µl/cm2)
Come va regolata l’aria?
Vigneto nelle prime fasi
vegetative
Frutteti con superficie
fogliare ≅ 4000 m2/ha:
portata aria: 3-6000 m3/h
portata aria: 20000 m3/h
velocità avanzamento: 2-3, 46 km/h
velocità avanzamento: 8 km/h
Vigneto in piena vegetazione
portata aria: 7-12000 m3/h
velocità avanzamento: 2-3,
4-6 km/h
volume aria: 8-10000 m3/ha
Frutteti con superficie
fogliare > 10000 m2/ha:
portata aria: 25-30000 m3/h
velocità avanzamento: 6 km/h
volume aria: 12-14000 m3/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’aria
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
-2.9%
+ 8.4%
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)
124
controventola NO
controventola SI
LwA (dB(A))
122
120
118
116
114
115
112
110
108
106
28000
104
15000
20000
25000
30000
35000
3
Portata (m /h)
Il problema della rumorosità dei ventilatori
• Rumorosità ventilatori
irroratrici elevata
(potenza acustica max
misurata 123 dB(A))
• Per ridurre la rumorosità
generata dal ventilatore è
necessario:
• Rumorosità
strettamente legata alla
portata (> portata Æ >
rumorosità) che a sua
volta è legata al n° di
giri
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
2.9
altezza (m)
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
1a marcia
2a 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
23.0 m/s
II – 500 rpm
LE REGOLAZIONI
DEL VENTILATORE
Regolazione del flusso d’aria nelle
macchine scavallanti
Entrambi i lati del filare sono
trattati in contemporanea
1
2
38
Regolazione del flusso d’aria 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
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Confronto fra diverse inclinazioni flussi
(prove DEIAFA)
Inclinazione flussi
0°
Opzione 1
+15°Opzione 2
-15° Opzione 3
Risultati ottenuti (prove DEIAFA)
perpendicolare
15° avanti
15° indietro
deposito medio (µl/cm2)
1.20
1.10
1.00
1.08
0.96
0.92
0.91
0.90
0.84
0.83
0.80
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)
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