Riassunto analitico
Nelle coltivazioni arboree i trattamenti fitosanitari vengono effettuati principalmente tramite macchine nebulizzatrici che si avvalgono del flusso d’aria generato da una ventola assiale o centrifuga per veicolare verso la vegetazione i prodotti chimici nebulizzati tramite ugelli.L’efficacia del trattamento è tanto migliore quanto più è uniforme e quantitativamente accurata la distribuzione del prodotto sulla superficie di foglie, frutti e rami anche in condizioni di fitta vegetazione o grandi dimensioni degli alberi. L’accuratezza quantitativa del fitofarmaco nebulizzato è determinatadagli ugelli e dalla pompa che li alimenta, i quali costituiscono ad oggi componenti consolidati,comprovati da studi sperimentali e piuttosto unificati sul mercato. La penetrazione del prodotto nella vegetazione e la sua distribuzione uniforme sono invece affidate al flusso d’aria, il quale dipende strettamente dalla scelta della girante e dalla costruzione del convogliatore ad essa associato. Ad oggi pochi studi scientifici sono stati condotti sui sistemi di ventilazione per nebulizzatriciagricole e pertanto costituisconol’elemento a maggior potenziale di sviluppo per il miglioramento delle prestazioni in trattamento.Nel corso di questo lavoro di ricerca ci si è occupati dello studio di nebulizzatrici con soffiante assiale, in quanto sono la tipologia con maggior diffusione sul mercato grazie alla maggior versatilità di impiego e al maggior volume di aria erogato rispetto ai ventilatori centrifughi. L’obiettivo che ci si propone consiste nell’individuazione di linee guida nella scelta della girante e della geometria delconvogliatore allo scopo di far erogare alla nebulizzatricein maniera efficiente un elevato volume d’aria uniformemente distribuito sulla superficie da trattare.Lo studio assume a riferimento le prestazioni di unanebulizzatrice assiale di attuale produzione. L’elaborazione delle misure sperimentali del flusso d’aria sulle sezioni di mandata del sistema di ventilazione di riferimento e il confronto con un suo modello numericodi analisi fluidodinamica tridimensionale (CFD 3D) hanno permesso sia di definire un livello di riferimento di prestazioni del sistema, in termini di portata, richiesta di potenza e uniformità di velocità in mandata, che di determinare la taratura dei parametri del modello computazionale. L’analisi CFD e l’ottimizzazione numerica sono state quindi assunte a strumento per le successive indagini sulla sensitività delle prestazioni del sistema di ventilazione alla modifica dei parametri geometrici del convogliatore e all’impiego di differenti tipologie di soffianti. I modelli numerici sono stati confrontati anche con risultati sperimentali ottenuti in galleria del vento dal produttore delle giranti assiali analizzate, nell’ottica sia di convalidare i risultati numerici che di individuare una correlazione tra le prestazioni in condizioni unificate AMCA (Air Movement and Control Association) e le prestazioni delle giranti nelle reali condizioni di lavoro.La combinazione dei risultati ottenuti ha permesso di individuare configurazioni del sistema di ventilazione che possono incrementarne nell’ordine di 8 punti percentuali l’efficienza dinamica rispetto al riferimento, ossia aumentarne la portata a parità di assorbimento di potenza.La conformazione delle pale correttrici del flusso d’aria a valle della soffiante ha dimostrato inoltre di avere una notevole incidenza sull’uniformità del flusso d’aria sulle sezioni di uscita. Non è stata infine individuata una correlazione tra le prestazioni in galleria del vento in condizioni AMCA e le prestazioni nella configurazione di lavoro reale delle nebulizzatrici.
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Abstract
Chemicals application in agricultural field for tree crops are mainly performed through air assisted sprayers, which use the airflow generated by axial or centrifugal fans to drive the phytochemicals sprinkled by nozzles towardsthe vegetation. The uniformity and quantitative accuracy of the chemicals distribution over leaves, fruits and branches defines the quality of the treatment, that must be granted also in dense vegetation or high trees. The quantitative accuracy of the chemicals is ensured by the nozzles and the feeding pump, which are all well established components, substantiated by experimental studies and standardized in the market. The uniform distribution and deep penetration of the chemicals in the arboreal vegetation is instead appointed to the air flow, which in turn strictly depends on the fan choice and on the geometry of its conveyor. A few scientific studies have been performed on ventilation systems for agricultural sprayers therefore it constitutes the field of study with the highest improvement potential on sprayers performance. The research work has been focused on the axial fan ventilation system, since it’s the most common on the market due to a higher versatility and a higher air flow rate capability in comparison to centrifugal fan systems. The objective is to identify guidelines in the choice of fan and conveyor geometry in order to improve efficiently the air flow rate and the air distribution uniformity, thus allowing a proper chemicals application also on very dense vegetation. An actual production axial fan sprayer is assumed as performance reference for the study. The post-processing of the experimental measures performed on the reference ventilation system and the comparison of these data with the results from a numerical three dimensional fluid-dynamic model (CFD 3D) served to establish the base performance level of the system, in terms of air flow, power absorption and velocity uniformity on outlets, and to calibrate the parameters of the computational model. CFD analyses and numerical optimization have then been used to perform a sensitivity analysis of the ventilation system performance to the geometrical parameters of the conveyor ant to different shapes and sizes of the fan. Numerical models have also been compared to wind tunnel experimental measurements performed by the supplier of the analyzed fans, in order to validate the numerical results and to possibly identify a correlation between fan performances in real working conditions on sprayers and fan performances in wind tunnel with AMCA (Air Movement and Control Association) standardized boundary conditions. Combining the results obtained during the study it has been possible to identify configurations of the ventilation system capable of increasing by 8 percentage points the dynamic efficiency compared to the reference, thus increasing the air flow on equal power absorption. The shape of the guide vanes located downstream the fan has been noticed to have a significant influence on the air velocity uniformity over the outlet sections. A correlation between wind tunnel performance of the fans in AMCA tests and their real working performance on the sprayers has not been found.
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