Irrigatore semovente GP2 con GPS

[880dt4]

Spero di non combinare casini, visto ke è la prima volta ke scrivo sul forum, e mi scuso già da subito per eventuali errori!
Vi volevo parlare dell'irrigatore semovente a Georeferenzazione Puntuale e Gestione Pluviometrica (da qui il nome GP quadro) che è stato presentato all'Eima 2008 nella zona del quadriportico, quale vincitrice del premio innovazione.
Ho avuto l'occasione di fare la tesi di laurea alla Comer, una delle aziende, assieme alla Sime e alla Ocmis, ke hanno realizzato questo progetto.
In particolare mi sono occupato della ricerca delle strategie di funzionamento della macchina per poter distribuire un livello di acqua il più uniforme possibile all'interno dell'appezzamento da irrigare e successivamente sono state verificate tutte sul campo, dando tra l'altro buoni risultati!
La bade di partenza:
- Riduttore Comer 2 marce
- irrigatore Ocmis R4/1 (tubo: diametro 100 mm e lunghezza 400 m)
- getto Sime Explorer.
Per prima cosa si è portata la trasmissione da 2 a 4 marce per avere un maggior numero di gamme disponibili; successivamente il cambio è stato accoppiato alla turbina ed entrambi sono stati dotati di attuatori elettronici.
Il getto è stato completamente ridisegnato dalla Sime, generando il movimento di rotazione grazie ad un piccolo motore elettrico. Lenergia è stata presa da una piccola turbina rotante grazie all'acqua prelevata da una derivazione effettuata sul getto (appena riesco metto una foto, detta così si capisce proprio poco!!).

Per implementare le corrette strategie di lavoro sono state effettuate semplici (a volte meno) simulazioni di lavoro e soprattutto abbiamo parlato con alcuni agricoltori per raccogliere informazioni sui problemi principali derivanti dall'utilizzo di una macchina standard.

Il primo problema affrontato è stato quello di render costante il volume di acqua distribuito sul terreno (la pluviometria) per una singola passata: la soluzione è stata quella di variare, durante la rotazione, la velocità del getto. In pratica si è fatto girare il getto più velocemente quando questo si trova ad irrigare in direzione opposta al tubo ke lo collega alla macchina, mentre lo si è fatto rallentare quando si stanno irrigando le zone laterali del campo.
Sono state automatizzate le operazioni di giro getto ad inizio campo, cioè quando il carrello e quindi il getto si trovano in testata. Qui il getto viene fatto girare per irrigare in direzione della macchina, cioè bagnando il tubo. Appena la centralina rileva ke il getto si trova ad una distanza dal bordo superiore del campo appena maggiore della gittata (anke la gittata viene calcolata dalla centralina e abbiamo fatto 1 fatica da cani per trovare la formula corretta!!), il getto viene automaticamente girato di 180° e si riprende una irrigazione normale.
Per consentire il dialogo tra il getto e la centralina, posizionata a bordo dell'irrigatore, sono stati usati 2 modem radio con frequenze apposite per non essere influenzate dai disturbi creati dalla vegetazione e soprattutto dalla nebbia di acqua ke si viene a formare.
Per conoscere la posizione del getto all'interno del campo si è ricorsi ad un'antenna GPS e ad una pre-mappatura del campo. Grazie a ciò è anche possibile irrigare ed eventualmente schivare ostacoli (quali case, fienili, strade, elettrodotti...) presenti all'interno della zona ke si andrebbe altrimenti ad irrigare senza modificare i fine corsa del getto.
Sono stati inseriti anke altri accorgimenti, più ke altro molte finezze....ad esempio, un grosso problema iniziale è stato il corretto conteggio dei metri di tubo svolto e sono stati nicessari 3 giorni di prove per saltarci fuori...ma grossomodo il principio di funzionamento è quello elencato sopra!
Poi se qualcuno ha domande, non c'è problema!
Appena riesco metto anke alcune foto della macchina e il video ke girava all'eima!

.....mapomac, hai visto ke ho scritto qualcosa finalmente? Forse anke troppo!
Un grazie a Mirko Ballerini, il mio correlatore ke programmava effettivamente la centralina alla Comer (essendo io un povero ingegnere meccanico..).

[Mapomac]

Bene caro Fabio, finalmente ti degni di parlarci di questa cosa, che in fondo se è stata premiata all'Eima, non dev'essere poi così male...

1 Foto ed immagini (nei limiti che magari ti impone la ditta) sono ben graditi.

2 Immagino abbiate qualche "mappatura" della pluviometria all'interno del campo, sarebbe cosa gradita per evidenziare che disformità si ha con l'irrigatore normale, e magari confrontata con quello modificato.

3 Il settore "centrale" della zona irrigata è quello che riceve meno acqua, ed infatti avete provveduto a rallentare la rotazione del getto. In proporzione o in % di quanto è carente in settore centrale ? In pratica, come viene distribuita l'acqua, in termini quantitativi, nel settore irrigato ? Hai uno schema o un'immagine esplicativa ?

4 La mappatura del campo immagino la faccia il costruttore o il venditore, fornendo al cliente la mappatura appunto. Come viene fatta la mappatura ? Cosa richiede in termini di tempo e attrezzature ?

5 Costi ?

Per ora mi fermo.

[Angelillo]

Molto interessante...
Ho anche io domande e curiosità, ma aspetto che prima Tu risponda a quelle di Mapomac.

[brondolin luca]

trovo molto intessante questo studio, sopratutto vorrei sapere come ti chiede mapomac il costo e chi costruisce l'elettronica intesa come centralina all'irrigatore, e se qualsiasi mortale puo' impostarla, senza problemi
ciao

[880dt4]

Scusate il ritardo, ma ho chiesto conferma alla Comer per poter pubblicare del materiale!

punto 1) le immagini provo a metterle! Tutto il consentito!

Punto 2) "mappatura della pluviometria"

Durante il mese di prove in campo abbiamo raccolto diverse mappature, in particolare facevamo prove mirate su ogni settore di un campo ipotetico, cioe' prove in testata e prove in campo aperto.
Unendo i risultati ottenuti, si e' ottenuto il grafico seguente:


(mi dispiace, riesco a metter le immagini solo cosi' )

Con una irrigazione tradizionale, sperimentata su un campo di patate nel bolognese utilizzando la macchina R4\1 che poi abbiamo modificato, si e' ottenuto questo grafico:


NB: in entrambi i casi la testata e' stata eseguita nel seguente modo.
Il carrello viene portato al bordo superiore del campo, si gira il getto in direzione della macchina e si inizia l'irrigazione, bagnando di fatto il tubo che collega rotolone e carrello. Appena possibile, il getto viene girato e si inizia l'irrigazione normale, bagnando cioe' in direzione opposta al tubo. Questa operazione e' manuale con il metodo tradizionale e automatica con il sistema GP2.

La pluviometria in testata, in particolare, si presenta in questo modo.
Pluviometria in testata con irrigatore GP2



La pluviometria in testata con il metodo tradizionale e'




Punto 3) L'acqua distribuita nelle zone centrali e' maggiore e non minore del previsto. Nella prova di bologna con macchina tradizionale, a macchina impostata su 30 mm di acqua, nella zona centrale (per intenderci, 10-20 metri a destra e sinistra del tubo) la pluviometria variava da 30 a 33 mm raggiungendo l'apice proprio dove vi era il tubo steso.
Per questo motivo si e' aumentata la velocita' di rotazione del getto nelle zone centrali. Il motivo fisico e' semplice e rappresentato in figura: la zona centrale, durante il recupero del tubo, viene bagnata un numero di volte maggiori rispetto a quelle laterali.



Nel grafico grande iniziale la pluviometria della macchina tradizionale e' stata rapportata a 15 mm (perche' tutte le prove successive erano state fatte a 15 mm) e l'aumento nella zona centrale non e' molto marcato. In realta', nella zona azzura da 13 a 17 mm, nel metodo tradizionale si sfiorano sempre i 17 mm mentre con il GP2 si e' sempre molto vicino a 15 mm impostati.

Non ho a disposizione ora un'immagine della curva impostata sul getto per variarne la velocita', ma in sostanza la velocita' viene espressa come "percentuale" rispetto alla corrente prodotta dal generatore a bordo del getto.
Per esempio, si supponga che il getto produca 100 V. quando il getto si trova ad irrigare frontalmente (cioe' in direzione opposta al tubo), al getto arrivano 80 v, cioe' l'80% dell'energia totale. Man mano che il getto ruota per irrigare le zone periferiche del campo, questa percentuale si abbassa e la velocita' con la quale ruota il motorino (incaricato di ruotare il getto) cala a sua volta. Ovviamente per rendere possibile tutto cio' e' necessario montare sul getto un trasduttore di posizione.


Punto 4) La mappatura deve essere eseguita con un palmare e un software apposito per poi essere scaricata sulla centralina a bordo dell'irrigatore.
Si pensava di far comprare il palmare solo al rivenditore di zona, cosi' da limitare i costi, e poi questo era incaricato di mappare il campo, operazione da fare una tantum, in quanto la fisionomia del campo rimane inalterata normalmente per parecchio tempo.
Le operazioni di mappatura sono pianificate, cioe' occorre mappare i vertici del campo e, a parte, gli eventuali vertici di un ipotetico ostacolo qualora questo si trovi nell'area di lavoro della macchina.



Punto 5) I costi sono il capitolo piu' "ignoto" in quanto quello presentato all'Eima era un prototipo, quindi e' stato realizzato con costi certamente diversi da quelli di un prodotto industrializzato. In sostanza, quando il prodotto verra industrializzato si faranno le dovute ricerche di mercato e comprando grossi quantitavi di merce sicuramente si otterra' un prezzo non particolarmente elevato (le tecnologie utilizzate come modem radio e centraline sono disponibili a prezzi democratici)


L'interfaccia utente sara' semplice, dovrei avere una foto dove si vede abbastanza bene, appena la trovo la metto! E'lo stesso schermo nero che c'era all'Eima, per chi l'ha visto! Appena so qualcosa di piu' e trovo l'immagine ritorno sull'argomento.

Spero di aver risposto alle vostre domande, comunque se ho tralasciato qualcosa (moooolto facile) o se avete altre domande, ben venga!!
Chiedo scusa se i tempi di risposta saranno un po' lunghi ma sono preso da un'esame un po' peso!!
Ciao!

[Mapomac]

Caro Fabio, ottimo intervento !

Nel caso di un'ostacolo, come si comporta il getto ? Ad esempio se ci fosse un casa ?

[880dt4]

Salve a tutti!

Dunque, nel caso di una casa all'interno della zona da irrigare il getto si comporta (dimensioni a parte, nel senso che noi abbiamo eseguito le prove con un ostacolo fittizio lungo 10 metri, simulando una cabina dell'Enel) grossomodo come rappresentato nel grafico sottostante:



Il sensore GPS posto sul getto rileva quando questo si trova alla quota del limite superiore dell'ostacolo; a questo punto il riavvolgimento del tubo cessa e viene irrigata, con settore di 90°, la zona davanti all'ostacolo (zona 1 viola).
Dopo un tempo proporzionale alla pluviometria desiderata viene riattivato il recupero del tubo mentre il settore di irrigazione è sempre di 90° ma irriga a fianco dell'ostacolo (Zona 2 verde).
Quando il getto raggiunge il limite inferiore della ipotetica casa o cabina dell'Enel, il riavvolgimento cessa ancora e praticamente si attiva di nuovo la fase TESTATA (si irriga in direzione della macchina e, dopo un certo tempo di pausa, il tubo viene riavvolto a velocità maggiore del normale, come spiegato nella precedente discussione, per poi rigirarsi e riprendere la normale irrigazione) con l'unica differenza che il settore di irrigazione è di 270° e viene mantenuto fino all'inversione del getto (zona 3 blu).

Ed ora qulache foto delle prove.

Due viste del campo prova di Guastalla:





getto durante l'irrigazione normale su parte dei pluviometri posizionati a terra:



Getto durante il lavoro in inversione. La corda rossa e bianca in basso nella foto rappresenta l'ipotetico ostacolo; questa foto è stata scattata in una delle prime prove, quando la strategia di aggiramento dell'ostacolo non era ancora perfettamente a punto, infatti si vede il getto percorrere la fiancata dell'ostacolo lavorando in inversione.



Questo è il getto montato sul carrello della OCMIS R4/1:



Ed ora 2 foto della fiancata della macchina: la prima durante le prove (sono visibili tutti i cavi di collegamento al PC per monitorare e variare i dati istantaneamente)



questa invece è la macchina senza cavetti vari!!
lo schermo nero è l'interfaccia utente. Ovviamente la macchina non entrerà in commercio così, i dispositivi saranno disposti in maniera opportuna (solo quelli che si possono spostare!)



Spero di aver risposto al buon Mapomac! E se qualcuno ha chiarimenti da chiedere o una qualunque domanda, son qui!! Non rispondo subito, ma prima o poi....risponderò!!

Saluti a tutti

[Mapomac]

Grazie mille della spiegazione.
Quando è prevista la commercializzazione ?

[Angelillo]

Ottima descrizione
Un ulteriore domandina: Tu parli sempre di iniziare il campo bagnando il tubo, è possibile impostare diversamente il sistema? Io, a casa mia, faccio 2 settori di 45 gradi circa uno per parte del getto, poi rientro della gittata e lascio in pausa irrigando dalla parte opposta del tubo; sarebbe fattibile col vostro sistema? Anche il sistema di aggiramento dell'ostacolo è modificabile a piacimento dall'utente o segue lo schema da te descritto? E' stato studiato di montare eventualmente questo sistema anche a macchine con recupero del tubo tramite motorino diesel?

[880dt4]

Come si dice, Angelillo, "hai toccato nel vivo"! Nel senso che le startegie attuabili nella fase di testata erano essenzialmente due: quella descritta da te e quella che poi abbiamo applicato sulla macchina.
Quella da te citata ha il vantaggio di non irrigare il tubo ed il terreno a lui sottostante, limitando di conseguenza l'attrito della tubazione sul terreno durante il rientro del carrello e l'eventuale "impantanamento" (non mi viene il termine in italiano!sorry!) di quest'ultimo.
Il problema e' la realizzazione in automatico di questa strategia. Tu come fai ad irrigare cosi? Sei a carrello fermo quando irrighi a settori di 45 gradi e poi recuperi il tubo con la PTO del trattore e a pompa dell'acqua spenta?
Noi dovevamo innanzitutto fare qualcosa di automatico, quindi totalmente indipendente dalla presenza dell'operatore, e la strategia da te menzionata non era facilmente perseguibile proprio perche' ci sembrava indispensabile, dopo aver irrigato con 2 settori a 45 gradi, la presenza dell'operatore che agisse sul recupero del tubo mediante il trattore.
Probabilmente con uno studio piu' attento (e quindi lungo, che non avevamo il tempo di fare causa consegna del tutto per l'Eima) si potrebbero irrigare le sole zone laterali al tubo mentre questo sta rientrando, effettuando una variazione costante degli angoli di settore...e' un'ipotesi. comunque prima della commercializzazione (a proposito, non so' quando avverra'! Mi dispiace!) ci saranno da rifinire alcuni aspetti...e questo potrebbe essere uno di quelli

Per quanto riguarda l'ostacolo, li' dipende tutto dalla sua forma! In pratica ci sarebbero da fare mille prove per ogni tipologia di ostacolo e quindi eseguire una "mappatura" della cetralina come si fa per quella dei motori, indicando in ogni circostanza le modalita' migliori di operare. Questo sempre perche' si e' voluto render il tutto automatizzato e caratterizzato da una pluviometria grossomodo uniforme (anche nei pressi dell'ostacolo, come si vede nel diagramma sopra, per questo abbiamo fatto un sacco di prove prima di trovare la strategia ottimale! Bisogna giocare con le sovrapposizioni delle gittate), ma credo che esista la possibilita', qualora si desideri, di agire manualmente e impostare le proprie volonta'!!
Almeno, la possibilita' di lavorare escludendo l'elettronica so' esserci, poi non so se si possa anche "guidare" il getto nell'aggiramento dell'ostacolo!Magari mi informo!
Dite pure se avete altri accorgimenti particolari per irrigare le zone un po' critiche, come la testata o in vicinanza di ostacoli o di profili del campo irregolari, sono curioso! Durante la fase di progetto abbiamo chiesto ad alcuni agricoltori della zona, ma alcuni pareri in piu' fanno sempre comodo, anche perche' voi avete di sicuro gia' verificato sul campo gli effetti delle vostre strategie!

Saluti a tutti!