Zarządzanie wielkością kropli science fiction czy praktyczna konieczność?

Transkrypt

1 Zarządzanie wielkością kropli science fiction czy praktyczna konieczność? Dr inż. Zbigniew Czaczyk Instytut Inżynierii Biosystemów Zakład Inżynierii Rolniczej Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu X jubileuszowa konferencja Racjonalna Technika Ochrony Roślin, Poznań 14/15 listopada 2012

2 Harmonogram Wprowadzenie Sprawy do uporządkowania Spójrzmy realniej na rzeczywistość Klasyfikacja rozpylenia/frakcje Właściwości cieczy użytkowej Możliwości Podsumowanie

3 Hilkenbäumer i Friedrich Berlin 1950 r. Znaczenie wielkości kropli doceniano już bardzo dawno

4 Czynniki wpływające na jakość rozpylenia cieczy Typ, rodzaj, wydatek cieczy, powierzchnia przekroju otworu wylotowego rozpylacza Ciśnienie rozpylanej cieczy (+ barometryczne) Dynamika otaczającego powietrza (wiatr/podmuch PSP, prędkość jazdy: <8< km/h, km/h, >100 km/h) Pozycja/kąt strumienia względem kierunku jazdy Wilgotność i temperatura powietrza Różnica temperatur powietrze/ciecz >5 K ( C) Właściwości cieczy użytkowej wpływ ten jest zmienny dynamicznie

5 Trudne procesy decydujące o efekcie oprysku ważne w świadomości operatora opryskiwacza Pomiędzy rozpylaczem: spektrum kropli (frakcje strat i aplikacji ś.o.r.) sposób działania ś.o.r. (kontaktowy/systemiczny) właściwości cieczy (lepkość, gęstość, temperatura, napięcie powierzchniowe, wpływ dodatków/adjuwantów) prędkość kropli (konstrukcja rozpylacza, kąt, ciśnienie) warunki meteorologiczne (wiatr, temperatura, wilgotność, różnica temperatur powietrza i cieczy opryskowej) stan roślin i miejsce aplikacji (docelowa część rośliny) a obiektem opryskiwanym (chronionym lub zwalczanym)

6 Klasyfikacja warunków środowiskowych Relacja wilgotności i temperatury powietrza Opracowanie NUFARM Ltd Australia Relacja temperatur: cieczy i powietrza: cieczy > powietrza powietrza > cieczy Różny wpływ na jakość rozpylenia tej samej cieczy roboczej

7 Zmienność charakterystyki rozpylenia w strumieniach z badanych rozpylaczy Van de Zande et al.

8 Zmienność rozkładu objętościowego cieczy z różnych rozpylaczy płaskostrumieniowych Van de Zande et al.

9 Zmienność VMD kropli w przekroju strumienia Van de Zande et al.

10 Prędkości kropli różnych wielkości z rozpylaczy różnych konstrukcji Miller et al. 2008

11 ~80% liczby kropli odpowiada za skuteczność biologiczną X jubileuszowa konferencja Racjonalna Technika Ochrony Roślin, Poznań 14/15 listopada 2012

12 80% objętości rozpylonej cieczy - niekorzystna wielkość kropli

13 Klasyfikacja rozpylenia ASAE S572.1 (2009)

14 Klasyfikacja ASAE S572.1 (2009) 1 naturalna kropla wody 50 µl 1 ml = 0,001 l 50 µl = 0,05 ml kropli ø100 µm, kropli ø200 µm i tylko 1492 krople ø400 µm

15 Wpływ prędkości jazdy na redukcję znoszenia cieczy Nuyttens et al X jubileuszowa konferencja Racjonalna Technika Ochrony Roślin, Poznań 14/15 listopada 2012

16 Wpływ wysokości belki polowej na potencjał znoszenia Nuyttens et al X jubileuszowa konferencja Racjonalna Technika Ochrony Roślin, Poznań 14/15 listopada 2012

17 Grube krople mogą wywołać fitotoksyczność P. Triloff ISBN , Ed. Ulrich E. Grauer, Stuttgart 150 l/ha drobnokropliście 500 l/ha grubokropliście bez ryzyka fitotoksyczności ryzyko fitotoksyczności X jubileuszowa konferencja Racjonalna Technika Ochrony Roślin, Poznań 14/15 listopada 2012

18 Problem jakości handlowej AAB - Cambridge 2010

19 ściekanie X jubileuszowa konferencja Racjonalna Technika Ochrony Roślin, Poznań 14/15 listopada 2012

20 Wpływ wielkości kropli/jakości opryskiwania na poziom pozostałości ś.o.r. w miąższu jabłek Jabłka opryskano kontaktowym fungicydem Miedzian Extra 350 SC różnymi klasami jakości rozpylenia: Czaczyk & Gnusowski 2009 Drobnokroplistym (Fine - wg BCPC) (wirowy) 100 l/ha podwójna koncentracja Średniokroplistym (Medium) (szczelinowy z kryzą) 200 l/ha normalna koncentracja Grubokroplistym (Coarse) (eżektorowy) 200 l/ha normalna koncentracja Golden delicious X jubileuszowa konferencja Racjonalna Technika Ochrony Roślin, Poznań 14/15 listopada 2012

21 Zawartość miedzi w miąższu mytych i niemytych testowanych jabłek, dla różnych klas oprysku Copper concen ntration [mg/kg] 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 fine medium coarse Klasa Spraying rozpylenia type (ASAE) Washed myte Unwashed niemyte Czaczyk & Gnusowski 2009 X jubileuszowa konferencja Racjonalna Technika Ochrony Roślin, Poznań 14/15 listopada 2012

22 Napowietrzanie kropli zmienne jest i Znacząco zależy od właściwości cieczy Crop Protection 1997, 16(1) Crop Protection 2000, Vol. 19, s

23 Koncepcje zestawów rozpylaczy dedykowane określonym zastosowaniom (objętościowe) Nie uwzględnia wielkości kropli Do sadów wysokich X jubileuszowa konferencja Racjonalna Technika Ochrony Roślin, Poznań 14/15 listopada 2012

24 Do chmielników Nie uwzględnia wielkości kropli X jubileuszowa konferencja Racjonalna Technika Ochrony Roślin, Poznań 14/15 listopada 2012

25 Do szparagów Nie uwzględnia wielkości kropli X jubileuszowa konferencja Racjonalna Technika Ochrony Roślin, Poznań 14/15 listopada 2012

26 Sprawy do uporządkowania

27 Brak kontroli rynku części zamiennych Ciśnienie 300 kpa ml/min ml T. Szulc PIMR Zdjęcie T. Szulc PIMR limit ±60 ml Wydatki bardzo różnie odbiegające od visi flow(iso 10625)

28 Brak kontroli rynku części zamiennych 1400,0 Ciśnienie 250 kpa F / SF ,0 ml/min 700,0 350,0 Zdjęcia T. Szulc PIMR 0,0 rozp. 1 rozp. 2 rozp. 3 rozp. 4 rozp. 5 limit ±36 ml Wydatki bardzo różnie odbiegające od visi flow(iso 10625)

29 Brak kontroli rynku części zamiennych F110/0-8/ SF-2 Jakość rozpylenia ciemny/zły jasny/dobry 40 % obj <100 µm µm µm >420 µm Różny rozkład objętości rozpylonej cieczy w frakcjach wielkości kropli

30 Kopiowanie niedoskonałych opracowań Terminologia Poprawnie wydatek Brak definicji

31 Niejasne informacje w poradnikach kopiowane dalej Brak definicji

32 Rozbieżności

33 Spójrzmy realniej na rzeczywistość 30 80% z 8% rozpylonej objętości (np. 200 l/ha), to straty z 16 litrów to 5 15 l/ha Na podłoże opada 20 60% rozpylonej cieczy, Co jest czyli 40 do 120 l/ha z 200 aplikowanych groźniejsze?

34 Status quo Rodzajów rozpylaczy jest aż za wiele Brak niezbędnych informacji o ich przydatności Informacje producentów nie są weryfikowane Materiały informacyjne są niekompletne, zbyt wolno aktualizowane i nie są recenzowane Operator ponosi odpowiedzialność nie mając dostępu do niezbędnych informacji (przekrojowej wiedzy) Brak działań poprawiających efektywność profesjonalnego użytkowania sprzętu do ochrony roślin Brak parametryzacji opryskiwaczy i optymalizacji ich pracy Brak współdziałania producentów środków, opryskiwaczy, rozpylaczy, instytucji i ośrodków badawczych Brak nadzoru nad produktami, ich obrotem i treścią informacji o nich, niezbędnych użytkownikowi aparatury do ochrony roślin.

35 Agritechnica 2011

36 Objętość cieczy a liczba i średnica kropli Z 1 litra cieczy powstaje: kropli ø100 µm kropli ø200 µm kropli ø400 µm Drobniejszym rozpyleniem można uzyskiwać lepsze efekty, niższymi dawkami wody i ś.o.r. W ten sposób można zwiększać wydajność (prędkość > 8 km/h)

37 Spójrzmy realniej na rzeczywistość Testuje się 300 l/ha (pole), l/ha (sad) - gdzie tu RTOR? Należy posługiwać się wydatkiem, od którego w proporcji określamy straty i naniesienie, nie ciśnieniem, które może być zmienione czynnikami ubocznymi (wadą sprzętu, zużyciem ) Regulacja dawki - nie wydatkiem, a liczbą rozpylaczy Nie ciśnienie, a wydatek wielkością kontrolną!!! Wg jakiej metodyki określa się wymaganą jakość rozpylenia do potrzeb etykiet ś.o.r.? (dla wody, czy cieczy użytkowej?) Kontrola wydatku (tylko deklaracja producenta?) Klasy rozpylenia określa się niesłusznie na podstawie samej VMD Udowodniono, że również dodatki (BSF) zmieniają jakość rozpylenia X jubileuszowa konferencja Racjonalna Technika Ochrony Roślin, Poznań 14/15 listopada 2012

38 Spójrzmy realniej na eżektorową rzeczywistość Rozpylacze wykorzystujące powietrze w procesie rozpylenia (dwuczynnikowe): Podciśnieniowo (eżekcja): powietrze z otoczenia zasysane jest do komory (zwężka Venturi ego), za kryzą dozującą i przed otworem wylotowym, odpowiedzialnym za wielkość kropli. Zasysanie powietrza możeskutkować wprowadzeniem pęcherzyków powietrza do generowanych kropel proces zasadniczo zależny od właściwości cieczy(gęstość, lepkość, napięcie powierzchniowe) w niewielkim stopniuproces wynikający z konstrukcji rozpylacza, bez istotnego wpływu na ich masę i wielkość. Udowodniono indywidualny wpływ o zmiennym charakterze na jakość rozpylenia: konstrukcji i typu (producent), ciśnienia i wydatku rozpylacza. Dodatki do cieczy oddziałująna charakterystyki rozpylenia indywidualnie (rozpylacz/ciecz/ciśnienie).

39 Powierzchnia przekroju otworu wylotowego decyduje o stopniu pokrycia a nie budowa i typ rozpylacza Guler i in. 2007

40 Pęcherzyki powietrza w kropli z rozpylacza standardowego Napowietrzanie kropli wynika z właściwości cieczyi w niewielkimstopniu zależy od budowy rozpylacza CropProtection1997, Vol. 16 (1), s

41 Przykład reklamy eżektorów Manipulacja?

42 Klasyfikacja rozpylenia cieczy (frakcje)

43 Przykłady z frakcjami przydatnymi operatorowi RPT 4/2012 X jubileuszowa konferencja Racjonalna Technika Ochrony Roślin, Poznań 14/15 listopada 2012

44 Przykłady z frakcjami przydatnymi operatorowi Folgende Fahrgeschwindigkeiten und Zapfwellendrehzahlkombinationen sind einzuhalten: 6 km/h mit 420 U/min; 9 km/h mit 350 U/min oder 12 km/h mit 350 U/min. Im Übrigen ist das Gerät entsprechend dem MABODosierungsmodell, Stand , einzusetzen. X jubileuszowa konferencja Racjonalna Technika Ochrony Roślin, Poznań 14/15 listopada 2012

45 Przykład rozkładu cieczy w pełnym zakresie frakcji RS (~1,1 l/min) EŻK (~1,0 l/min) Różnica RS -EŻK X jubileuszowa konferencja Racjonalna Technika Ochrony Roślin, Poznań 14/15 listopada 2012

46 Udziały frakcji ważnych z punktu widzenia efektywności i strat Typ p V <100 V V V V V >500 Klasa, class [1] kpa Objętość z dawki (l) Q = 168 l/ha AXI (F) ,2 84, ,3 0,3 RS (F) ,6 91,4 30,6 4,4 35,0 0 AZ (F) ,5 48,9 36,3 43,8 80,1 2,5 ADI (M) 276 8,5 46,7 44,2 42,4 86,6 18,2 XR 11002VP (F) ,4 83,4 39,6 13,3 52,9 0,3 DG (M) 276 7,4 40, ,7 21,6 Hypro (C) 276 1,4 21, ,8 55,2 EŻK (C) 250 2,6 23, ,6 60,4 EŻK (C) 300 3,4 29, ,4 48,6 AIXR 11002VP (M) 276 2,7 51, ,5 30,1 Z 1 litra kropli ø400µm ( szt.) można uzyskać kropli ø100 µm X jubileuszowa konferencja Racjonalna Technika Ochrony Roślin, Poznań 14/15 listopada 2012

47 Charakterystyki pracy wybranych rozpylaczy o zmiennej przydatności, do różnych zastosowań Typ rozpylacza p v q r Q V <100 V V V >500 DRP V <100 DRP V >500 Kolor wg ASABE kpa km/h l/min l/ha % Q l/ha % Q l/ha % Q l/ha % Q l/ha % RS (F) 300 6,0 1, ,3 42,6 44,0 140,8 38,9 124,5 3,8 12,2 0,5-2,1 RS (F) 300 5,0 1, ,3 51,1 44,0 169,0 38,9 149,4 3,8 14,6 0,5-2,1 RS (M) 210 5,0 1, ,0 32,0 38,5 123,2 44,4 142,1 7,2 23,0 24,2-5,5 RS (M) 150 4,5 1, ,9 18,9 34,6 110,7 52,8 169,0 6,7 21,4 55,3-5,0 EŻK (C) 300 6,0 1, ,0 12,8 23,0 73,6 48,6 155,5 24,4 78,1 69,7-23,0 EŻK (C) 300 5,0 1, ,0 15,4 23,0 88,3 48,6 186,6 24,4 93,7 69,7-23,0 ADI (C) 300 4,5 1, ,2 13,4 25,1 80,3 52,6 168,3 18,1 57,9 68,2-16,6 XR 11002VP (F) 276 8,0 0, ,6 16,2 52,1 57,8 33,1 36,7 0,2 0,22-10,6 1,6 AIXR11002VP (M) 276 8,0 0, ,7 1,9 32,3 35,8 47,2 52,4 18,8 20,9 87,1-17,3 DG (M) 276 8,0 0, ,6 5,1 25,2 28,0 56,7 62,9 13,5 15,0 65,2-11,9 DG (M) 276 7,0 0, ,6 5,8 25,2 32,0 56,7 72,0 13,5 17,1 65,2-11,9 DG (M) 276 6,0 0, ,6 6,8 25,2 37,3 56,7 83,9 13,5 20,0 65,2-11,9 Hypro (C) 276 8,0 0, ,9 1,0 13,5 15,0 51,1 56,7 34,5 38,3 93,2-33,3 ADI (C) 150 8,0 0, ,5 1,9 13,1 16,3 46,7 58,1 38,7 48,2 88,6-37,6 Potrzebne dostosowanie charakterystyk do wyższych prędkości roboczych >8 km/h Źródło: X jubileuszowa konferencja Racjonalna Technika Ochrony Roślin, Poznań 14/15 listopada 2012

48

49

50 Zmienne efekty znoszenia dla różnych cieczy i rozpylaczy Staineret al. CropProt. 2006, Vol. 25, s

51 Wpływ adjuwantów na potencjał znoszenia Miller, Hewitt, Bagley 2002 X jubileuszowa konferencja Racjonalna Technika Ochrony Roślin, Poznań 14/15 listopada 2012

52 Jakość rozpylenia decyduje o pokryciu roślin ś.o.r. Skuteczność biologiczną rozpyleniem grubokroplistym, uzyskuje się dzięki znacznemu przekroczeniu niezbędnej dawki przedawkowaniu: >straty/koszty

53 Różne charakterystyki rozpylenia - wiele możliwości

54 Różne charakterystyki rozpylenia - wiele możliwości 60 ATR 80 lilac TVI < >500

55 Różne charakterystyki rozpylenia - wiele możliwości 60 ATR 80 lilac TVI < >500

56 Różne charakterystyki rozpylenia - wiele możliwości

57 Różne charakterystyki rozpylenia - wiele możliwości

58 Jakość opryskiwania rozpylaczami różnej konstrukcji o zbliżonych powierzchniach przekroju otworu wylotowego i wydatkach Guler i in. 2007

59 Właściwości cieczy mają znaczący wpływ na spektrum kropli, czyli poziom strat i bilans wykorzystania cieczy ASTM, Tampa 2011

60 Wpływ właściwości cieczy na proces jej rozpylenia Butler Ellis & Tuck 1999

61 Wpływ właściwości cieczy na proces retencji Aytouna et al. 2010

62 Charakterystyka strumienia powietrza decyduje o stratach

63 Niezbędna parametryzacja przystawek i dopasowanie dynamiki PSP do sytuacji w uprawie 540 1/min Nuyttens, SuProFruit, Bergerac 2011

64 Sady znoszenie/pokrycie W czasie stadium ulistnienia wiatr nie wpływamiędzy rzędami na wzrost znoszenia cieczy-wyjątek wiatr wzdłuż rzędów(ganzelmeier i in., 1995; SDTF, 1997), tylko w górnej strefie (wierzchołki drzew) występuje ryzyko znoszenia, tam stosujmy 2 4 właściwie dobrane rozpylacze o zredukowanym potencjale znoszenia, dopasowanie charakterystyki powietrza i siły podmuchu do potrzeb stanu (gęstości) ulistnienia optymalizacja efektywności zużycia cieczy (Triloff 2011). W Polsce przeważającymi typami rozpylaczy w ochronie sadów są: Albuz ATR i KWP, brak dla nich szczegółowych zaleceń stosowania, wynikających z badań

65 Specyfika techniki ochrony drzew i krzewów Różne filozofie konfiguracji rozpylaczy (liczba, położenie) w opryskiwaczach sadowniczych Różne (kilka) metody określania zapotrzebowania na ciecz w rzędzie, brak kompromisu użytecznego dla praktyki Tettnang Bawaria (Agrotop i LAfP), różne rozpylacze na wysokości przystawki, rozpylacze dla zróżnicowanych dawek (l/ha) i cech sadu, wysokie (>10 bar), zmienne ciśnienie Dr Peter Triloff (MABO Friedrichshafen), zmienna liczba czynnych rozpylaczy Albuz ATR lilac, stałe ciśnienie 7,5 bar, (stała jakość rozpylenia drobnokroplistego <250 µm) indywidualne dopasowanie strumienia powietrza do aktualnej gęstości liści w rzędach (siły filtrowania cieczy) Przy wietrze >2 m/s, górne 1-2 rozpylacze antyznoszeniowe (na każdej stronie opryskiwacza) (lista JKI 75% redukcji znoszenia)

66 Specyfika techniki ochrony upraw polowych Duży wybór rozpylaczy różnych odmian, sposobów działania, producentów/importerów Niedostateczny poziom informacji o ich charakterystykach i przydatności do zróżnicowanych warunków polowych i roślin Pomijany aspekt techniczny - użyteczny i niezbędny praktyce Zbyt powolny postęp w mentalności operatorów oraz podejścia do modernizacji i regulacji opryskiwaczy skutek zaniedbań w procesie obowiązkowych szkoleń i badań opryskiwaczy Nie weryfikowana -zmanipulowana presja na stosowanie rozpylaczy eżektorowych jako uniwersalnych do wszystkich zastosowań Niesłuszna presja na redukcję znoszenia kosztem priorytetu skuteczności biologicznej dzięki bezpiecznej aplikacji Cel racjonalny: bezpieczna i skuteczna aplikacja ś.o.r.

67 Możliwa jest adaptacja sprawdzonych rozwiązań

68 Możliwa jest adaptacja sprawdzonych rozwiązań

69 Możliwa jest adaptacja sprawdzonych rozwiązań

70 Możliwa jest adaptacja sprawdzonych rozwiązań

71 Podsumowanie Uwzględnienie analiz frakcji istotnych wielkości kropli daje duże możliwości poprawy efektywności (oszczędności) stosowania ś.o.r. Możliwe jest opracowanie programów użytkowych zarządzających zoptymalizowaną wielkością kropli na urządzenia mobilne (tel. komórkowe), internet/pc i online na komputery pokładowe opryskiwaczy X jubileuszowa konferencja Racjonalna Technika Ochrony Roślin, Poznań 14/15 listopada 2012

72 Zarządzanie wielkością kropli science fiction czy praktyczna konieczność? DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ Dr inż. Zbigniew Czaczyk Instytut Inżynierii Biosystemów Zakład Inżynierii Rolniczej Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu zbicza@gmx.net X jubileuszowa konferencja Racjonalna Technika Ochrony Roślin, Poznań 14/15 listopada 2012