Co znajdziesz w artykule?
W technice ochrony roślin z wykorzystaniem opryskiwaczy kluczowe jest wytwarzanie kropel, ich wielkość, jednorodność oraz możliwość regulacji tych parametrów. Istotny jest przy tym także sposób emisji w kierunku docelowej powierzchni z uwzględnieniem odporności na znoszenie, odparowanie, jakości penetracji i równomiernego naniesienia. Zdecydowanie najbardziej powszechnym rozwiązaniem są rozpylacze ciśnieniowe systematycznie doskonalone pod kątem wyżej wymienionych parametrów. Znajdują one zastosowanie również w skojarzeniu z pomocniczym strumieniem powietrza (PSP), polem elektrycznym czy rozwiązaniach rozpylaczy dwuczynnikowych. Zwolenników mają także rozpylacze pneumatyczne, np. typu Eurofoil.
Ultra niskie dawki z rozpylaczy rotacyjnych
Kolejnym interesującym rozwiązaniem wartym rozważenia w wielu wariantach techniki oprysku jest niszowy obecnie, choć znany od kilkudziesięciu lat, system rozpylaczy rotacyjnych zwanych także atomizerami. Jest on kojarzony najczęściej z techniką ultraniskich dawek objętościowych (ULV – Ultra Low Volume) stosowaną w agrolotnictwie, a także ostatnio w różnych rozwiązaniach opryskiwaczy komunalnych, począwszy od ręcznych (tzw. kosy herbicydowe) po ciągnikowe. W odróżnieniu od rozpylaczy ciśnieniowych wytwarzających krople o mniej lub bardziej szerokim spektrum wielkości rozpylacze rotacyjne gwarantują jednorodność kropli ze względu na ich rozmiar w szerokim zakresie regulacji (nawet od 20 do 400 mikrometrów). W związku z tym technika ta jest znana także pod nazwą CDA (Controlled Droplet Aplication).
Opryskiwacz Amazone po konwersji na system CDA.
Krople na wirującej tarczy (stożka/walca)
Wielkość kropel regulowana jest prędkością obrotową wirującego elementu roboczego, ale zależy także od natężenia wypływu podawanej dawki cieczy roboczej. Zasada tworzenia kropel polega na wykorzystaniu siły odśrodkowej powodującej odrywanie się kropel z wirującej tarczy (stożka lub walca), najczęściej ząbkowanej, na którą w pobliżu jej osi obrotu podawana jest ciecz robocza. W niektórych rozwiązaniach wyrzucane siłą odśrodkową krople mogą być także emitowane przez siatkę o określonej gęstości. Ciecz robocza podawana jest pod bardzo małym ciśnieniem lub nawet spływa grawitacyjnie.
Napęd elementu roboczego rozpylaczy
Napęd wirującego elementu roboczego może być realizowany na wiele sposobów przy wykorzystaniu: silnika elektrycznego bezpośrednio lub przez przekładnię pasową, silnika hydraulicznego, strumienia powietrza z wentylatora PSP oddziałującego na łopatki (śmigła) znajdujące się na wspólnej osi z wirującym elementem roboczym atomizatora. Technika ta znana jest od lat, była ona przedmiotem badań, stosowana w konstrukcjach i wdrożeniach również w naszym kraju. Problemem tym (w opryskiwaczach polowych) przed laty zajmował się prof. Gajtkowski (UP Poznań), a w Instytucie Ogrodnictwa w Skierniewicach do dzisiaj znajdują się prototypy opryskiwacza sadowniczego wykorzystującego rozpylacze rotacyjne.
Osobiście pierwszy opryskiwacz wykorzystujący tą koncepcję w wersji ręcznej („minikosa herbicydowa” z mnapędem bateryjnym) nabyłem około 25 lat temu na bazarze od ukraińskich turystów za równowartość wtedy 3 dolarów. Możliwość skojarzenia jednorodnych drobnych lub bardzo drobnych kropel z jednoczesnym obniżeniem dawek cieczy roboczej do kilkudziesięciu litrów na hektar lub jeszcze mniej w technice agrolotniczej była kiedyś przewagą nad innymi technikami aplikacji, jednak obecnie ze względu na konieczność uwzględnienia ryzyka znoszenia drobnych kropel na niezamierzoną przestrzeń technika ta posiada szereg ograniczeń wykorzystania.
Oczywiście, w systemie tym można wytwarzać także krople grubsze, bardziej odporne na dryf, należy jednak pamiętać, że wtedy nie powinno się stosować bardzo małych dawek cieczy roboczej na hektar, gdyż nie będziemy w stanie zapewnić odpowiedniego stopnia pokrycia. Po prostu, mając do dyspozycji określoną ilość cieczy, możemy wytworzyć zdecydowanie mniej kropel grubych niż drobnych, co wynika z praw geometrii.
Jeżeli założymy w uproszczeniu, że kropla ma kształt kuli (objętość kuli jest proporcjonalna do trzeciej potęgi z jej średnicy), to zmniejszając jej średnią wielkość o połowę, z jednej kropli zrobi się nam 8 mniejszych. Ośmiokrotne z kolei zmniejszenie średnicy kropel daje aż 512‑krotne zwiększenie ich liczby, mając do dyspozycji daną objętość cieczy. Pewną możliwością ograniczenia znoszenia i odparowania bardzo drobnych kropel w technice ultraniskiej objętości ULV jest tworzenie cieczy użytkowej w oparciu o nośnik olejowy.
Nie tylko w uprawach polowych
Opryskiwacze wykorzystujące atomizery dostępne są obecnie w zasadzie we wszystkich rodzajach: polowych, sadowniczych, pasowych, ręcznych, szklarniowych, lotniczych, a także użytkowane są w chowie zwierząt do kontroli mikroklimatu z możliwością aplikacji produktów medycznych, fitofarmaceutycznych, biopreparatów, w tym drobnoustrojów. Szczególnie przydatne mogą być właśnie do aplikacji różnych organizmów żywych ze względu na brak zjawiska kompresji i dekompresji występującego w technice z użyciem rozpylaczy ciśnieniowych. Dodatkowo wyeliminowane jest wówczas zjawisko niekorzystnego podgrzewania cieczy roboczej spowodowanej jej cyrkulacją w obiegu przelewu i mieszadła hydraulicznego odbierającej ciepło od chłodzonej przy okazji pompy. Dostępne są także różne odmiany atomizerów do samodzielnego montażu na klasycznym sprzęcie (modernizacja). Przez analogię do agrolotnictwa atomizery w technice ULV są szczególnie predestynowane do zastosowania w raczkującej jeszcze technice wykorzystującej wiatrakowce i drony (problemy natury braku jasnych uregulowań prawnych).
Dojrzałe konstrukcje OTL Jarocin
Przy okazji omawianych rozwiązań należy wspomnieć o propozycji Ośrodka Techniki Leśnej w Jarocinie. Oferowany przez ten ośrodek ciągnikowy opryskiwacz szkółkarski OS-1 wyposażono w elektrycznie napędzane atomizery Micron Electrafan umieszczone na belce z możliwością ich dowolnego ustawienia w dowolnym kierunku i pod dowolnym kątem. W związku z tym, że zapotrzebowanie mocy na każdy atomizer wynosi 120 W (atomizer z wentylatorem), co przy napięciu 12 V dla sześciu atomizerów powoduje, że maszyna wymaga natężenia prądu rzędu 70 A (przy rozruchu wentylatorów nawet 80 A), a więc więcej niż możliwości popularnych ciągników rolniczych, konieczne było zastosowanie niezależnego alternatora z akumulatorem.
Co ciekawe, alternator zamontowano na opryskiwaczu, a napędzany jest on silnikiem hydraulicznym zasilanym z instalacji ciśnieniowej ciągnika o zapotrzebowaniu wydatku ok. 25–30 l/min przy ciśnieniu 20–30 barów. Dostępna jest także wersja uproszczona bez alternatora zasilana bezpośrednio za pośrednictwem dodatkowego gniazda (80 A, 12 V) z instalacji ciągnika, jeżeli jego alternator dysponuje wymaganą mocą. Elektrycznie napędzana jest także niskociśnieniowa pompa zębata podająca ciecz roboczą pod niskim (rzędu poniżej 1 bara) ciśnieniem. Oczywiście, elektrycznie sterowane są także elektrozawory (po jednym dla każdego atomizera).
Znajdujący się w kabinie pulpit sterowania umożliwia załączanie i wyłączanie dowolnego atomizera oraz regulację dopływu cieczy z uwzględnieniem ilości czynnych głowic. Za pomocą pulpitu sterowania z kabiny ciągnika dokonujemy także składania i rozkładania ramion opryskiwacza. Możliwość przesuwania atomizerów na belce oraz regulacji ich położenia w trzech płaszczyznach sprzyja optymalizacji dopasowania sprzętu do charakterystyki uprawy. Umieszczenie atomizerów w osłonach tubowych przy jednoczesnym wspomaganiu strumieniem powietrza dostarczanego przez wentylatory zamontowane współosiowo z atomizerem sprzyja redukcji znoszenia oraz zwiększa penetrację kropel o średnicy około 100 mikronów.
Mała dawka cieczy roboczej
Zbiorniki na ciecz roboczą o pojemności 100 lub 300 litrów umożliwiają przy dawce 40 l/ha opryskanie nawet do kilku ha za jednym tankowaniem. Mniejsze ilości zużywanej wody sprzyjają zwiększeniu wydajności, zmniejszeniu zużycia kondycjonerów poprawiających parametry wody oraz adiuwantów. Opryskiwacz ten został nagrodzony Złotym Medalem Targów Eko-Las 2012. Warto także zauważyć, że OTL Jarocin zastosował opcjonalnie atomizery również w starszej konstrukcji opryskiwacza dalekosiężnego ODW-1 typu „Canon” do drzew wysokich, ale który może mieć zastosowanie także w uprawach polowych tam, gdzie nie da się wykorzystać sprzętu z klasyczną belką polową ze względu na wysokość uprawy (krzewy, a nawet kukurydza), jak również zamgławiania tuneli oraz szklarni. Ten nagrodzony Złotą Szyszką na Krajowych Targach Leśnych ROGÓW 2005 opryskiwacz był jedną z pierwszych oryginalnych polskich konstrukcji typu dalekosiężnego.
Szerokie możliwości zastosowania atomizerów
Uznanym producentem atomizerów, a także kompletnych opryskiwaczy w technice CDA, jest Micron Group reprezentowana w naszym kraju przez firmę Micro-system Eryka Cieślaka. Oferta obejmuje opryskiwacze polowe, pasowe, sadownicze do drzew oraz belki herbicydowe, komunalne, agrolotnicze, szklarniowe, plecakowe, ręczne i naramienne. Dostępne są także różne wersje atomizerów, które mogą znaleźć zastosowanie zarówno w uzbrajaniu nowych opryskiwaczy, jak i modernizacji będących już w użyciu.
Do zastosowania w opryskiwaczach polowych przydatny będzie atomizer typu Mikromax wytwarzający krople w szerokim regulowanym przedziale 75–300 mikronów, zapewniając dawkę cieczy roboczej od 20 do 200 l/ha, spełniając wymagania aplikacji zdecydowanej większości środków ochrony roślin. Wielkość kropel zależy od prędkości obrotowej dysku roboczego zmienianej za pomocą przekładni pasowej atomizera. Możliwe są trzy zakresy prędkości: niskie (2000–2500 obr./min), dające krople o wielkości 200–300 mikronów; średnie (3000–4000 obr./min), dające krople o wielkości 100–200 mikronów; wysokie (4500–5000 obr./min), dające krople w zakresie 75–150 mikronów. Możliwe zmniejszenie dawki cieczy roboczej na hektar pozwala przy jednym tankowaniu zbiornika opryskanie nawet do kilkudziesięciu hektarów. W rozwiązaniu tym ważne jest utrzymanie w czystości elementów roboczych, a także kontrola stanu, stopnia zużycia oraz napięcia pasków napędowych, aby nie dopuścić do ich poślizgu.
Ważne jest także odpowiednie zamontowanie atomizerów na belce w sposób uniemożliwiający samooprysk oraz umożliwiających bezpieczne składanie belki do położenia transportowego, a także możliwość regulacji kąta ustawienia dysku względem opryskiwanej powierzchni w celu optymalizacji penetracji. W zależności od szerokości belki roboczej (rozstaw atomizerów na belce wynosi 1 m) trzeba także dysponować odpowiednią mocą alternatora ciągnika, często konieczne staje się zainstalowanie dodatkowego alternatora. Do oprysków pasowych w polu oraz ugorów herbicydowych w sadach przydatny będzie atomizer Micromax 120 wyposażony w osłonę, która umożliwia zmianę szerokości roboczej. Atomizer ten wyposażony jest w system recyrkulacji niewykorzystanej cieczy roboczej.
Opryskiwacze pasowe
Atomizery w systemie CDA znajdują także zastosowanie w opryskiwaczach pasowych, np. Varidome w uprawach rolniczych i warzywniczych. Opryskiwanie pasowe dobrze wpisuje się w koncepcję integrowanej ochrony oraz rolnictwa precyzyjnego, umożliwiając miejscową aplikację oszczędnych dawek środków ochrony roślin na hektar. Umieszczone w osłonach atomizery gwarantują redukcję znoszenia cieczy roboczej nawet do 95%. Szczególnie szerokie zastosowanie opryskiwania pasowego ma miejsce w zwalczaniu chwastów w gospodarce komunalnej oraz sadach, winnicach i jagodnikach (ugór herbicydowy).
Opryskiwacze te montowane są na ciągnikach, samochodach bądź quadach, a nawet w wersji wózkowej mogą być ciągnione przez ogrodową kosiarkę samobieżną. Warto przytoczyć wyniki porównań prototypu sadowniczego opryskiwacza herbicydowego wykorzystującego rozpylacz rotacyjny opracowanego kiedyś w Instytucie Ogrodnictwa w Skierniewicach. Dwuletnie badania eksploatacyjne wykazały wysoką (ponad 90%) skuteczność zabiegów. Efekt nanoszenia chwastów Roundapem 360 SL w dawce 2,5 l/ha (w dawce 20 l cieczy na hektar) był porównywalny ze skutecznością osiągniętą przy użyciu rozpylaczy płaskostrumieniowych przy dawce preparatu 5 l/ha.
Kosy herbicydowe
Osobną kategorią techniki ochrony roślin, w której rozpylacze rotacyjne zagościły na dobre, są ręczne, plecakowe lub naramienne opryskiwacze do precyzyjnego pasowego lub miejscowego nanoszenia herbicydów, a także do rozpylania biopreparatów w budynkach inwentarskich, np. w celu likwidacji nieprzyjemnych zapachów. Napęd atomizera o minimalnym zapotrzebowaniu mocy (od 1 W), najczęściej elektryczny (bateryjny), ale można spotkać również napędy mechaniczne, np. od koła podporowego miniopryskiwacza (taczkowego) prowadzonego ręcznie lub zamontowanego na mikrociągniku jednoosiowym.
Atomizery w uprawach wertykalnych, szklarniach, budynkach
Technologia CDA znajduje także zastosowanie w uprawach sadowniczych. Przykładem może być zintegrowany z wentylatorem, napędzany hydraulicznie atomizer Turbofan. Głowica wyposażona jest w siatkowy atomizer umożliwiający dawkowanie cieczy roboczej w szerokim zakresie (od 0,25 do 8 l/min), dzięki czemu oprócz niskoobjętościowych oprysków możliwe są również tradycyjne zabiegi wysokoobjętościowe. Atomizer Turbofan znajduje także zastosowanie w modernizacji (konwersji) opryskiwaczy belkowych, sadowniczych, ale i szklarniowych bądź wykorzystywanych w obiektach inwentarskich do aplikacji biopreparatów oraz do dezynfekcji i sanitacji pomieszczeń magazynowych.
Należy podkreślić też rolę wentylatora umieszczonego współosiowo z atomizerem, wytwarzający ukierunkowany strumień powietrza, który sprzyja lepszej penetracji. Do zastosowań w obiektach zamkniętych (ochrona roślin, zamgławianie, aplikacja biopreparatów) przydatne mogą być napędzane elektrycznie (12 V DC lub 240 V AC) atomizery typu ELECTRAFAN. Możliwymi technikami oprysku są opryski LV (niskoobjętościowe rzędu do 40 l/ha) oraz ULV (bardzo niskie objętości – 3 l/ha). Możliwa w technice CDA kontrola wielkości kropel znalazła zastosowanie w plecakowych, spalinowych (turbinowych) opryskiwaczach. Precyzyjna regulacja wielkości kropel w atomizerze siatkowym (poprzez zmianę prędkości obrotowej za pomocą odpowiedniego ustawienia kąta łopatek napędowych) to istotna przewaga nad popularnymi systemami wykorzystującymi rozpylacze pneumatyczne wytwarzające niejednorodne spektra wielkości kropel, w tym bardzo drobne, ulegające odparowaniu. Ukierunkowany strumień powietrza, wytwarzany przez napędzaną silnikiem spalinowym dmuchawę, napędza atomizer oraz zabiera ze sobą krople cieczy w kierunku docelowym, zwiększając zasięg, pokrycie, penetrację, a także poprawia bezpieczeństwo operatora.
System kontrolowanej wielkości aplikowanych kropel (CDA) dzięki swojej uniwersalności zastosowań przy zapewnieniu precyzyjnego i oszczędnego dozowania zasługuje z pewnością na szersze niż dotychczas zastosowanie w rolnictwie. Wyzwanie dla konstruktorów obecnie to ewentualnie zapewnienie możliwości zmiennego dawkowania (Precision Farming) w omawianym systemie. Wysokie ceny środków ochrony roślin, możliwość obniżenia ich dawek, wymagania integrowanej ochrony, normy pozostałości pestycydów w żywności, wodach powierzchniowych i środowisku powodują, że inwestycja w precyzyjną technikę ochrony roślin (na przykład CDA) to ekonomicznie, ekologicznie i etycznie uzasadniony wybór (3 × E).
Autor: Eugeniusz Tadel, Centrum Szkoleniowe Techniki Ochrony Roślin MODR-PZDR Tarnów
