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Foto 1. Barra de
pulverización de John Deere.
MECANIZACIÓN PULVERIZADORES 1
Innovaciones aplicadas a las barras para mejorar la calidad y uniformidad del tratamiento
Especificaciones técnicas y ensayos conbarras de pulverizamonEn este artículo se revisan las características más relevantes delas barras de pulverización, poniendo especial énfasis en lossistemas de estabilización pasivos y activos, así como su efectosobre la calidad del tratamiento. Se estudian las diferenciasentre las vibraciones verticales y horizontales revelándose éstasúltimas mucho más perniciosas que las primeras, aspecto quecomúnmente pasa desapercibido.
tárea para un mismo coste horario), y dismi-nución de los tiempos accesorios, entre ellosla rápida adaptación a distintos tipos de tra-tamientos (varias boquillas montadas endispositivos de tipo revolver y sistemas deplegado y desplegado automáticos de lasbarras de pulverización.
La foto 2 muestra un equipo plegado enposición de transporte (ancho < 2,5 m) y sucorrespondiente apertura mediante un siste-ma de accionamiento hidráulico.
Pilar Barreiro.
Profesora Titular. Dpto. Ingeniería Rural. ETS! agrónomosUniversidad Politécnica de Madrid.
as barras de pulverización (foto 1) sehan ido sofisticando a medida quehan aumentado sus anchos, así hoyen día es posible encontrar equipos
comerciales con anchuras de trabajo inclusode 45 m (90 boquillas). Las barras de pulve-rización se pueden clasificar atendiendo alsistema de plegado (manuales y automáti-cas), al procedimiento de transporte de cal-do (barras secas y húmedas), y al sistema de
estabilización (pasivos, activos o con ate-nuación adicional de vibraciones), siendoesto último con diferencia lo más relevante.
Sistemas de plegado automático
Tal y como se ha mencionado, en los últi-mos diez años los pulverizadores hidráulicoshan aumentado su anchura útil de trabajodrásticamente. Estos equipos están espe-cialmente adaptados para el trabajo de em-presas de servicios en las que la característi-ca fundamental reside en ofrecer un trabajoespecializado y de calidad, con una elevadacapacidad de trabajo (menor coste por hec-
Barras de pulverizaciónsecas y húmedas
Una barra de pulverización se considerahúmeda si la estructura soporte realiza ade-más la función de trasegar el caldo en su inte-rior (foto 3), mientras que se denomina seca,cuando se emplea un tubería exterior aneja ala estructura de la barra, siendo éstas más fre-cuentes que las húmedas en nuestro país.
La principal ventaja de las barras húme-das es que existen menos áreas donde pue-den acumularse residuos de caldo. Ademásla barra húmeda, sólo ha de ser alimentadapor un extremo dado que el flujo de líquidoes más suave en su interior y existen menoscaídas de presión en su interior. Las dos des-ventajas principales de las barras húmedasson su mayor coste inicial (hasta un 60% su-perior según datos del servicio de extensiónde la Universidad de Nebraska), y el riesgode daño debido a impactos con obstáculosdurante el trabajo que pueden provocar sudeformación o rotura.
Resistencia y estabilidad de lasbarras de pulverización
Hay dos grandes atributos a tener encuenta a la hora de seleccionar las barras depulverización: su resistencia y su estabilidad.La resistencia refiere la capacidad de la ba-
ECI VidaRURAL (15/Marzo/2009)
Foto 7 Equipo de pulverización deBerthoud plegado pala tlanapuitc.
Portaboquillas parabarra seca
Barra húmeda1111111»-
boquillasparabarrabarrahúmeda
Barra seca
Foto 3. Fuente: Kieln, 2004 (Servicio de Extensión de la Universidad de Nebraska).
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rra de mantener su integridad durante lascondiciones de trabajo u operación, mien-tras que la estabilidad indica la viabilidad demantener la orientación de la barra constan-te en relación a su objetivo, en este caso, elperfil del terreno.
A medida que aumenta la longitud de las ba-rras de pulverización, su estructura es más com-pleja y reforzada para evitar flexiones (foto 4).
Para elevadas longitudes de las barrasde pulverización, incluso leves deformacio-nes y rotaciones de la estructura pueden
provocar desplazamientos considerables delos extremos. El cuadro 1 indica las variacio-nes de altura de la barra de pulverizaciónrespecto al suelo en función de la longitud dela barra y para inclinaciones variables de labarra de pulverización, de acuerdo con la fi-gura 1. Es importante resaltar que puedenobtenerse oscilaciones superiores a 70 cm,aspecto que por tanto ha de tenerse encuenta en relación con la altura de trabajo(típicamente 50 cm).
La estabilidad de las barras de pulveriza-ción es básica, dado que estudios teóricos yexperimentales indican que la distribucióndel producto fitosanitario puede variar de un0% al 800% debido a la aparición de despla-zamientos de distinta naturaleza en la barrade pulverización.
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CUADRO I.Desnivel vertical (cm) en distintos puntos de una barra de pulverización en función de suinclinación. Fuente: Elaboración propia.
Inclinación (°) Distancia al centro de la barra de pulverización (m)
-21 -15 -9 -3 0 3 9 15 21
0,5 -18,3 -13,1 7,9 -2,6 0 2,6 7,9 13,1 18,3
-36,7 -26,2 15,7 -5,2 0 5,2 15,7 26,2 36,7
2 -73,3 -52,4 31,4 -10,5 0 10,5 31,4 52,4 73,3
Foto 4 Detalle de la estructura de varias barras de pulverización: a) Miller N2XP;
b) Hardi Campagne ECO-SOUFFLE 2009.
FIGURA 1Efecto de la inclinación vertical de la barra de pulverización (roll). Fuente: Deprez y colaboradores, 2003.
MECANIZACIÓN PULVERIZADORES
Sistemas de suspensión
PasivosLos sistemas de suspensión pasiva
(péndulo o trapecio) se caracterizan por em-plear un sistema de balancín que permiteque la barra de pulverización pivote o roteaccionada por la fuerza de la gravedad, deforma similar al procedimiento de aploma-do de una vertedera. Este tipo de sistemasactúan atenuando las irregularidades delterreno. Casi todos los fabricantes ofrecensistemas de suspensión pasivos basadosen sistemas de péndulos o trapecios sim-ples. Casi todos ellos son capaces de redu-cir a la mitad el movimiento vertical de la ba-rra de pulverización comparados con el mo-
vimiento de una barra montada de forma rí-gida. Así por ejemplo, Kennes y colaborado-res ya en 1999, indican que las desviacio-nes típicas de los extremos de las barras de
pulverización respecto a su posición deequilibrio se sitúan respectivamente en 44cm, 25 cm y 27 cm para un sistema rígido,un sistema de péndulo y otro de trapecio.
Los sistemas de suspensión pasivos, ac-túan bien a velocidades moderadas (4km/h) aunque son insuficientes a velocida-des elevadas (superiores a 8 km/h), y de ahíque sucesivamente se hayan propuestonuevos sistemas, como veremos más ade-lante.
ActivosLos sistemas de suspensión activa se ca-
racterizan por recoger la señal de unos sen-sores situados en los extremos de la barra depulverización, generalmente de ultrasonidos,que determinan la altura de la barra de pul-verización respecto al suelo comparándolacon el valor de consigna (valor deseado) y enfunción de la diferencia o error, un controla-dor envía una señal a un actuador hidráulicoo eléctrico que desplaza la barra de pulveri-zación para adaptarse al perfil del terreno.Están especialmente indicados en casos dependiente transversal en el terreno, situaciónque no puede ser compensada por los siste-mas pasivos anteriormente mencionados.
La figura 2 muestra cuatro procedimien-tos clásicos de actuación en los sistemas desuspensión activa. En todos ellos la dinámi-ca de control es similar.
La calidad de los sistemas activos de-pende de lo optimizado que esté el algoritmode control (selección del orden, polos y ce-ros), siendo más importante esta optimiza-ción para elevadas velocidades de avance.
Amortiguación adicionalde vibraciones
Las vibraciones en las barras de pulve-rización están inducidas por las irregulari-
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Bastidor conectadoal tractor
Eje Pivot
Cilindrohidrálico
Barra depulverización
11Brazoslaterales
Cilindrohidráulico Barra de
pulverización
Bastidor conectadoal tractor
c1 Sistema activo por cable.
Bastidor de unión al tractor
Perfil curvo
................
.........................
-Cilindro peso
Vástago de unión
Unión giratoria
......................... .
s Barra depulverización
d) Sistema activo tipo Douven.
Motor eléctrico Transmisión Plato de sujeción
Bastidor conectadoal tractor
Barra depulverización
Cable
MECANIZACIÓN PULVERIZADORES 1
dades del terreno que se transmiten desde los neumáticos através del tractor, que actúa como un filtro. A las frecuenciaspropias del tractor, las vibraciones se amplifican, mientras queen otras frecuencias las vibraciones se atenúan. Lamentable-mente, las frecuencias propias del tractor se encuentran muy
FIGURA 2Esquema de los cuatro procedimientos más empleadosen la suspensión activa de barras de pulverización: péndulo,trapecio, cable accionado y Douven.Fuente: Adaptado de Deprez y colaboradores, 2003.
b) Sistema activo de trapecio.
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Roll
Yaw
Jolt
Bastidor conectado al tractor
Primer péndulo
Amortiguador-resortBarra de pulverizaciónSegundo péndulo
Cilindro hidráulico
Bastidor conectado al tractor
Barra depulverización
08
O 6
0 4-
0 2
Eoo
roo_
z-02 »
-04.
-00
- 0.8
1 01
---- sin controlador— con controlador
02 03 04 05 06
Frecuencia (Hz)
10 15 20
Tiempo (s)
0.2
0.15
Eooa, 005
MECANIZACIÓN PULVERIZADORES
próximas a las de las barras de pulveriza-ción, por lo que este efecto resulta muy sig-nificativo.
Las vibraciones más importantes queafectan el patrón de distribución del fitosa-nitario son debidas al movimiento de rota-ción respecto al eje que se alinea con la ve-locidad de avance (rolling)y que redunda endesplazamientos en el plano vertical, asícomo a dos tipos de vibraciones en el plano
FIGURA 3Posibles fluctuaciones de las barras depulverización debidas a procesos de vibración.Fuente: Anthonis y colaboradores, 2005.
FIGURA 4Sistema de absorción de vibraciones verticalesy horizontales en un péndulo doble, evaluadoen una barra de pulverización John Deere de39 m de longitud. Fuente: Anthonis ycolaboradores, 2005.
a) Sistema de atenuación de vibradoresverticales
b) Sistema de atenuación de vibradoreshorizontales.
horizontal (yawing and jolting, desplaza-mientos anti-simétricos y simétricos respec-tivamente, figura 3).
Aunque casi todos estos tipos de vibra-ciones (rolling, yawing and jolting) puedenser modelizados mediante filtro de pasobajo de segundo orden, difieren enorme-mente desde un punto de vista práctico, es-pecialmente en lo que se refiere a las fre-cuencias de corte y el procedimiento decontrol de los elementos de amortiguación.Así, cuanto menor es la frecuencia de corte,menores son las vibraciones transmitidasdesde el tractor hasta la barra de pulveriza-ción, pero más lenta resulta ser la respuestade la barra de pulverización a la hora de co-locarse paralela al perfil del terreno.
De acuerdo con estudios experimenta-les el efecto de las vibraciones verticales re-dunda en variaciones de dosis entre el 85%y el 140% (sobre una base de 100%), mien-tras que las vibraciones horizontales sonmucho más importantes alcanzándose do-sis nulas en un extremo, y en el otro extremovalores superiores al 300% (algunos inclusocitan un 800%). En dichos estudios se indi-ca que los sistemas de suspensión activason mucho más eficaces en la supresión delas vibraciones horizontales que los siste-mas pasivos.
La causa de la mayor influencia de las vi-braciones en el plano horizontal sobre la do-sis se debe al efecto que provocan sobre lasvariaciones en la velocidad de avance de lasboquillas, que a su vez redunda en variacio-nes de la dosis en la dirección de avance.Así, mientras que el extremo de la barra de
De acuerdo conestudios experimentalesel efecto de lasvibraciones horizontaleses mucho más importanteque el de las verticalesalcanzándose dosisnulas en un extremo,y en el otro extremovalores superioresal 300%
pulverización que se desplaza hacia delan-te muestra una mayor velocidad (menor do-sis aplicada), el extremo de la barra que sedesplaza hacia atrás disminuye su veloci-dad de avance (mayor dosis aplicada).
Una solución todavía más avanzadaque las descritas para eliminar las vibracio-nes de la barra de pulverización es el em-pleo de un doble péndulo o un doble trape-cio junto con unos amortiguadores de vi-bración en el plano vertical y horizontal (fi-gura 4), de manera que el primer péndulo otrapecio actúa como una suspensión pasi-va respecto a irregularidades del terreno,los amortiguadores absorben las vibracio-nes que se transmiten desde el tractor, y elsegundo péndulo o trapecio es accionadomediante un cilindro hidráulico (suspen-sión activa), para adaptarse al perfil del te-rreno.
Otra solución propuesta por Anthonis ycolaboradores en 2003, implica la creaciónde un sistema activo de aislamiento de la
FIGURA 5Efecto de los controladores en la eliminaciónde vibraciones.
a) Comparación de un sistema activorespecto a un sistema sin controlador(Deprez y colaboradores, 2002).
b) Efecto de aislamiento activo para unasupresión adicional de las vibraciones(Anthonis y colaboradores, 2003).
Vida RURAL (15/Marzo/2009)
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MECANIZACIÓN PULVERIZADORES I
barra de pulverización respectd al tractor.Para ello emplea dos acelerómetros estra-tégicamente colocados sobre el chasis dela barra que envían la señal a un sistema decontrol capaz de actuar sobre un sistemade suspensión activa provocando una in-tensa eliminación de las vibraciones. La fi-
gura 5, muestra como los distintos procedi-mientos pueden reducir los desplazamien-tos de la barra de pulverización de ± 80 cma ± 5 cm. Este último rango hace viable tra-bajar con alturas de la barra de pulveriza-ción incluso inferiores a 50 cm, especial-
mente indicadas para realizar tratamientosde baja deriva en caso necesario.
Bancos de ensayo
Desde 1987 a 2007 se han descrito nomenos de cinco tipos distintos de procedi-mientos de ensayo, algunos de ellos actúansobre el conjunto tractor barra de pulveriza-ción, mientras que recientemente se hadesarrollado un banco de ensayo en el quese monta la barra. Este banco permite pro-vocar vibraciones controladas en el plano
vertical y horizontal, análisis en un ampliorango de velocidades de avance y determi-naciones de las poblaciones de gotas y sudistribución espacial mediante un sistemaláser de tipo Doppler.
Un aspecto muy importante en este tra-bajo es que se demuestra la necesidad derealizar estudios dinámicos exhaustivospara los distintos tipos de boquillas, dadoque éstas afectan enormemente a la cali-dad de la distribución en condiciones varia-bles de intensidad de vibración y de veloci-dad de avance. •
BIBLIOGRAFÍA
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