El Institut Français de la Vigne et du Vin y el INRAE trabajaron en colaboración con las sociedades europeas OPTIMA Concept y Berthoud para el perfeccionamiento de un pulverizador con control digital de alta precisión que permite la modulación automática del volumen de solución pulverizada por cada una de las boquillas según mapas con indicaciones georreferenciadas. Este artículo, publicado en la Technical Reviews de IVES el 12/7/24, expone las características técnicas y los niveles de rendimiento de las soluciones estudiadas y traza las perspectivas de despliegue de estas tecnologías en viticultura.
Autores: Maude Lewis, Sébastien Codis, Xavier Delpuech, Xavier Ribeyrolles, Olivier Naud, Adrien Vergès (INRAE)
Presentación de las tecnologías puestas en obra en el prototipo
El pulverizador de precisión concebido conjuntamente por OPTIMA Concept y Berthoud fue desarrollado basándose en un aparato de chorro transportado modelo WinAir cara por cara1. El aparato está equipado con 4 brazos que permiten tratar 2 filas en cara por cara. Cada brazo dispone de 4 alturas de boquillas (Figura 1). En términos de calidad de pulverización, el Berthoud WinAir cara por cara en 2 filas fue calificado por el dispositivo PerformancePulvé® www.performancepulve.fr. Este obtuvo la clase de Desempeño 2, lo que lo clasifica entre los mejores pulverizadores del mercado en cuanto a cantidad de depósito sobre la vegetación. La ficha detallada del aparato que permite analizar el nivel de desempeño de la máquina sobre la totalidad de un ciclo de cultivo (estado de inicio, mitad y plena vegetación) se encuentra accesible vía el enlace siguiente: https://www.performancepulve.fr/downloads/open/fiche/148.
El pulverizador está equipado con el dispositivo de control de boquillas SRP (Smart Regulation Pressure) desarrollado por OPTIMA Concept. Este dispositivo reposa sobre la tecnología PWM (por «Pulse Width Modulation» o Modulación por ancho de pulso en español)2.
La tecnología PWM se basa en el principio de un tiempo de apertura modulable de las boquillas, permitiendo hacer variar el flujo pulverizado. A nivel de cada difusor, un porta-boquilla especial que integra un solenoide remplaza al porta-boquilla clásico. La boquilla, en cambio, es la clásica. La frecuencia de funcionamiento (aquí 15 Hz) determina el número de ciclos de apertura y cierre de la boquilla por segundo. En cada ciclo, un valor de DutyCycle (DC, en %) ajustable permite modificar el flujo pulverizado. El DC corresponde al porcentaje de tiempo durante el cual la boquilla está abierta. El DC se aumenta o disminuye automáticamente según el flujo deseado.
El dispositivo SRP de OPTIMA Concept integra la función FPAE (flujo proporcional al avance electrónico) a nivel de cada una de las 16 boquilla que equipan el aparato. Este permite mantener un volumen/ha con indicaciones definido a nivel de cada una de las boquillas para diferentes rapideces de avance del tractor. El flujo pulverizado por cada boquilla es piloteado independientemente a nivel de su porta-boquilla PWM gracias a la modificación del DC. El circuito de pulverización fue adaptado de manera tal que la modificación de los flujos en la rampa se efectúa a presión constante, sea cual sea el número de alturas de boquillas o de brazos abiertos, y para una amplia gama de calibres y de modelos de boquillas utilizadas. Se testearon diferentes categorías y calibres de boquillas: XR80°, Teejet; IDK90°, Lechler; AD90°, Lechler. Con la utilización de boquillas hasta el calibre ISO 04 (color rojo), la variación de presión en el circuito se limita a 0,2 bar para todo el conjunto de DC, asegurando la homogeneidad de la pulverización.
Para regular el volumen/ha a nivel de las porta-boquillas PWM se necesitan curvas de calibración3. Estas curvas de calibración relacionan, para una presión dada en el circuito, el valor de flujo pulverizado por la boquilla (expresado en ml/min) con el valor de DC (expresado en %). Debe definirse una curva de calibración específica para cada modelo de boquilla (Figura 2). Las calibraciones se efectúan en un rango de DC que va del 15 al 90 %. Por encima de un DC de 90 % el flujo es constante y por debajo de 15 % el espectro de gotas ya no se forma de manera siempre correcta según el modelo de boquillas, y son susceptibles de aparecer diferencias de flujo entre las boquillas. A modo de ejemplo, en el rango de DC que va entre 20 % y 90 %, retenido como el rango de funcionamiento de la solución SRP, el flujo de las boquillas AD90°03 a 4 bar varía entre 0,32 l/m (DC = 20 %) y 1,37 l/min (DC = 90 %), es decir un rango de variación de flujo pulverizado de 1 a 4.
Hasta el calibre ISO 04 de las boquillas, el flujo pulverizado varía linealmente en función del DC. La curva de calibración es independiente del número de alturas de boquillas abiertas y del brazo.
El pulverizador está equipado con una consola (modelo Xenius, OPTIMA Concept) que permite leer mapas con indicaciones georreferenciadas en formato shapefile. Este está equipado con un receptor GNSS RTK que permite obtener una geolocalización con resolución de centímetros y con un módem 4G para la recepción de las correcciones (www.reseau-teria.com). El seguimiento en tiempo real y el registro de los parámetros de aplicación se hacen gracias a la presencia de un captor de presión y de cuatro caudalímetros electromagnéticos (marca IFM) para cada brazo del aparato. Un registro georreferenciado de los flujos instantáneos y de la presión a frecuencia de 10 Hz permite controlar la precisión de la aplicación de los volúmenes/ha indicados.
Análisis de la precisión de aplicación
Con el fin de probar la capacidad del prototipo para aplicar precisamente las dosis indicadas, se ejecutaron varios mapas con indicaciones usando el sistema de comando del pulverizador. Estos mapas estaban constituidos de 7 polígonos, con indicaciones de volúmenes/hectárea definidas para cada una de las 16 boquillas. Los mapas con indicaciones fueron concebidos de manera de explotar un muy amplio rango de variación del DC en modo FPAE. Durante la aplicación, los parámetros de pulverización (flujo, presión, rapidez de avance) fueron registrados y georreferenciados.
La figura 3 presenta un ejemplo de aplicación con la comparación entre el volumen/ha instantáneo aplicado y el volumen/ha indicado (en l/ha) para uno de los 4 brazos en los 7 polígonos. El mapa con indicaciones fue hecho con variaciones de volumen/ha indicados en los 7 polígonos que van de 1 a 3 (de 50 l/ha a 150 l/ha para un brazo, es decir de 100 a 300 l/ha para la fila entera tratada).
El análisis de los archivos de registro de los valores de flujos instantáneos muestra una muy buena precisión en la aplicación de los volúmenes/ha indicados. En todas las configuraciones probadas -que corresponden a 42 puntos de comparación- el error de volumen/ha aplicado a escala de la fila tratada es inferior a 5,4 % (error máximo) con un promedio de los valores absolutos de los errores cercano a 2,5 %.
Pruebas complementarias permitieron evaluar otros parámetros de rendimiento de la máquina. Con respecto a la reactividad del prototipo, el tiempo necesario para abrir, cerrar la pulverización o cambiar el volumen/ha aplicado es cercano a 100 ms. En cuanto a la precisión del posicionamiento geográfico de la aplicación de indicaciones previamente georreferenciadas en mapas con indicaciones, pruebas realizadas a 7,4 km/h mostraron que la imprecisión era inferior en todos los casos a 26 cm (promedio de 23 cm en 12 pruebas) e inferior a 19 cm a 4,0 km/h (promedio de 14 cm en 12 pruebas).
Las soluciones tecnológicas desarrolladas por OPTIMA Concept y desplegadas con Berthoud con el prototipo parecen prometedoras y deberían desarrollarse en cultivos perennes, teniendo en cuenta el potencial en términos de precisión, de modularidad (robustez de la calidad de aplicación a pesar de las variaciones de rapidez y de volumen/ha aplicado) y de reactividad.
Las soluciones tecnológicas desplegadas constituyen un real avance hacia el desarrollo de una pulverización de precisión que permitirá adaptar, una vez que las reglas de ajuste hayan sido definidas, la dosis función de la vegetación a tratar. La sociedad OPTIMA Concept acaba de desarrollar un nuevo dispositivo bautizado como AFS (Automatic Foliage Spraying) que consiste en acoplar la tecnología PWM con captores de ultrasonido de manera de cortar automáticamente el chorro en presencia de agujeros en la vegetación. Esta solución galardonada en el SITEVI 2023 está en curso de evaluación por el UMT ECOTECH de Montpellier. Las primeras pruebas muestran que esta solución podría ser una alternativa a los paneles recuperadores para reducir las pérdidas de entrantes sin los inconvenientes de saturación y de limitaciones de limpieza de los paneles.
Agradecimientos: Agradecemos a la bodega MasPiquet, bodega pedagógica del liceo vitícola Frédéric Bazille de Montpellier (Hérault, Francia), soporte de nuestras actividades experimentales. Agradecimientos a las sociedades OPTIMA Concept y Berthoud.
