MACCHINE PER LA CONCIMAZIONE MINERALE

 

1. GENERALITA’ SUI CONCIMI MINERALI

I concimi minerali sono commercializzati in forma solida, liquida e gassosa. A prescindere dal loro stato fisico, possono essere distinti in semplici, se contengono un solo elemento fertilizzante, e composti, se ne contengono due o più.

1.1 CONCIMI SOLIDI

Possono assumere diversi aspetti e possedere differenti caratteristiche fisiche, in funzione del materiale di partenza e del processo di fabbricazione adottato (fig. 1).

Ai fini di una corretta manipolazione, le caratteristiche più significative sono:

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Fig. 1 – Le caratteristiche fisiche dei concimi solidi dipendono dal materiale di partenza e del processo di fabbricazione adottato.

1.2 CONCIMI LIQUIDI

In Italia, il loro impiego è limitato, a causa della necessità di disporre di specifiche attrezzature per il trasporto, lo stoccaggio, la movimentazione e la distribuzione.

Possono essere classificati in funzione delle loro caratteristiche fisico-chimiche in:

1.3 CONCIMI GASSOSI

L'unico concime di questo tipo è rappresentato dall'ammoniaca anidra, che è un gas incolore, dall'odore pungente ed irritante ed estremamente tossico per inalazione.

Costituisce il materiale di partenza per la fabbricazione dei concimi azotati, ma può anche essere direttamente impiegato in campo; grazie al suo elevato titolo in azoto (82%), permette di ridurre notevolmente il costo dell'unità di azoto applicata al terreno.

Dal punto di vista dell'utilizzatore presenta i seguenti limiti:

2. GLI SPANDICONCIME

In termini generali, una macchina per la distribuzione dei concimi minerali dovrebbe possedere le seguenti caratteristiche operative:

Indipendentemente dalle soluzioni costruttive adottate, che possono essere estremamente diversificate, gli spandiconcime risultano tutti schematicamente costituiti da (fig. 2):

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Fig. 2 – Spandiconcime di tipo portato dal trattore, con distributori funzionanti per reazione centrifuga, a disco rotante orizzontale (A); a tubo oscillante nel piano orizzontale (B).

La tramoggia è realizzata in lamiera o, più raramente, in materiale plastico; ha la funzione di contenere il fertilizzante e di convogliarlo verso il sistema di regolazione della dose. Ha una capacità generalmente compresa fra 300 e 2500 dm³ nei modelli portati, e fra 1500 e 12000 dm³ in quelli trainati. Negli spandiconcime di minori dimensioni sono generalmente montate tramogge di forma tronco-conica o tronco-piramidale, in modo che il concime venga a contatto per gravità con il sistema di regolazione. Nei modelli di maggiori dimensioni, invece, le tramogge sono di forma prismatica e sono dotate di sistemi di convogliamento del concime verso il sistema di distribuzione, che possono essere costituiti da una coclea o da un trasportatore a nastro posto alla base della tramoggia stessa.

Per ridurre i fenomeni di separazione che si manifestano soprattutto con l'impiego di concimi composti in miscela fisica, è opportuno che all’interno della tramoggia siano presenti agitatori meccanici. E’ presente inoltre una griglia metallica alla base della tramoggia, per evitare il contatto del sistema di distribuzione con corpi estranei o di agglomerati di concime e per una funzione di sicurezza nei confronti dell’operatore.

Il sistema di regolazione della dose permette di controllare il flusso del concime della tramoggia al sistema di distribuzione: può essere per gravità, per estrazione forzata o di tipo volumetrico.

I sistemi per gravità sono essenzialmente costituiti da una o più aperture con luce regolabile, poste sul fondo della tramoggia. In tal caso, l’entità del flusso di concime risulta legato alle dimensioni e alla forma delle aperture di scarico e alla fluidità del concime da distribuire.

I sistemi di regolazione per estrazione forzata sono costituiti da un convogliatore (a nastro, a tapparella ecc.) che convoglia il concime attraverso delle aperture di uscita ad ampiezza regolabile che permettono di regolare la portata di distribuzione.

I sistemi volumetrici, infine, sono costituiti da rulli (scanalati, dentati o a palette) che estraggono un certo volume di concime dalla tramoggia per ogni giro attorno al proprio asse. La regolazione della quantità di concime estratta è effettuata variando opportunamente il regime di rotazione dei rulli.

I sistemi di regolazione per estrazione forzata e volumetrica possono essere azionati per mezzo della presa di potenza del trattore o derivare il moto dalle ruote dello spandiconcime. Nel primo caso, si ha una distribuzione proporzionale al regime di rotazione del motore (DPM); nel secondo una distribuzione proporzionale all'avanzamento (DPA).

Il sistema di distribuzione ha la funzione di ripartire il concime sul terreno. In funzione delle sue caratteristiche operative, il concime può raggiungere la superficie:

A prescindere dalle soluzioni tecniche adottate, il sistema di distribuzione dovrebbe essere in grado di garantire una sufficiente uniformità sia lungo la direzione di avanzamento (distribuzione longitudinale), sia in senso ortogonale ad essa (distribuzione trasversale).

L’unformità di distribuzione longitudinale è influenzata dalle caratteristiche fisiche del concime (fluidità e massa volumica) e da quelle del sistema di regolazione della dose.

La curva di distribuzione trasversale può essere verificata con prove di spandimento, al fine di definire la corretta entità della sovrapposizione delle passate per ottenere la miglior uniformità (fig. 3).

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Fig. 3 – La determinazione del diagramma di distribuzione (sopra) ha un’importanza fondamentale per la determinazione della corretta larghezza di lavoro (sotto).

3. TIPOLOGIE DI MACCHINE

3.1 Spandiconcime a distribuzione lineare per gravità

In questo tipo di macchine manca un vero e proprio sistema di distribuzione e pertanto il concime cade a terra per gravità subito a valle del sistema di regolazione. Quest’ultimo, a sua volta, può essere per gravità o per estrazione forzata per mezzo di viti senza fine, coclee, catene o tappeti mobili che, con il loro movimento, spingono il concime verso le aperture di distribuzione.

Sui modelli trainati gli organi di regolazione della dose derivano il moto dalle ruote dello spandiconcime. Si ottiene così una distribuzione di tipo meccanico proporzionale all'avanzamento. La larghezza della tramoggia, che coincide con quella di distribuzione e di lavoro (non è richiesta alcuna sovrapposizione), risulta generalmente compresa fra 2 e 4 m (fig. 4).

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Fig. 4 - Spandiconcime a distribuzione lineare per gravità

Il sistema di distribuzione per gravità risulta il più adatto per i concimi polverulenti, poichè limita la formazione di polvere alla fase di distribuzione. Tuttavia, le elevate dosi utilizzate nella distribuzione di questo prodotto (fino a 1200 kg/ha) e le ridotte dimensioni della tramoggia rendono estremamente limitata la capacità di lavoro di queste macchine.

Un’evoluzione di tali spandiconcime è rappresentata dalle macchine con sistema di distribuzione a coclea (fig. 5).

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Fig. 5 – Spandiconcime lineare con sistema di distribuzione a coclea.

In questo caso, il concime cade a terra per gravità dopo aver attraversato una serie di aperture con luce regolabile disposte lungo tutta la larghezza della barra di distribuzione, che è formata da 2 trasportatori a coclea azionati meccanicamente o idraulicamente. Tali sistemi di distribuzione vengono normalmente applicati a spandiconcime con tramogge di grande capacità (fino a 10 m³).

Per attenuare l'azione negativa del vento, che può causare la deriva dei granuli più fini, le barre possono essere dotate di appositi tubi adduttori che permettono di depositare il concime direttamente sulla superficie del terreno. Inoltre, è possibile sostituire le barre di distribuzione con un sistema operante per reazione centrifuga a 2 dischi.

3.2 Spandiconcime a distribuzione per reazione centrifuga

Sono le macchine attualmente più utilizzate per la distribuzione dei concimi minerali, apprezzate dagli utilizzatori per la loro semplicità costruttiva e per il loro costo contenuto. Le macchine di tipo portato sono dotate di tramogge con capacità compresa fra 0,4 e 2 m³, mentre quelle trainate possono arrivare a 10 m³.

Caratteristica comune a tutte le macchine con distribuzione per reazione centrifuga è quella di imprimere, attraverso una serie di meccanismi (dischi rotanti, tubi osciillanti), un’elevata velocità ai granuli di concime che, dopo aver percorso una traiettona parabolica in aria, cadono sul terreno ad una distanza dal sistema lancio variabile in funzione della velocità iniziale impressa al granulo, della sua componente verticale, delle carattenstiche fisiche delle particelle e delle condizioni ambientali al momento della distribuzione.

Fra i fattori ambientali che possono pregiudicare la qualità del lavoro degli spandiconcime centrifughi vanno ricordati:

La larghezza di lavoro di tali attrezzature è generalmente compresa tra 6 e 24 m.

3.2.1 Spandiconcime centrifughi monodisco

Il concime presente nella tramoggia, generalmente di forma tronco-conica o tronco-piramidale (fig. 6), viene convogliato per gravità verso il sistema di regolazione della dose, che può essere per gravità o per estrazione forzata. Quindi viene a contatto con il sitema di distribuzione costituito da un disco ad asse verticale munito di alette radiali azionato per mezzo della presa di potenza e caratterizzato da una elevata velocità angolare (compresa fra 300 e 1000 min-1).

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Fig. 6 - Spandiconcime centrifugo monodisco.

I granuli di concime, a seguito del loro contatto con il disco di distribuzione e le relative alette, subiscono una brusca accelerazione e vengono scagliati verso l'esterno con una velocità iniziale di 8-12 m/s. L'area interessata dalla distribuzione è rappresentata da un settore circolare con centro sull'asse di rotazione del disco e raggio pari alla distanza massima percorsa dai granuli.

In condizioni operative ottimali, il diagramma di distribuzione della macchina è di tipo triangolare, con una lieve asimmetria tipica. Per ottenere una buona uniformità di distribuzione trasversale è necessario effettuare una sovrapposizione fra due passaggi contigui dello spandiconcime compresa fra il 50% e il 10% della gittata massima. Le larghezze di lavoro che ne conseguono risultano generalmente comprese fra 6 e 15 m.

3.2.2 Spandiconcime centrifughi a 2 dischi

II sistema di distribuzione è costituito da due dischi controrotanti (fig. 7). Ciò permette di limitare l'asimmetria di distribuzione propria di ogni disco singolo.

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Fig. 7 - Spandiconcime centrifugo a 2 dischi.

Il diagramma di distribuzione che ne risulta è di forma rettangolare o semi-ellittica. Per ottenere una buona uniformità di distribuzione trasversale la larghezza di lavoro deve essere compresa fra il 50 e il 10% della gittata massima e, generalmente, risulta pari a 12-18 m. I1 sistema di regolazione della dose può essere per gravità o per estrazione forzata (fig. 8). In quest'ultimo caso, su alcune macchine sono previsti sistemi di regolazione con distribuzione proporzionale all'avanzamento di tipo meccanico o elettronico.

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Fig. 8 – Spandiconcime centrifugo a due dischi con sistema di regolazione ad estrazione forzata.

3.2.3 Spandiconcime centrifughi a tubo oscillante

Il sistema di distribuzione è costituito da un tubo di lancio dotato di un moto oscillatorio (360-400 doppie oscillazioni al minuto), azionato dalla presa di potenza per mezzo di un sistema biella-manovella (fig. 9).

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Fig. 9 – Spandiconcime centrifugo a tubo oscillante.

Il sistema di regolazione della dose è per gravità e può essere dotato di un sistema di distribuzione proporzionale all'avanzamento ad azionamento elettronico. Il diagramma di distribuzione di queste macchine è ellittico-trapezoidale, spesso caratterizzato da una depressione centrale, che dipende dal tipo di tubo utilizzato. La larghezza di lavoro di tale attrezzatura non supera i 16 m.

3.2.4 Spandiconcime con sistema di distribuzione a rulli

La regolazione della dose è di tipo volumetrico e il concime viene estratto dalla tramoggia per mezzo di due rulli dosatori autopulenti azionati per mezzo della presa di potenza.

Il sistema di distribuzione è costituito da 2 rulli gommati controrotanti, che proiettano il concime verso un diffusore in lamiera stampata opportunamente sagomato che divide il flusso di concime in tante sezioni, facendogli assumere una diversa traiettoria (fig. 10).

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Fig. 10 – Spandiconcime centrifugo con distribuzione a rulli.

Rispetto agli spandiconcime di tipo centrifugo presenta i seguenti vantaggi:

3.3 Spandiconcime con distribuzione a trasporto pneumatico

Il sistema di distribuzione di queste macchine è costituito da una serie di tubi, ognuno dei quali è dotato all’estremità di un deflettore, nei quali scorre un flusso d’aria ad elevata velocità (30 m/s) generato da un ventilatore radiale. I1 concime, dopo essere stato estratto dalla tramoggia per mezzo di appositi rulli dosatori, va in una serie di tramoggie poste all'inizio di ogni tubo di trasporto e viene a contatto con il flusso d'aria che lo trasporta verso i deflettori, dai quali viene proiettato verso la superficie del terreno (figg. 11 e 12).

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Fig. 11 – Spandiconcime pneumatico al lavoro.

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Fig. 12 – Funzionamento di uno spandiconcime pneumatico.

La regolazione della dose è di tipo volumetrico, ed è ottenuta variando il regime di rotazione dei rulli dosatori dentati, che possono essere azionati per mezzo della presa di potenza o derivare il moto dalle ruote dello spandiconcime o da apposite ruote di appoggio a terra (DPA meccanico).

Le barre di distribuzione hanno una lunghezza compresa fra 10 e 24 m e sono divise in più sezioni, al fine di permettere il loro ripiegamento che, nei modelli di maggiori dimensioni, viene effettuato idraulicamente.

La forma della parte terminale dei tubi adduttori e dei deflettori ha un ruolo molto importante sull’uniformità di distribuzione del concime, in quanto essa dipende dalla traiettoria che i granuli di concime assumono nel loro tragitto verso il terreno. Analogamente alle irroratrici a barra, per una corretta sovrapposizione dei getti fra deflettori contigui è importante che la barra risulti sempre parallela alla superficie del terreno (fig. 13).

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Fig. 13 – Per ottenere una buona uniformità di distribuzione, è necessario regolare al meglio l’altezza della barra dal terreno e mantenerla parallela alla superficie del suolo.

Per tale ragione è preferibile che i modelli di mggiori dimensioni (18-24 m) siano dotati di sistemi per la correzione dell'assetto o, meglio, di sistemi di stabilizzazione della barra.

Il diagramma di distribuzione degli spandiconcime pneumatici è di tipo trapezoidale e la sovrapposizione richiesta tra una passata e quella contigua è minima (0,5-1 m). La larghezza di lavoro è pertanto legata solo alle dimensioni della barra (fig. 14).

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Fig. 14 – Rispetto ad uno spandiconcime centrifugo con la stessa larghezza di lavoro, quello pneumatico è caratterizzato da un’area di distribuzione di ridotte dimensioni. Ciò permette minori sovrapposizioni e pericoli di deriva contenuti.

Grazie alle sue particolari caratteristiche costruttive, l'uniformità di distribuzione trasversale del prodotto non è influenzata dalle caratteristiche fisiche del concime distribuito, nè dalle condizioni ambientali e operative. Rispetto agli spandiconcime finora esaminati, lo spandiconcime pneumatico permette, inoltre, una più efficace parzializzazione della larghezza di lavoro e maggiore flessibilità di impiego. Grazie all'impiego di specifici rulli dosatori è infatti possibile effettuare anche la distribuzione di microgranulati e di semi minuti, incrementando l'utilizzazione annua della macchina.

Inoltre, la minore area di distribuzione e la possibilità di parzializzare la larghezza di lavoro permettono di effettuare una distribuzione uniforme anche in prossimità delle capezzagne e dei bordi dell'appezzamento.

Sotto l'aspetto della qualità del lavoro, lo spandiconcime pneumatico è senza dubbio l'attrezzatura che meglio permette di effettuare una distribuzione precisa e uniforme, qualsiasi sia il tipo di concime minerale utilizzato. La sua limitata diffusione è pertanto legata solo al suo elevato prezzo di acquisto, che risulta ben 5-6 volte superiore a quello di uno spandiconcime centrifugo di analoga capacità di lavoro.

3.4 Distribuzione localizzata dei concimi minerali solidi

La distribuzione localizzata del concime rende concreti una serie di vantaggi agronomici soprattutto nel caso delle colture sarchiate.

La distribuzione superficiale localizzata può essere effettuata:

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Fig. 15 – Spandiconcime per distrobuzione localizzata: con deflettori (a sinistra), per colture arboree; con tubi adduttori (al centro e a destra) per colture cerealicole.

3.5 Distribuzione dei concimi minerali in forma liquida

Per la distribuzione di tali prodotti possono essere impiegate le medesime irroratrici a barra utilizzate per i trattamenti fitosanitari, che tuttavia devono essere realizzate con materiali resistenti alla corrosione e all'abrasione. E’ in ogni caso necessario prevedere una serie di modifiche per quanto riguarda sia alcuni suoi componenti (ugelli, pompe, sistema di filtrazione).

In particolare, la distribuzione dei concimi liquidi richiede una buona uniformità di distribuzione sul terreno e una ridotta polverizzazione del liquido. In linea generale, nsulta consigliabile l'impiego di macchine dotate di sistema di regolazione, con distribuzione proporzionale all'avanzamento e in grado di operare con limitate pressioni di esercizio, con elevate portate e di erogatori che limitino la polverizzazione del liquido.

3.6 Distribuzione dei concimi minerali in forma gassosa (ammoniaca anidra)

L'ammoniaca anidra deve essere distribuita nel terreno ad una profondità compresa fra 0,15 e 0,20 m, in funzione della tessitura e dell'umidità del suolo.

Le attrezzature utilizzate per l'applicazione dell'ammoniaca anidra sono schematicamente costituite da un serbatoio nel quale l'ammoniaca viene stoccata in fase liquida ad una pressione di 1 bar, da un regolatore di pressione, da un distributore e da una serie di tubi adduttori per mezzo dei quali raggiunge i denti iniettori (fig. 16). Il concime passa dalla fase liquida a quella gassosa all'uscita dei tubi adduttori e viene successivamente fissato dal terreno. Se il terreno non si trova nelle condizioni ottimali e risulta troppo secco o troppo umido, i solchi scavati dai denti iniettori rimangono parzialmente aperti con conseguenti notevoli perdite di fertilizzante.

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Fig. 16 – Attrezzatura per l’applicazione di concimi minerali in forma gassosa (ammoniaca anidra).

Recenti innovazioni

Nell'ambito di una più generale tendenza a ridurre il costo complessivo della concimazione attraverso l'ottimizzazione delle dosi distribuite, le macchine per la distribuzione dei concimi minerali devono, in misura crescente, risultare in grado di fornire un’efficace e precisa regolazione della dose da distribuire e una buona uniformità di distribuzione.

Le maggiori attenzioni dei costruttori sono attualmente rivolte agli spandiconcime centrifughi che, grazie alla loro semplicità, ridotta manutenzione, facilità di impiego e soprattutto ridotti prezzi di acquisto e costi di gestione risultano quelli oggi maggiormente diffusi non solo a livello nazionale ma anche europeo.

Due sono gli obiettivi che i costruttori di spandiconcime centrifughi oggi si pongono:

- il regime di rotazione dei dischi, indipendentemente dalla velocità di avanzamento, grazie ad un azionamento idraulico;

- la forma e le dimensioni dei dischi di distribuzione e delle alette;

- la posizione e l'inclinazione delle alette

- il punto di caduta del concime sul disco.

Va comunque ricordato che gli spandiconcime a larghezza di lavoro variabile richiedono una non sempre facile regolazione da parte dell'operatore. Risulta pertanto necessario che il costruttore provveda a fornire, assieme al manuale di uso e manutenzione, le tabelle di taratura per ogni singolo concime da utilizzare;

Nel caso degli spandiconcime pneumatici, dotati di sistemi di regolazione volumetrici, i sistemi di controllo elettronici sono schematicamente costituiti da un rilevatore della velocità di avanzamento, da un servocomando elettrico che permette di regolare il regime di rotazione dei rulli estrattori e da una centralina elettronica dotata di display e tastiera di comando. Una volta stabilita la dose che si intende distribuire, il microprocessore - in base alla relazione esistente fra velocità di rotazione dei rulli e alla quantità di concime distribuita determinata con apposita prova preliminare di taratura, alla larghezza di lavoro e alla velocità di avanzamento istantanea - regola il regime di rotazione dei rulli in modo da mantenere sempre costante la quantità di concime applicata per ettaro.

Nel caso dei sistemi di regolazione per gravità, il microprocessore agisce su un dispositivo elettro-magnetico che permette di variare le dimensioni delle luci di uscita del concime dalla tramoggia. In questo caso la relazione tra la apertura delle luci e la quantità di concime erogata non è più di tipo rettilineo ma ha un andamento che, in funzione delle caratteristiche fisiche del concime e costruttive del sistema, può essere assimilabile ad una curva di secondo o terzo grado. Per permettere al microprocessore di individuare tale curva risulta, pertanto, necessano determinare, per ogni tipo di concime impiegato, almeno tre valori della portata in funzione della regolazione della macchina. Ciò aumenta notevolmente i tempi necessari alla taratura del sistema.

Le centraline utilizzate per il controllo elettronico sono generalmente in grado di fornire all'operatore una serie di informazioni quali: superficie concimata, quantità totale distribuita, velocità di avanzamento.