Zarządzanie wielkością kropli science fiction czy praktyczna konieczność?

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

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

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

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, 30-40 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

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)

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

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

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

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

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

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

80% objętości rozpylonej cieczy - niekorzystna wielkość kropli

Klasyfikacja rozpylenia ASAE S572.1 (2009)

Klasyfikacja ASAE S572.1 (2009) 1 naturalna kropla wody 50 µl 1 ml = 0,001 l 50 µl = 0,05 ml 95500 kropli ø100 µm, 12000 kropli ø200 µm i tylko 1492 krople ø400 µm

Wpływ prędkości jazdy na redukcję znoszenia cieczy Nuyttens et al. 2006 X jubileuszowa konferencja Racjonalna Technika Ochrony Roślin, Poznań 14/15 listopada 2012

Wpływ wysokości belki polowej na potencjał znoszenia Nuyttens et al. 2006 X jubileuszowa konferencja Racjonalna Technika Ochrony Roślin, Poznań 14/15 listopada 2012

Grube krople mogą wywołać fitotoksyczność P. Triloff 2011 - ISBN 978-3-86186-563-6, 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

Problem jakości handlowej AAB - Cambridge 2010

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

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

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

Napowietrzanie kropli zmienne jest i Znacząco zależy od właściwości cieczy Crop Protection 1997, 16(1) Crop Protection 2000, Vol. 19, s. 609-615

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

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

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

Sprawy do uporządkowania

Brak kontroli rynku części zamiennych 1800 1600 Ciśnienie 300 kpa 1400 1200 ml/min ml 1000 800 T. Szulc PIMR Zdjęcie T. Szulc PIMR 600 400 200 0 1 2 3 4 5 limit ±60 ml Wydatki bardzo różnie odbiegające od visi flow(iso 10625)

Brak kontroli rynku części zamiennych 1400,0 Ciśnienie 250 kpa F110-0-8/3 110 -SF-02 1050,0 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)

Brak kontroli rynku części zamiennych 60 50 F110/0-8/3 110 -SF-2 Jakość rozpylenia ciemny/zły jasny/dobry 40 % obj. 30 20 10 0 <100 µm 100-250 µm 250-420 µm >420 µm Różny rozkład objętości rozpylonej cieczy w frakcjach wielkości kropli

Kopiowanie niedoskonałych opracowań Terminologia Poprawnie wydatek Brak definicji

Niejasne informacje w poradnikach kopiowane dalej Brak definicji

Rozbieżności

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?

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.

Agritechnica 2011

Objętość cieczy a liczba i średnica kropli Z 1 litra cieczy powstaje: 1909559000 kropli ø100 µm 238732000 kropli ø200 µm 29841000 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)

Spójrzmy realniej na rzeczywistość Testuje się 300 l/ha (pole), 250-750 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

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).

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

Pęcherzyki powietrza w kropli z rozpylacza standardowego Napowietrzanie kropli wynika z właściwości cieczyi w niewielkimstopniu zależy od budowy rozpylacza CropProtection1997, Vol. 16 (1), s. 41-50

Przykład reklamy eżektorów Manipulacja?

Klasyfikacja rozpylenia cieczy (frakcje)

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

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 1.1.2008, einzusetzen. X jubileuszowa konferencja Racjonalna Technika Ochrony Roślin, Poznań 14/15 listopada 2012

Przykład rozkładu cieczy w pełnym zakresie frakcji RS 11004 (~1,1 l/min) EŻK 11002 (~1,0 l/min) Różnica RS -EŻK X jubileuszowa konferencja Racjonalna Technika Ochrony Roślin, Poznań 14/15 listopada 2012

Udziały frakcji ważnych z punktu widzenia efektywności i strat Typ p V <100 V 100-250 V 250-360 V 360-500 V 250-500 V >500 Klasa, class [1] kpa Objętość z dawki (l) Q = 168 l/ha AXI 11002 (F) 276 30,2 84,2 - - 45,3 0,3 RS 11002 (F) 276 33,6 91,4 30,6 4,4 35,0 0 AZ 11002 (F) 276 28,5 48,9 36,3 43,8 80,1 2,5 ADI 11002 (M) 276 8,5 46,7 44,2 42,4 86,6 18,2 XR 11002VP (F) 276 23,4 83,4 39,6 13,3 52,9 0,3 DG 11002 (M) 276 7,4 40,3 - - 90,7 21,6 Hypro 11002 (C) 276 1,4 21,6 - - 81,8 55,2 EŻK 11002 (C) 250 2,6 23,4 - - 73,6 60,4 EŻK 11002 (C) 300 3,4 29,6 - - 78,4 48,6 AIXR 11002VP (M) 276 2,7 51,7 - - 75,5 30,1 Z 1 litra kropli ø400µm (29841000 szt.) można uzyskać 1909559000 kropli ø100 µm X jubileuszowa konferencja Racjonalna Technika Ochrony Roślin, Poznań 14/15 listopada 2012

Charakterystyki pracy wybranych rozpylaczy o zmiennej przydatności, do różnych zastosowań Typ rozpylacza p v q r Q V <100 V 100 250 V 250 500 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 11004 (F) 300 6,0 1,6 320 13,3 42,6 44,0 140,8 38,9 124,5 3,8 12,2 0,5-2,1 RS 11004 (F) 300 5,0 1,6 384 13,3 51,1 44,0 169,0 38,9 149,4 3,8 14,6 0,5-2,1 RS 11004 (M) 210 5,0 1,2 320 10,0 32,0 38,5 123,2 44,4 142,1 7,2 23,0 24,2-5,5 RS 11004 (M) 150 4,5 1,2 320 5,9 18,9 34,6 110,7 52,8 169,0 6,7 21,4 55,3-5,0 EŻK 11004 (C) 300 6,0 1,6 320 4,0 12,8 23,0 73,6 48,6 155,5 24,4 78,1 69,7-23,0 EŻK 11004 (C) 300 5,0 1,6 384 4,0 15,4 23,0 88,3 48,6 186,6 24,4 93,7 69,7-23,0 ADI 11003 (C) 300 4,5 1,2 320 4,2 13,4 25,1 80,3 52,6 168,3 18,1 57,9 68,2-16,6 XR 11002VP (F) 276 8,0 0,74 111 14,6 16,2 52,1 57,8 33,1 36,7 0,2 0,22-10,6 1,6 AIXR11002VP (M) 276 8,0 0,74 111 1,7 1,9 32,3 35,8 47,2 52,4 18,8 20,9 87,1-17,3 DG 11002 (M) 276 8,0 0,74 111 4,6 5,1 25,2 28,0 56,7 62,9 13,5 15,0 65,2-11,9 DG 11002 (M) 276 7,0 0,74 127 4,6 5,8 25,2 32,0 56,7 72,0 13,5 17,1 65,2-11,9 DG 11002 (M) 276 6,0 0,74 148 4,6 6,8 25,2 37,3 56,7 83,9 13,5 20,0 65,2-11,9 Hypro 11002 (C) 276 8,0 0,74 111 0,9 1,0 13,5 15,0 51,1 56,7 34,5 38,3 93,2-33,3 ADI 11003 (C) 150 8,0 0,83 124 1,5 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: http://www.pimr.poznan.pl/biul/2012_2_6cz2.pdf X jubileuszowa konferencja Racjonalna Technika Ochrony Roślin, Poznań 14/15 listopada 2012

Zmienne efekty znoszenia dla różnych cieczy i rozpylaczy Staineret al. CropProt. 2006, Vol. 25, s. 1238-43

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

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

Różne charakterystyki rozpylenia - wiele możliwości

Różne charakterystyki rozpylenia - wiele możliwości 60 ATR 80 lilac TVI 800075 50 40 30 20 10 0 <100 100-250 250-500 >500

Różne charakterystyki rozpylenia - wiele możliwości 60 ATR 80 lilac TVI 800075 50 40 30 20 10 0 <100 100-150 150-250 250-500 >500

Różne charakterystyki rozpylenia - wiele możliwości

Różne charakterystyki rozpylenia - wiele możliwości

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

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

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

Wpływ właściwości cieczy na proces retencji Aytouna et al. 2010

Charakterystyka strumienia powietrza decyduje o stratach

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

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

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)

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.

Możliwa jest adaptacja sprawdzonych rozwiązań

Możliwa jest adaptacja sprawdzonych rozwiązań

Możliwa jest adaptacja sprawdzonych rozwiązań

Możliwa jest adaptacja sprawdzonych rozwiązań http://www.bfs.uk.com/farm-services/nozzle-calculator/

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

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