Influencia de la variación del caudal de aire en la pulverización y la demanda de potencia de una pulverizadora hidroneumática

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1 Influencia de la variación del caudal de aire en la pulverización y la demanda de potencia de una pulverizadora hidroneumática M. Montoya 1 y A. Ambrogetti 1 1 Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA), San Martín 3853, Luján de Cuyo, Mendoza, Argentina. mmontoya@mendoza.inta.gov.ar Resumen El control de plagas en los cultivos constituye una preocupación constante para los agricultores, debido a la implicancia socioeconómica de la actividad. Por un lado, la intensión de disminuir la contaminación del ambiente y, por otro, la necesidad de reducir las pérdidas y hacer rentable la producción. La utilización de los productos fitosanitarios es una vía indispensable para responder a las demandas cualitativas y cuantitativas del mercado alimentario. La protección fitosanitaria de los montes frutales se efectúa principalmente con equipos hidroneumáticos (a gota proyectada y transportada) con ventiladores axiales. La corriente de aire generada por el ventilador juega un rol importante en el transporte y la penetración del pulverizado en la canopia del cultivo. El uso de asistencia de aire incrementa la energía cinética de las gotas y beneficia el transporte de las mismas hasta el objetivo. En determinadas pulverizadoras, el caudal de aire es uno de los parámetros que se pueden modificar, independientemente del resto de las condiciones de trabajo. Es usual que los productores utilicen sus equipos a la máxima generación de aire. La disminución en la generación de aire reduce el consumo de potencia. El objetivo del trabajo fue evaluar la influencia de la variación del caudal de aire en la recolección de pulverizado y la demanda de potencia. Se ensayó un pulverizador hidroneumático a régimen estandarizado de 540 vueltas.min -1 en la toma de potencia del tractor, utilizando el ventilador con tres diferentes inclinaciones de los álabes. Se evaluó la recolección de líquido en un banco vertical de lamelas. Complementariamente se determinó la demanda de potencia y el caudal de aire generado. No se encontraron diferencias estadísticas en la recolección de líquido. La utilización del equipo en su generación de aire más baja permite disminuir el caudal de aire entre 27% y 33% y la demanda de potencia entre 60% y 69%, manteniendo la recolección de pulverizado. La regulación del caudal de aire puede disminuir el consumo energético de los tratamientos fitosanitarios. Palabras clave: pulverizadora hidroneumática, potencia demandada, caudal de aire Influence of air flow variation on spraying and power demand of a hydropneumatic sprayer Abstract Crop pest control is a constant concern for growers because of its social and economic impact on agricultural activity. There is concern for decreasing environmental pollution and also, it is necessary to reduce losses and make production profitable. The use of phytosanitary products is indispensable to meet quality and quantitative standards of the food market. Phytosanitary protection of fruit plants is mainly done with hydropneumatic equipment (projected and transported droplets) with axial fans. The air stream generated by the fan plays an important role in the transport and penetration of sprayed products in the crop canopy. Air-assisted equipment increases droplet kinetic energy and favours transport towards their target. In the case of certain spraying equipment, air flow is one of the parameters that can be modified, regardless of the other working conditions. Growers usually use their equipment at maximum air generation. A decrease in air generation reduces power consumption. The aim of this study was assessing flow variation influence on sprayed product collection and on power demand. A hydropneumatic sprayer was tested at a standard rate of 540 rpm at the rear power take off port of the tractor, using three inclinations of the fan blades. Liquid collection was evaluated with a vertical lamellate patternator. In addition, power demand and generated air flow were determined. Three inclinations did not show statistical differences in liquid collection. The use of the equipment at its lower air generation capacity, allows air flow to drop to between 27% and 33% and power demand to between 60% and 69%, while maintaining sprayed product collection. Air flow regulation can lower energy consumption of phytosanitary equipment. Keywords: hydropneumatic sprayer, power, air flow rate

2 Introducción y/o Justificación La pulverización hidroneumática convencional se fundamenta en la utilización de una bomba que se encarga del proceso de formación de la población de gotas y la asistencia de aire generada por un ventilador para transportarlas hasta el objetivo por el incremento de la energía cinética de las mismas. El equipo pulverizador de ventilador axial es el diseño predominante en montes frutales (Cross et al., 2003). Los equipos pulverizadores con ventiladores axiales son simples, robustos y comparativamente de bajo costo de compra y operación, además de ser efectivos en un amplio rango de tipos de frutales y de condiciones operativas (Cross et al., 2001). La corriente de aire generada por el ventilador de un equipo de uso en frutales juega un rol importante en el transporte y la penetración del pulverizado en la canopia del cultivo Esto permite uniformar la distribución, acceder a las zonas más alejadas y tratar tanto las superficies directamente expuestas como las zonas interiores de los árboles (Matthews, 1992). En la región de Cuyo, los estudios de eficiencia de equipos de diferentes sistemas de aplicación han permitido corroborar las ventajas de los sistemas con asistencia de aire (Del Monte, 1978; Del Monte et al., 1996). La uniformidad de distribución está directamente relacionada con las características de la corriente de aire generada por el ventilador (Cross et al., 2003). Estos autores obtuvieron mayores depósitos con bajos volúmenes de aire sobre tres tamaños de manzanos ensayados. En coincidencia, Holownicki et al. (2002), encontraron que el depósito de caldo total fue mayor cuando se usa un bajo caudal de aire; mientras que un caudal mayor incrementa la cantidad de gotas que traspasan los árboles. Salyani y Farooq (2003) encontraron que bajos caudales de aire presentaban depósitos y penetración de pulverizados similares a los más altos. De esta manera se puede reducir el consumo de energía del ventilador en un 67%. Estudios realizados en Italia muestran que se necesitan 0,5 kw para generar 1000 m 3.h -1 de aire (Balsari y Oggero, 2001b). Idealmente, la corriente de aire de una máquina pulverizadora debe consumir la mínima cantidad de energía necesaria para depositar uniformemente las gotas de pulverizado en todo el cultivo (Brazee et al., 1981). El servicio de calibración INTA EEA Alto Valle Facultad de Ciencias Agrarias (Universidad Nacional de Comahue), encontró que la potencia absorbida es 18,77 kw en las máquinas pulverizadoras más difundidas en la región del Alto Valle de los ríos Negro y Neuquén (Argentina) (Magdalena et al., 1997). El flujo de aire de equipos hidroneumáticos utilizados es muy variado. En Suiza se encuentran entre 166,6 y 550 m 3.min -1 (Antonin y Fellay, 1976); en Italia entre 166 y 1333 m 3.min -1 (Russu y Vieri, 2003) y en España entre 200 y 833 m 3.min -1 (Planas y Fillat, 1991). En Argentina, Del Monte y Mathey (1986) obtuvieron caudales que varían entre 300 y 700 m 3.min -1. Según datos del mismo país, los caudales de aire proporcionados por equipos hidroneumáticos para frutales alternan entre 719 y 593 m 3.min -1 (Di Prinzio, 1989). Balsari et al. (2007) proponen valores de caudal de aire óptimos entre 330 y 500 m 3.min -1 para frutales, dependiendo del desarrollo vegetativo. Es una práctica usual utilizar pulverizadores con ventilador axial a sus máximas capacidades de generación de aire (Cross et al., 2003). El objetivo del trabajo fue determinar la influencia del caudal de aire en la recolección de líquido en el banco vertical de lamelas y en la demanda de potencia de equipos hidroneumáticos. Material y Métodos El ensayo se realizó en una superficie horizontal en un espacio exterior, para evitar las posibles alteraciones que pudieran producirse en un local cerrado (Gracia Aguila et al., 1993). Se establecieron la orientación de las boquillas en el arco de distribución en forma simétrica y acorde a un árbol ideal de 4,5 m de altura (Gracia Aguila et al., 1993). Se utilizó una pulverizadora hidoneumática con ventilador axial de paso variable con cinco opciones de regulación. Para el ensayo se utilizaron la posición que generaba el mayor caudal de aire (alta), la posición central (media) y la posición que generaba el menor caudal de aire (baja). Los parámetros a medir fueron analizados a un régimen de trabajo de la toma de fuerza del tractor de 540 vueltas.min -1 (56,55 rad.s -1 ). Se utilizaron pastillas de

3 cono hueco con un caudal nominal de 1940 ml.min -1, a una presión de Pa (Albuz, 2012). El consumo de potencia fue medido por medio de un torquímetro desarrollado por Datum Electronics, modelo 420, inserto en la unión cardánica entre la toma de fuerza y el eje de la bomba de la máquina pulverizadora (Ade y Pezzi, 2001). Para obtener la demanda de potencia del ventilador, se tomó el valor de potencia del equipo en su conjunto y luego la correspondiente al equipo con el ventilador desconectado. La diferencia de dichos valores corresponde a la demanda de potencia del ventilador. Se realizaron 5 repeticiones de cada accionamiento. Para la evaluación de caudal de aire se utilizó un túnel de viento al que se le instaló un tubo de Pitot a 8,5 m de la zona de ingreso del aire y centrado diametralmente, conectado a un manómetro digital. Se utilizó, además, un psicrómetro y un barómetro. Estos elementos permiten la obtención de datos al momento del ensayo que son necesarios para el cálculo con las ecuaciones proporcionadas por la norma (IRAM, 1996). Para asegurar la ausencia de viento durante las mediciones, se utilizó un anemómetro de hélice. Se realizaron 5 mediciones de cada accionamiento. a c b Figura 1. Equipamiento utilizado para las mediciones. a) Torquímetro, b) Túnel de viento y c) Banco de lamelas La distribución vertical del pulverizado fue cuantificada mediante un estudio de asperjado en banco de lamelas. Esta pared semipermeable está diseñada para separar las gotas pulverizadas del flujo de aire que atraviesa la estructura (Kümmel et al., 1991; Russu y Vieri, 2003). El banco de lamelas utilizado tiene una altura de 4500 mm y 1600 mm de ancho de recepción de pulverizados. La altura total del banco está dividida en 18 cuerpos de recolección de diez lamelas cada uno. La forma de las lamelas (deshumidificador de aire) permite la retención del pulverizado y el posterior transporte favorecido por una pendiente del 5% respecto a la horizontal. Cada cuerpo recolecta el caldo fitosanitario y lo envía por desnivel a una probeta de 2000 cm³ (Kümmel et al., 1991). Para la evaluación de la distribución vertical de pulverizados, se colocó el equipo hidroneumático frente al panel a la mitad de la distancia entre hileras equivalente a un cultivo de referencia (Gracia Aguila et al., 1993; Kümmel et al., 1991; Magdalena, 2003). Luego de estabilizado el flujo de líquido, se recolectó el pulverizado durante 60 segundos. Se realizaron tres repeticiones a fin de disminuir los posibles errores de medición.

4 Resultados y Discusión En la Tabla 1 se presentan los resultados correspondientes a la evaluación de caudal de aire, demanda de potencia, relación entre el caudal de aire y la potencia y el volumen de líquido recolectado en el banco de lamelas. Los caudales de los equipos ensayados son inferiores a los encontrados por Randall (1971) como óptimos para manzanos con un marco de plantación de 7,3 m, quien sugiere caudales de 1608 m 3.min -1 y a los encontrados como ideales por Hale (1978) de 1132 m 3.min -1, utilizando un modelo a escala 1/12. Considerando los ensayos locales, el rango de valores encontrado en este ensayo son inferiores a los presentados por Di Prinzio (1989) quien indica valores entre 593 m 3.min -1 y 719 m 3.min -1. Balsari et al. (2007) proponen un intervalo de caudales de aire óptimos para frutales entre 330 m 3.min -1 y 500 m 3.min -1 según el desarrollo vegetativo. La potencia demandada se encuentra entre los valores hallados por Balsari y Oggero (2001a) quienes obtienen valores entre 8 y 46 HP. Los valores obtenidos de la relación entre el caudal de aire y la potencia son inferiores a los encontrados en Italia, dónde se generan 25 m 3.min -1 por cada HP utilizado (Balsari y Oggero, 2001a). Tabla 1. Caudal de aire, potencia demandada, relación entre el caudal de aire y la potencia y líquido recolectado en el banco de lamelas. Inclinación de los álabes Caudal de aire (m 3.min -1 ) Potencia demandada (HP) Relación caudal de aire/potencia (m 3.min -1.HP -1 ) Volumen de líquido recolectado (cm 3.min -1 ) Baja 232,14 a 11,56 a 9,03 a 17536,67 a Media 319,86 b 29,24 b 10,94 b 18743,33 a Alta 347,54 c 38,46 c 20,09 c 19643,33 a Letras distintas indican diferencias significativas en cada columna para el Test de Tukey y α 0,05. A medida que aumenta el caudal de aire, aumenta la recolección en el banco de lamelas, sin ser estadísticamente diferentes. Los resultados obtenidos difieren de los encontrados por Cross et al. (2003) en ensayos con manzanos de tres alturas diferentes, donde se obtuvieron mayores depósitos de pesticidas utilizando el caudal de aire más bajo de los ensayados. Holownicki et al. (2002) también encontraron mayores depósitos de caldo utilizando bajas tasas de flujo de aire. Por otro lado, Randall (1971) obtiene mejoras en el depósito aumentado el caudal de aire proporcionado por el equipo. Los resultados son coincidentes con los de Salyani y Farooq (2003), quienes encontraron que bajas tasas de flujo de aire presentaban depósitos de pulverizados similares a las más altas. La utilización del equipo en su generación de aire baja disminuye el caudal de aire entre 27% y 33% y la demanda de potencia entre 60% y 69%, sin variar los volúmenes de la recolección de pulverizado. La reducción de la demanda de potencia es similar a los resultados de Salyani y Farooq (2003) quienes obtuvieron una reducción de 67%. En la Figura 2 se observa la distribución vertical de la recolección de líquido en altura en banco de lamelas para los diferentes caudales de aire estudiados. La prueba de t para datos apareados indica que existe asimetría en la recolección entre el lado izquierdo y el derecho del equipo para todos los accionamientos.

5 a b c Figura 2: Distribución vertical de pulverizado en banco de lamelas. a) Caudal de aire bajo. b) Caudal de aire medio. c) Caudal de aire alto Estos resultados obtenidos en laboratorio deberían validarse en ensayos a nivel de campo. Conclusiones Mayores caudales de aire no aumentan la recolección de líquido pulverizado en banco de lamelas, pero si incrementan la potencia demandada. La disminución del caudal de aire puede disminuye el consumo energético de los tratamientos fitosanitarios.

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