La popolazione mondiale si affida al settore agricolo per la sicurezza alimentare, rendendo la produzione efficiente e sostenibile vitale per la vita umana. L’agricoltura biologica con la gestione integrata dei parassiti è un’area di interesse per il settore, ma la dipendenza dai motori a combustione interna (ICE) danneggia la salute dei lavoratori agricoli e contamina i prodotti. Allo stesso tempo, il carburante costituisce una parte sostanziale dei costi operativi del settore.
Queste macchine emettono sostanze inquinanti, come CO2 e particolato, che sono dannose per gli operatori e possono contaminare piante, foglie, fiori e frutti. Inoltre, i sistemi di alimentazione possono rompersi e causare fuoriuscite, contaminando così il terreno e la produzione futura. Le macchine diesel emettono anche alti livelli di rumore, che danneggiano le persone nelle vicinanze.
Pitteri Violini è un fornitore leader di componenti, motori e macchine per l’utilizzo finale nei settori dell’edilizia e dell’agricoltura. Conosciuta per la qualità, l’originalità e le eccellenti caratteristiche di design, Pitteri Violini produce macchine semoventi da oltre dieci anni. Il suo pionieristico trattore per la raccolta della frutta offre già funzioni di autolivellamento per la raccolta della frutta in montagna e in collina. L’elettrificazione di questa macchina si basa sulla sua tradizione di servizio al cliente e innovazione per creare macchine sostenibili per il settore agricolo.
Parker Hannifin, azienda globale di tecnologie per il movimento e il controllo, ha fornito diversi componenti per il trattore elettrico per la raccolta della frutta, oltre ad ampi servizi di progettazione e consulenza. Il motore GVM ad alta efficienza e l’inverter GVI hanno permesso a Parker di progettare una soluzione che soddisfa i requisiti di funzionamento per un turno completo senza necessità di ricarica.
La fase iniziale di questo progetto prevedeva la sostituzione diretta della generazione di energia diesel con una equivalente elettrica. Tuttavia, i modelli futuri di questa macchina ottimizzeranno la macchina e offriranno vantaggi ancora maggiori.
Le sfide della realizzazione di macchine agricole elettriche
Come per la migrazione di qualsiasi macchinario pesante, il limite della capacità delle batterie spesso ostacola la migrazione dai motori diesel ai motori elettrici. Le macchine agricole operano a grandi distanze dall’infrastruttura principale dell’azienda, rendendo impraticabile la ricarica delle macchine durante il turno di lavoro. Ogni perdita di tempo per la ricarica riduce inoltre in modo significativo la produttività dell’operazione.
Inoltre, il settore agricolo impiega molti lavoratori non specializzati che hanno familiarità con funzioni semplici e meccaniche delle macchine, senza complesse interfacce umane. Le macchine elettriche devono imitare questa semplicità per rendere il passaggio alle macchine elettriche il più agevole possibile. La formazione e lo sviluppo degli operatori del settore agricolo è un elemento essenziale nella transizione dai carburanti a idrocarburi alle macchine elettriche.
Il trattore per la raccolta della frutta era il candidato ideale per l’elettrificazione, grazie alle sue dimensioni ridotte e alla minore richiesta di potenza rispetto ad altre macchine. Tuttavia, la sua compattezza ha reso difficile inserire i componenti elettrici e la batteria nel telaio senza modificare il progetto. Questa macchina opera a diretto contatto con la frutta e in prossimità di diversi operatori in qualsiasi momento, quindi l’elettrificazione del trattore avrà un impatto immediato sulla salute e sulla qualità del prodotto.
La tecnologia elettrica alla base del trattore per la raccolta della frutta
La soluzione elettrica per il trattore per la raccolta della frutta è stata progettata come un sistema a basso voltaggio che utilizza una batteria da 96 V. Questo approccio consente una soluzione semplice e facile da gestire. Parker ha fornito diversi componenti per il raccoglitore di frutta, i principali dei quali sono elencati di seguito:
- Motore GVM210: Questo motore sostituisce il motore diesel e fornisce l’energia per l’azionamento della macchina e le funzioni idrauliche ausiliarie. L’elevata densità di potenza e l’alta efficienza lo rendono una soluzione adatta a questa applicazione.
- Inverter GVI: questo controller motore a bassa tensione offre una combinazione di potenza, prestazioni e funzionalità. Le dimensioni compatte e l’elevata efficienza lo rendono ideale per l’integrazione in spazi limitati, mentre il design a piastra fredda ad alta efficienza fa sì che l’inverter non richieda un raffreddamento esterno.
- Sistema di raffreddamento: Un sistema di gestione termica composto da uno scambiatore di calore aria-fluido, una pompa dell’acqua, tubi e sensori provvede al raffreddamento del motore GVM. Il sistema controlla automaticamente la temperatura del sistema di raffreddamento a liquido.
- Sistema di controllo e visualizzazione: Il sistema di gestione IQAN controlla il funzionamento della macchina e consente all’operatore di modificare i parametri utilizzando il display a interfaccia umana da 7 pollici. Gli operatori possono anche utilizzare il joystick in dotazione per manovrare la macchina con la stessa precisione della precedente versione a diesel.
Parker ha selezionato i componenti elettrici specifici tenendo conto della funzionalità e della configurazione meccanica del trattore per la raccolta della frutta. Pitteri Violini ha richiesto di mantenere la configurazione meccanica del trattore ICE originale e il motore GVM e l’inverter GVI sono stati fondamentali per raggiungere questo obiettivo. La versione prototipo di questa macchina soddisfa l’obiettivo primario di sostituire la fonte di energia da idrocarburi con l’elettricità, ma pone anche la piattaforma per l’ottimizzazione dei modelli futuri.
Un approccio collaborativo
Pitteri Violini ha una lunga storia di innovazione in termini di progettazione e costruzione di macchine agricole. La dedizione del team all’ottimizzazione delle macchine in base alle esigenze dei clienti ha portato alla progettazione all’avanguardia della macchina semovente e autolivellante per la raccolta della frutta per terreni montani e collinari. L’azienda ha applicato la stessa dedizione e innovazione collaborando con Parker per elettrificare questa macchina.
D’altra parte, Parker Hannifin sviluppa tecnologie e componenti per macchine mobili da oltre 100 anni. L’esperienza dell’azienda copre i dettagli tecnici dei componenti per l’elettrificazione e la vasta esperienza sul funzionamento delle macchine mobili in un’ampia gamma di applicazioni.
Parker e Pitteri Violini hanno collaborato all’elettrificazione della raccoglitrice di frutta analizzando le prestazioni della macchina ICE e la scheda tecnica del motore diesel. I dati relativi alla portata e alla pressione idraulica sono stati convertiti in energia, che ha costituito la base per la selezione del motore GVM e dell’inverter GVI, una soluzione ad altissima efficienza. La capacità minima della batteria è stata specificata in base ai dati di consumo energetico del GVM e del GVI e alla necessità di soddisfare i requisiti del ciclo di lavoro del trattore.
Questa collaborazione iniziale tra Parker Hannifin e Pitteri Violini mirava a elettrificare il trattore per la raccolta della frutta senza alcun miglioramento. Tuttavia, le collaborazioni future riprogetteranno completamente il sistema idraulico con una soluzione ottimizzata a due motori. Un motore fornirà l’energia per la trazione, mentre l’altro alimenterà le funzioni ausiliarie. Questo approccio consentirà di risparmiare una notevole quantità di energia e di utilizzare la gamma di motori Parker NX8, progettati per applicazioni mobili a bassa tensione. In preparazione a questa prossima fase di elettrificazione della raccoglitrice di frutta, il sistema attuale sta raccogliendo dati sul consumo di energia, sul flusso, sulla temperatura e su altri parametri su base temporale e correla i dati al funzionamento della macchina in quel momento.
I vantaggi delle macchine agricole elettriche
Il trattore elettrificato per la raccolta della frutta sta dando risultati eccezionali in termini di emissioni di scarico e di rumore. I livelli di rumorosità intorno alla macchina sono significativamente ridotti perché il rumore dell’ICE scompare lasciando all’utente solo il rumore naturale della pompa idraulica. Questo cambiamento ha modificato immediatamente il comfort e il rischio di perdita dell’udito a lungo termine per gli operatori. Le emissioni di gas di scarico sono state ridotte a zero, poiché la macchina non utilizza combustibili fossili. Ciò significa che gli operatori non sono più esposti a gas CO2 e particolati nocivi e che la frutta è priva di contaminazione.
L’abbandono dei motori diesel ha inoltre ridotto i costi operativi dell’80% per l’utente della macchina. Questo enorme miglioramento è stato ottenuto senza compromettere la disponibilità della macchina. Il trattore elettrico per la raccolta della frutta funziona per 12-14 ore dopo una ricarica di otto ore.
Il sistema di gestione IQAN ha apportato notevoli vantaggi anche agli utenti della macchina. IQAN consente agli operatori di azionare la macchina, modificare i parametri e accedere alle informazioni. Il sistema raccoglie i dati dai sensori relativi a pressione, flusso e temperatura idraulica. Inoltre, accede ai dati dell’inverter su tensione, corrente e prestazioni della batteria. In futuro, questi dati potranno essere utilizzati per analizzare le prestazioni della macchina e generare consigli per la manutenzione predittiva. L’aggiunta di dispositivi IoT consentirà l’assistenza remota tramite il cloud.
Sulla base del successo di questo progetto, Pitteri Violini prevede di elettrificare ogni anno dieci trattori per la raccolta della frutta, al fine di passare la flotta alimentata a diesel a una tecnologia più sostenibile. Il programma sarà esteso anche ad altre macchine, in modo che l’intero settore possa essere decarbonizzato nel tempo.
Conclusione
Pitteri Violini e Parker hanno unito le loro competenze in materia di macchine agricole e tecnologia di movimento e controllo per sviluppare un trattore elettrico per la raccolta della frutta. Questo progetto è il primo passo di un percorso di transizione del settore dalle fonti energetiche fossili tradizionali a un futuro sostenibile.
Il raccoglitore di frutta elettrico ha avuto un impatto ambientale immediato, riducendo le emissioni di scarico a zero e i livelli di rumore da 80 dB a poco più di 0 dB. Allo stesso tempo, i costi operativi si sono ridotti dell’80%.
Pitteri Violini ha dichiarato: “Sebbene rimanga un divario economico tra un’applicazione elettrica e una azionata da un motore endotermico, la strada verso la decarbonizzazione è stata tracciata e ci sarà una crescente domanda di macchinari a emissioni zero”. Pitteri Violini, sarà al fianco dei piccoli e medi costruttori nazionali, supportandoli nella transizione verso applicazioni sempre più sostenibili grazie a Parker e al suo ampio portafoglio prodotti.”
