Povzetek

Poizkus s pršilnikom z elektrostatiko

(prevod)

Magistrsko delo - Johannes Wendel (2017)

Prevedeno pri Zupan d.o.o., za interno in komercialno uporabo

Justus-Liebig-Universität Gießen

Fachbereich 09 Agrarwissenschaften, Ökotrophologie und Umweltmanagement

&

Hochschule Geisenheim University

Master thesis

Analytic Evaluation of New Plant Protection

Application Methods in Fruit Growing

Supervisor:                Prof. Dr. Hans-Peter Schwarz,

                                    Institut für Technik der Hochschule Geisenheim University

Advisors:                   Dr. Karl Wettich,

                                    Landwirtschaftlich Lehr- und Forschungseinrichtung (LFE) Gießen, Justus-Liebig-Universität Gießen

Supervised also by: Dr. Rainer Keicher und Dipl. Ing. David Brunner,

                                   Institut für Technik der Hochschule Geisenheim University

Submitted from:       B. Sc. Johannes Stephan Wendel,

                                   In der Nonnenhecke 5, 67098 Bad Dürkheim

Bad Dürkheim, 15. Mai 2017

3.1.4 Pršilnik z elektrostatiko “ZUPAN”

Pršilnik z elektrostatičnim sistemom iz podjetja ZUPAN D.O.O. (ZUPAN D.O.O., Malečnik) je bil uporabljen v poizkusu “2015”, serije I 540 oE, II 540 mE, III BAD, IV. Točna konfiguracija in sestava stroja avtorju ni podrobneje znana. Sistem in tehnika elektrostatičnega polnjenja kapljic je razložena v prilogi (8.7 Osnove – elektrostatični proces – markirano z rumeno).

Tabela 4: Tehnične informacije stroja DT »Zupan« z elektrostatiko

Slika 11: Pršilnik (uporabljen stroj se lahko minimalno razlikuje) z elektrostatičnim nabojem kapljic – levo:pogled od zadaj – zgoraj desno: šobe s potencialnimi obroči - spodaj desno: potencialni obroč, (Zupan d.o.o.b, 2015)

3.2 Tip nasada v poizkusu

Poizkus smo delali na sadnih drevesih (jabolka, sorta: Elstar in Jonagold) z medvrstno razdaljo 3.25 in višino dreves okrog 2.5m. Tip nasada je bil “ozko vreteno”. Vsa drevesa so bila brez protitočne mreže. Eksperiment je potekal po obiranju, drevesa so še zmeraj imela polno listno maso.

Slika 12: Sadno drevo z zloženo protitočno mrežo med nanosom FFS (Knaus, 2015)

3.3 Vzorčenje

Ta del naloge razloži metodo vzorčenja. Metoda, ki smo jo izbrali je metoda preferirana s strani Kocha in Knewitza za sadovnjake (Koch and Knewitz method). 

Koch in Knewitz sta predlagala metodo vzorčenja za sadovnjake, ki dovoljuje “meritev nanosa na posameznem listu in oceno verjetnosti tveganja, še pomembneje pa da se ustvari slika prostorske razporeditve vzorčnih mest na posameznem drevesu” (Koch & Knewitz, 2006), P. 6). V primeru te naloge nanos ni analiziran s to metodo, ampak odstotek pokritosti s FFS in odstotek območij tveganja glede na velikost aktivnega območja delovanja posameznega FFS okrog kapljičnega nanosa. Vrednosti števila in velikosti kapljic so prav tako zabeležena.

Za vsak pršilnik smo opravili 3 ponovitve testiranja na štirih sektorjih drevesne krošnje "A", "B", "C" in "D", ki so razporejeni po višini krošnje, z 10 lističi na vsakem sektorju. (Triloff P. b., 2011) (glej sliko 13).

Sektorji v krošnji so razporejeni v naslednjih conah:

A) Listnata cona, ki se prekriva s sosednjim drevesom

B) Zunanja listnata cona na desni strani vrste

C) Notranja listnata cona v bližini debla

D) Zunanja listnata cona na levi strani vrste (Koch & Knewitz, 2006).

"V vsakem sektorju krošnje smo, začenši iz najvišje točke na drevesu (točka št. 1) na približno 2.5m višine do najnižjih vej (točka št. 10) na višini okrog 0.5m, v intervalih okrog 25cm, odvzeli po en list in ga položili v papirnato vrečko, označeno z ustrezno kodo (varianta testiranja, sektor krošnje, ponovitev, položaj lista) ", (Triloff P. b., 2011, p. 171).

Nanos FFS se je moral najprej posušiti. Za tem smo papirnate vrečke položili v plastične, le-te pa v kartonasto škatlo, ki smo jo zatesnili za minimalizacijo degradacije svetlobno občutljive fluorescentne barve. (Triloff P. b., 2011).

Slika 13: Shema con iz katerih smo odvzemali vzorčne liste s položaji v skladu z metodo Schmidt and Koch (1995), modificirano s strani Triloffa (2011, p. 170)

Za vzorčenje so bili uporabljeni pravi listi iz drevesa saj prikazujejo realno distribucijo in karakteristike FFS na ciljnem območju, za razliko od umetnih listkov za vzorčenje, ki bi se morali obesiti posamično po nasadu (Koch & Knewitz, 2006).

Tako pridobljeni podatki nam zagotovijo informacije o povprečnem nanosu [%], variacije v nanosu in razliko v distribuciji med posameznimi listi. Enako velja za podatke o rizičnih območjih in o številu in velikosti kapljic.

3.4 Nanos na listu

Fitofarmacevtskim sredstvom podoben nanos smo ustvarili z mešanico vode in fluorescentne barve. Fluorescentna barva uporabljena v poizkusih je produkt Tinopal® NFW (Ciba Lampertheim GmbH, Chemiestraße, DE-68623 Lampertheim) z vsebnostjo aktivne substance 20 g * 100 g-1 (Triloff P.b., 2011, p. 168).

V seriji poizkusov "2015" je bila koncentracija aktivne snovi 25% (disodium-2,2 '- ([1,1'-biphenyl] -4,4'-diyldivinylene) bis (benzenesulfonate)). Razmerje aktivne snovi in vode pa je bilo 300 ml / 100 l.

3.5 Vrednotenje metod in programa

Naslednje poglavje razlaga dve različni metodi vrednotenja z različnima programoma. Posebne eksperimentalne fotografije listov rastline s pesticidom podobnim nanosom (voda s fluorescentno bravo) so bile ovrednotene. Fotografije so bile posnete pod UV lučjo in z fotoaparatom, ki je stal na tri podu. Z metodo »Buchholz & Vornhagen« smo analizirali zgornjo in spodnjo stran lista, z metodo »Brunner« pa samo površino zgornje strani. Poenostavljeno, kvaliteta nanosa FFS na posameznem listu je bila pregledana in vrednotena v skladu z različnimi parametri.

Pregledali smo površino posameznega kapljičnega nanosa[cm²], število kapljic na cm², povprečno velikost kapljice [mm²], pokritost [%], območje rizika [%] aktivno območje delovanja (Corona/Wirkkorone -0.6 mm, 1.2 mm, 1.8 mm) in območje rizika [cm²] (0.6 mm, 1.2 mm, 1.8 mm) na vsakem listu.

Slika 26: Shematski prikaz con aktivnega območja delovanja

3.6 Vrednotenje

Slikovno analitično vrednotenje novih metod zaščit rastlin s FFS v sadovnjakih, vskladu s kvaliteto nanosa FFS na listih, smo primerjali med različnimi pršilniki, njihovimi tehničnimi specifikacijami in nastavitvami v posameznih variantah testiranja.

Ocenili smo pokritost z nanosom listnatih površin po območjih, pokrivnost listnih površin nad višino krošnje in območje tveganja na listnih površinah nad višino krošnje. Podatki o območjih tveganja temeljijo na vrednostih aktivnega območja delovanja kapljic pesticidov od 0,6 mm, 1,2 mm do 1,8 mm.

Kot podlago smo uporabili povprečje posamezne variante poizkusa. Podrobneje razdeljena grafika je prikazana po Kochu in Knewitzu (glej sliko 27).

Na koncu smo naredili tabelo »best of« z najboljšimi različicami različnih naprav za najmanjšo območje tveganja.

Slika 27: primer vzorca vertikalne distribucije v štirih conah drevesa jabolka, vključno s povprečnim nanosom (Koch & Knewitz, 2006, p. 8)

4 Rezultati

4.2.2.1 Pršilnik z "elektrostatiko" (varianta I oE and II mE)

Odstotki pokritosti z nanosom FFS po posameznih conah

Graf 21: Pršilnik z "elektrostatiko" (varianta I oE and II mE) – odstotek pokritosti po conah

Pršilnik z elektrostatiko Zupan ima v variantah poizkusa I in II podobno distribucijo nanosa v vseh conah. V obeh je cona D najbolj pokrita. Končen nanos v II varianti je znatno boljši, kot v varianti I v kateri elektrostatika ni bila vključena. Koeficienta variacije posameznega poizkusa sta: I 28.08% in 14.21% za varianto II.

Odstotek pokritosti po višini krošnje

Graf 22: Pršilnik z "elektrostatiko" (Varianti I oE and II mE) – odstotek pokritosti po višini krošnje

Tudi tukaj je verzija II dokazala, da ima boljšo pokritost nanosa. Celotna vrednost za varianto II je 29,22%, nasproti različici I s 14,23%. Na obeh variantah je nanos po višini krošnje podobno razporejen. Koeficienti variacije so 22,82% za varianto I in 13,48% za varianto II. V tem primeru je varianta II boljša od obeh.

Odstotek velikosti rizičnih območij aktivnega delovanja 0,6 mm

Graf 23: Pršilnik z "Elektrostatiko« (Variaciji I oE in II mE) – odstotek velikosti rizičnih območij aktivnega delovanja 0,6mm

Glede na velikost območja tveganja z »aktivnim območjem delovanja« 0,6 mm imata obe varianti zelo nizke vrednosti. Varianta II ima manjše tvegane površine (0,29%) od variante I s 3,29%. Standardni odklon je 0,19 za varianto II in 1,48 za varianto I.

Odstotek velikosti rizičnih območij aktivnega delovanja 1.2 mm

Graf 24: ": Pršilnik z "Elektrostatiko« (Variaciji I oE in II mE) – odstotek velikosti rizičnih območij aktivnega delovanja 1.2 mm

V velikosti območja aktivnega delovanja 1,2 mm ni več nobenih razlik. Obe varianti imata ogrožena območja blizu nič odstotka. Njuna standardna odstopanja so prav tako skoraj enaka nič.

4.2.2.2 Pršilnik z "Elektrostatiko" (varianta XV mE1R)

Poizkus XV mE1R odstopa od drugih variant Pršilnika z "Elektrostatiko" po izjavi g. Trillofa (osebni komentar, 2017) "[...] pršilnik z “Elektrostatiko” je bil uporabljen samo za škropljenje ene vrste levo in desno. S tem se je izključil vpliv polne moči ventilatorja na sosednje vrste.

Odstotek pokritosti po conah

Graf 25: Pršilnik z "Elektrostatiko" (varianta XV mE1R) – Odstotek pokritosti po conah

Varianta XV ima relativno podobno distribucijo depozita po conah. Tukaj je BOS najbolj pokrit, kateremu sledi cona D. Koeficient variacije je 20.59%.

Odstotek pokritosti po višini drevesa

Graf 26: Pršilnik z "Elektrostatiko" (varianta XV mE1R) – odstotek pokritosti po višini drevesa

Celotna pokritost za varianto XV je 36,66%. Vrednosti odstopajo največ 10 odstotnih točk od srednje vrednosti, v obe smeri. Koeficient variacije je 19,05%.

Odstotek pokritosti po višini drevesa in conah

Graf 27: Pršilnik "Electrostatic" (variant XV mE1R) – odstotek pokritosti depozita po višini drevesa in conah (A, B, C, D)

Očitno je, da se depozitne vrednosti BOS območij zelo razlikujejo glede na višino krošnje. V zgornji tretji coni B doseže najvišjo vrednost v vseh conah.

Odstotek velikosti območij tveganja

Graf 28: Pršilnik z "Elektrostatiko" (varianta mE1R) – odstotek velikosti območij tveganja

Za vsa aktivna območja delovanja so območja tveganja blizu nič. Območje tveganja na C_0.6 je 0,77% in se dodatno zmanjša za faktor blizu 13 na vrednost 0,06% pri C_1.2. Aktivno območje delovanja C_1.8 nima več nobenih področij tveganja.

4.2.3 »Best of« iz vseh serij poskusov in pršilnikov glede na velikost območja tveganja (najnižje srednje vrednosti)

Da bi ocenili vse variante preizkusov do najboljših zmogljivosti pršilnikov smo določili povprečno najnižjo rizično območje tveganja. Potrebno je vzeti v obzir, da pršilnika “electrostatic Zupan” in “Wanner Praxis" nanašata FFS na obeh straneh, vse druge naprave pa le po eni.

Odstotek velikosti območij tveganja z aktivnim območjem delovanja 0.6 mm

Graf 41: "Best of" – odstotek velikosti območij tveganja z aktivnim območjem delovanja = 0.6 mm

Najboljši rezultat v primerjavi z vsemi variantami poizkusov je pršilnik Zupan 2015 II "Elektro". Ta pršilnik zagotavlja najmanjša področja tveganja na zgornji strani lista. Najboljša različica prototipa "Weber" ustvari drugo najboljšo v primerjavi "Best of" velikosti območja tveganja. Najboljša različica (različica 2014 III "Wanner") "Wanner prototipa" ima približno 20 odstotnih točk večje tvegane površine (aktivna korona C=0,6 mm) kot pršilnik Zupan 2015 II "Elektro". Najboljša različica naprave "Wanner Praxis" (varianta 2015 V "Wanner Praxis") je rezultat, ki je slabše za 53 odstotnih točk. Kar se tiče porazdelitve območij tveganja na BOS nad višino krošnje, imata pršilnika Zupan 2015 II "Elektro" in "Variante 2015 XI" Weber zelo enakomerno porazdelitev. Druga dva pa precej neenakomerno.

Odstotek velikosti območij tveganja z aktivnim območjem delovanja 1.2 mm

Graf 42: "Best of" – odstotek velikosti območij tveganja z aktivnim območjem delovanja = 1.2 mm

4.2.4 Primerjava "best of" variant

Tabela 43 spodaj prikazuje zbirko “best of” rezultatov izmed vseh variant testiranj. Pršilnik Zupan 2015 II "Electro" ima najmanjša območja tveganja, a je bil nanos med poizkusom na obeh straneh. Zato smo za primerjavo izbrali 2015 XI "Weber prototype".

Graf 38: primerjava “best of” rezultatov IN primerjava s pršilnikom 2015 XI „Weber-Prototyp“

Pršilnik Zupan 2015 II "Elektro" ima približno osem odstotnih točk nižje območje tveganja, pršilnik 2014 III "Wanner" približno 12 odstotnih točk večje in Variant 2015 V "Wanner Praxis" območje tveganja pribl. 33 odstotnih točk večja v primerjavi s pršilnikom 2015 XI "Weber-Prototype" (aktivno območje delovanja C = 0,6 mm). Kar se tiče aktivnega območja delovanja C = 1,2 mm, so razlike za primerjavo manjše. Pršilnik Zupan 2015 II "Elektro" je boljša za približno eno odstotno točko, pršilnik 2014 III "Wanner" 4,5 odstotne točke slabše in 2015 V "Wanner Praxis" 16 odstotnih točk slabše.

6 Povzetek

V tej magistrski nalogi so bile ovrednotene nove metode varstva pridelkov v sadovnjakih. Delo ponuja zanimive rezultate za izboljšanje uporabe pesticidov pri sadjarstvu. Vsekakor je mogoče reči, da so prototipi boljši pri nanašanju FFS sredstev kot pršilnik Praxis. Različne tehnične spremembe na napravi (na primer: razdalja med šobami in izhod zraka, izbor in število šob, uporaba elektrostatičnega naboja kapljic) kot tudi zunanje spremembe (vozne hitrosti, število vrtljajev in način uporabe) se odražajo v rezultatu. Pri nanosu FFS je v sadovnjakih po navadi problematično močno škropljenje spodnjih delov krošnje in slabše na vrhu. Na vrhu se nahaja tudi eden glavnih škodljivcev v sadovnjakih (škrlup trosi Venturia inaequalis, Cooke, Winter), ki prizadene liste (Triloff P. b., 2011). Z novimi načini zaščite pridelkov prototipov in elektrostatične naprave lahko ta problem rešimo. 

Najboljši rezultat v primerjavi pršilnikov ima pršilnik Zupan II "Electric" 2015. Ta pršilnik zagotavlja najmanjša področja tveganja na zgornji strani lista. Uporabljena naprava je škropilna naprava Zupan (ZUPAN d.o.o. a, Malečnik), model DT z vključeno elektrostatiko. Upoštevati je potrebno, da je bila aplikacija s to napravo na obeh straneh. Najboljša različica prototipa "Weber" (Weber, Bodman Mechanical Workshop) ima drugo najboljšo velikost področja tveganja v primerjavi "Best of". Pesticid je bil nanešen le na eni. 

Analiza fotografij listov pokritih z imitacijo FFS je bila narejena v Brunnerju (Institute of Technology of the University Geisenheim University) – v novem programu, ki bazira na slikovno procesnem programu OpenCV. Največji napredek programa za analizo je v tem, da vrednosti območij tveganja (list jabolka z nezadostnim nanosom FFS) niso povprečne vrednosti, ampak je določena natančna velikost oz. odstotek rizičnega območja. Zato bodo v prihodnje vse analize na Univerzi Geisenheim narejen s tem programom.

Univerza za tehnologijo v Gradcu - Eksperimentalni in raziskovalni inštitut za visoko napetostno tehnologijo

ELEKTROSTATIČNI NABOJ KAPLJIC – OSNOVE

Splošno

Uporaba elektrostatične metode omogoča škropljenje s statično elektriko nabitih razpršenih kapljic. Tako so poleg mehanskih sil zaradi tlaka tekočine in zračnega toka pršilnika, na delu tudi efekti električne magnetne sile, ki učinkuje tako med kapljicami samimi, kot med kapljicami in ciljanimi rastlinami. Na ta način dosežemo bolj intenziven nanos FFS na rastline, a obenem prihranimo na kemikalijah.

Poznamo tri različne metode elektrostatičnega naboja kapljic pri škropljenju rastlin (podjetje ZUPAN uporablja influenčni brezkontaktni način – označen z rumeno barvo):

 Naboj kapljic z tlenjem (korono)

 Naboj kapljic z kontaktno metodo

 Influenčni - brezkontaktni naboj kapljic

Metode se razlikujejo tako fizikalno glede mehanizmov polnjenja, kot tudi glede na njihove zmožnosti namestitve na pršilnike in škropilnice (škropljenje na polju).

Naboj kapljic z tlenjem (korono)

Pri naboju kapljic s tlenjem (korono), kot je prikazano na sliki 1, je pršilna elektroda nameščena v neposredni bližini razpršene tekočine. Pršilna elektroda je povezana z visoko napetostjo, zaradi česar pride do razpršenja (korona) pred elektrodo in glede na polarnost uporabljenega visokonapetostnega pretvornika razprši v škropilno tekočino pozitivne ali negativne nosilce naboja.

Značilnost te vrste polnjenja je, da pršilnik in posoda za tekočine ostanejo ozemljeni, le elektroda v bližini šobe je pod visoko napetostjo. Vendar pa zahteva sprožitev koronskega praznjenja na elektrodi zelo visoke napetosti, pa tudi optimalnega izkoristka ni mogoče doseči zaradi nerazvitih tokov, ki se pojavljajo pri visokonapetostnem sistemu.

Naboj kapljic z kontaktno metodo

Naboj kapljic z kontaktno metodo je prikazan na sliki 2, pri čemer velja princip, da ima tekočina, ki jo je treba razpršiti, visokonapetostni potencial, zato pride na izhodni točki šobe do ločitve naboja od sil zunanjega polja v tekočini.

Ta postopek proizvaja unipolarne naboje kapljic. Značilnost te vrste polnjenja je, da je celoten fluidni sistem pod visoko napetostjo in zahteva precejšnje težave pri izoliranju sistema ali pa električno ločitev med rezervoarjem in šobo opravi ustrezno dolg plastični vod. Z metodo dosežemo dobro učinkovitost visokonapetostnega sistema, vendar pa v praksi obstajajo težave zaradi različne električne prevodnosti škropilne brozge.

Influenčni - brezkontaktni naboj kapljic

V brezkontaktnem načinu polnjenja se električno polje ustvari v neposredni bližini brizgalne šobe, kar povzroči ločitev nabojev v pršilni tekočini. Pri postopku cepljenja naboja se proizvedejo unipolarno nabite kapljice.

Pri tem principu elektrostatičnega sistema je celoten sistem ozemljen, samo t.i. „potencialni obroč“, ki ustvari visokonapetostno polje za šobo, je pod visoko napetostjo in mora biti izoliran. Z influenčno – brezkontaktno metodo dobimo zelo učinkovit elektrostatični sistem.