Negli ultimi anni l’impulso alla produzione ed al consumo delle fonti energetiche rinnovabili è andato sempre più aumentando. Importanti aspettative sono legate all’utilizzo delle biomasse di origine agricola e forestale, proprio grazie alla loro flessibilità d’impiego e alla disponibilità di utilizzo in diverse tipologie di utenze (Gomez et al., 2010; Elmore et al., 2008; Yoshioka et al., 2005). In tale contesto, grande interesse riveste la possibilità di recuperare e utilizzare le biomasse residuali (es. scarti di potature) come fonte energetica ottenendo vantaggi sia relativamente allo smaltimento di questi ultimi che come ulteriore opportunità di reddito per l’agricoltore (Nati et al., 2007; Pari e Sissot, 2001).

La biomassa è disponibile in qualità e quantità diverse sul territorio ed è potenzialmente utilizzabile per scopo energetico. L’aspetto logistico riveste particolare importanza per il contenimento dei costi della materia prima, influenzati dalle operazioni di raccolta e trasporto. In virtù del crescente interesse nei confronti della biomassa e della componente residuale quale risorsa energetica, i costruttori di macchine agricole stanno indirizzando parte della loro ricerca nella realizzazione di operatrici per il recupero delle potature da terra (Pari et al., 2010).

Nell’ambito del Progetto di ricerca Faesi (Filiere Agro Energetiche del Sud Italia) finanziato dal Mipaaf, l’Unità di ricerca per l’Ingegneria Agraria di Roma (Cra-Ing) ha intrapreso una serie di attività atte alla valorizzazione dei residui di potatura di origine agricola nelle regioni meridionali. Nel mese di maggio 2010, si è provveduto ad analizzare il lavoro svolto da una trincia-raccogli-sarmenti della ditta Berti, impegnata nella raccolta di potature dell’olivo. Le prove sono state condotte in Puglia, tenendo conto delle caratteristiche colturali specifiche dell’area oggetto di studio, della tipologia delle forme di allevamento dell’olivo nonché delle particolari metodologie di potatura diffuse nelle regioni del sud Italia.

A fronte di costi di raccolta competitivi le potature potrebbero contribuire in modo interessante alla produzione di energia rinnovabile, soprattutto in considerazione della diffusione di piccole e medie centrali termiche e/o elettriche in grado di rifornirsi anche grazie all’importante contributo derivabile dal comparto agricolo. A tal fine sono state valutate sia la capacità di lavoro della macchina che la qualità del lavoro eseguito.

Materiali e metodi

Cantiere di raccolta

Il cantiere di raccolta della prova sperimentale era costituito da un’operatrice prodotta dalla ditta Berti, modello PICKER/KARGO 180 (foto 1) abbinata ad una trattrice gommata a quattro ruote motrici prodotta dalla ditta Massey Ferguson, modello 3255 con potenza motrice pari a 90 cv (66,18 kW).

Foto 1. Trincia-raccogli-sarmenti Picker Kargo 180.

La macchina operatrice è una raccogli-trinciacaricatrice per potatura, dotata di cassone proprio, con possibilità di doppio collegamento sia semiportato sia trainato, azionata dalla pdp con potenza minima richiesta di 66 kW. La larghezza di lavoro è di 1.800 mm, mentre le dimensioni massime di ingombro, relativamente a larghezza, lunghezza ed altezza, sono 2.250 mm, 5.600 mm (di cui 1.400 mm di gancio) e 1.900 mm. Il peso totale della macchina è di 2.600 kg. I principali componenti sono rappresentati da un “pick-up” anteriore di raccolta, un rotore trinciante ed un cassone posteriore di carico.

Il pick up anteriore (foto 2) è un rappresentato da un raccoglitore rotativo ad albero orizzontale avente un diametro esterno di 127 mm. Su di esso sono fissati 32 elementi di presa rigidi, sfalsati ed allineati lungo quattro piani di riferimento (disposizione a 90°). La lunghezza del singolo elemento di presa è di 150 mm. Il pick-up ha la funzione di sollevare le potature dal terreno senza danneggiare il manto erboso, mentre la particolare disposizione degli elementi rigidi e la distanza tra di essi impedisce l’introduzione all’interno della macchina di pietre e sassi, permettendo così l’utilizzo della macchina anche su terreni difficili.

Foto 2. Particolare del pick-up raccoglitore.

Il pick-up è azionato da una trasmissione a catena, protetta da un limitatore di coppia per preservare l’apparato in caso di ingolfamento o di blocco accidentale. La regolazione dell’altezza di lavoro dal terreno avviene per via idraulica tramite martinetto dedicato fissato al telaio.

Il pick-up convoglia le potature all’interno della camera di trinciatura ove opera un rotore del diametro di 400 mm, sul quale sono incernierati 36 coltelli (tab. 1). La trinciatura viene effettuata per contrasto con una serie di contro-coltelli fissati su una parete della camera di trinciatura che, secondo il costruttore, risulta in grado di operare su residui legnosi con un diametro fino a 10 cm.

Tabella 1. Caratteristiche tecniche della macchina oggetto di prova.

Lunghezza (mm)

5.700

Larghezza (mm)

2.250

Altezza (mm)

1.900

Peso (kg)

2.600

Cassone (m3)

7,5

Altezza scarico (mm)

3.300

Larghezza di lavoro (mm)

1.800

Diametro pick-up (mm)

427

Elementi di presa pick-up (n° denti)

32

Lunghezza elementi di presa (mm)

150

Diametro rotore (mm)

400

Elementi presenti sul rotore (n. coltelli)

36

Il prodotto trinciato viene trasportato in corrente d’aria generata dallo stesso rotore fino al cassone posteriore attraverso un condotto incorporato nel cassone stesso. Quest’ultimo ha una capacità di carico di 7,5 m3, può essere scaricato da un’altezza di 3,3 m ed è corredato da un coperchio mobile che fa da scivolo al materiale in fase di scarico (foto 3).

Foto3. Trinciasarmenti in fase di lavoro.


La macchina presenta un ingombro limitato che ne consente l’utilizzo anche in impianti con interfila di ampiezza ridotta pur preservando una buona capacità di carico rispetto ad altre operatrici.

Caratteristiche della coltura e caratterizzazione del materiale andanato.

Le prove sperimentali sono state eseguite nel mese di maggio 2010 a Torre Santa Susanna in provincia di Brindisi. L’oliveto era composto da piante di 14 anni appartenenti alla varietà “Pichioline”ed era situato in una zona pianeggiante, su un terreno di medio impasto dotato di un sistema di irrigazione. La superficie complessiva dell’impianto era di 7 ettari. Le piante avevano un’altezza media di 3,5 metri con un sesto di impianto di 6 metri fra le file e 6 metri sulla fila. La potatura di produzione avviene una volta ogni due anni e ciò comporta la formazione di una considerevole quantità di biomassa a terra.

Al fine di caratterizzare il materiale residuale sono stati effettuati una serie di rilievi inerenti altezza, larghezza e lunghezza di ogni singola andana (foto 4). Le misurazioni hanno interessato 10 andane per una superficie complessiva di 0,54 ha. Per ognuna delle andane sono state scelte in modo casuale e campionate 3 aree di 1 metro lineare ciascuna; da queste è stato prelevato e pesato, mediante l’ausilio di un dinamometro digitale, l’intero potato per poter valutare la quantità di biomassa potenzialmente presente in 1 ha di oliveto.

In seguito al passaggio delle macchine, sulle andane precedentemente individuate, si è provveduto a determinare le perdite di raccolta, pesando tutto il materiale non trinciato.

Nel piazzale di scarico del materiale trinciato si è proceduto a prelevare diversi campioni di prodotto con lo scopo di effettuare la valutazione del contenuto idrico (secondo la normativa CEN/TS 15414-1: 2006), della massa volumica apparente (secondo la normativa CEN/TS 15401: 2006) e della distribuzione granulometrica dei singoli componenti (secondo la normativa CEN/TS 15415: 2006).

Durante la raccolta è stata valutata la produttività del cantiere secondo lo schema di classificazione dei tempi di lavoro in agricoltura concordato in sede internazionale dal Ciosta (Commission Internationale de l’Organisation Scientifique du Travail en Agricolture), in accordo con le raccomandazioni dell’Associazione Italiana di Ingegneria Agraria (AIIA).

Foto 4. Residui di potatura disposti in andana lungo la fila.

Risultati

Caratteristiche del prodotto trinciato e perdite di prodotto

Le andane considerate per lo svolgimento della prova presentavano una lunghezza media di 90 m, un’altezza media di 0,65 metri e una larghezza media di 1,7 metri. Dalla caratterizzazione del materiale andanato è risultato che per ogni andana erano presenti, mediamente, 367,5 kg di prodotto potato che corrispondevano a circa 6,6 t ha-1 di prodotto fresco e a 5,35 t ha-1  di s.s., caratterizzato da un’umidità del 23,54% valutata al momento della raccolta (tab. 2).

Tabella 2. Caratteristiche del prodotto andanato.

Varietà di ulivo coltivata

Pichioline

Sesto d'impianto (m)

6x6

Numero piante per fila (n)

15

Lunghezza andane (m)

90

Altezza andane (m)

0,65

Larghezza andane (m)

1,7

Quantità media di potato per pianta (kg)

24,5

Quantità di potato per andana (kg)

367,5

Quantità di potato per ettaro (t)

6,6

Umidità del potato a terra (%)

23,54

Sostanza secca (t ha-1)

5,346

Il prodotto raccolto non presentava inquinamento da corpi estranei evidenti risultando esente da terriccio o sassi. La massa volumica rilevata è stata di 152,5 kg m-3, portando la capacità complessiva di carico nelle condizioni di prova a 1,14 t. Considerando la quantità totale di biomassa raccolta durante le prove ed il prodotto rimasto a terra sono state rilevate perdite di raccolta del 3,8%, pari a circa 0,25 t ha-1 di perdita totale.

Dall’analisi granulometrica, eseguita su 4 kg di prodotto trinciato ed utilizzando setacci dimensionati secondo quanto previsto dalle normative vigenti, è emerso che quasi il 70% di esso apparteneva alla classe diametrica compresa tra i 6,3 e i 25 mm (grafico 1). Nello specifico, il 36,82% del campione analizzato è risultato incluso in una classe di pezzatura compresa tra i 12,5 e i 25 mm; mentre il 33,16% dello stesso era compreso nella classe di diametro compresa tra i 6,3 e i 12 mm. La presenza di materiale compreso in una classe di diametro variabile tra i 25 e i 50 mm è risultata appena superiore al 16%, mentre, poco meno del 14% è rappresentato da materiale incluso in classi diametriche inferiori ai 6,3 mm.

Grafico 1. Suddivisione per classi del materiale trinciato.


La quasi totalità del materiale campionato (86,42%) risulta compreso in setacci caratterizzati da una maglia superiore ai 6,3 mm; di contro, solo il 13,58% è rappresentato da materiale incluso in classi di diametro inferiori ai 6,3 mm. La frazione di prodotto trinciato avente un diametro inferiore ai 3,5 mm, e quindi rappresentante le impurità, non supera il 4% del campione totale analizzato.

La lunghezza del materiale trinciato assume una certa importanza per il sistema di alimentazione delle caldaie ove, se utilizzanti sistemi a coclea, un prodotto con dimensioni superiori ai 100 mm, può determinare problemi di ingolfamenti o blocchi del sistema stesso. Viceversa, utilizzando materiale legnoso di lunghezza inferiore ai 15 mm è possibile sia il trasporto di materiale incombusto nel flusso d’aria primaria, sia l’aumento delle ceneri prodotte dall’impianto nel caso in cui in questa frazione ci siano inerti. Tenendo conto di ciò, il materiale trinciato raccolto è stato valutato anche per la distribuzione delle lunghezze dei singoli componenti legnosi (grafico 2). L’83% del materiale campionato aveva dimensioni inferiori ai 20 cm di lunghezza. La frazione avente una misura superiore rappresentava solo il 17% dell’intero campione ed era così distribuito: 9,5% compreso tra i 200 ed i 300 mm e 7,5% con lunghezza superiore ai 300 mm.

Grafico 2. Distribuzione per lunghezza (%) del materiale trinciato.

Tempi di lavoro

L’operatrice ha mostrato una velocità operativa di 2,56 km h-1 (0,71 m s-1) alla quale è corrisposta una capacità di lavoro effettivo pari a 1,92 ha h-1 ed una capacità di lavoro operativa pari a 1,53 ha h-1. Il rendimento operativo è risultato pari al 80,04% del tempo operativo (tab. 3). Si è potuto verificare che i tempi accessori sono risultati essere rappresentati dai tempi per le voltate in capezzagna (10,87%) e dai tempi di scarico del cassone (9,09%).

 Tabella 3. Tempi operativi della macchina trinciatrice.

Tempo effettivo (%)

80,04

Tempo per voltare (%)

10,87

Tempo per scarico (%)

9,09

Tempo operativo (%)

100

Rendimento operativo (%)

80,04

Velocità effettiva (m s-1)

0,89

Velocità operativa (m s-1)

0,71

Capacità di lavoro effettiva (ha h-1)

1,92

Capacità di lavoro operativa (ha h-1)

1,53

Produzione oraria operativa (t h-1)

46,95

Conclusioni

La raccolta delle potature con operatrice dedicata rappresenta una soluzione percorribile per lo smaltimento della biomassa residuale. Dalle stime effettuate in ambito CRA i quantitativi risultano importanti per diverse realtà del sud Italia e non solo. La raccolta con trinciatura diretta permette di ottenere un materiale adatto sia ad un impiego domestico sia industriale. La valutazione di questa raccoglitrice, dotata di cassone proprio, ha permesso di evidenziare la possibilità di ottenere da un residuo un combustibile di dimensioni idonee sia alla trasformazione energetica immediata sia allo stoccaggio per impieghi futuri. La realizzazione di un percorso logistico ottimizzato per la riduzione dei costi di raccolta e conferimento rappresenta ancora un aspetto su cui la ricerca deve investire per cercare di concretizzare la reale convenienza economica delle operazioni descritte. La valutazione di queste nuove tipologie di operatrici proposte dalle varie case costruttrici risulta fondamentale proprio per effettuare delle previsioni circa la reale convenienza economica, ma anche ecologica, della filiera legno–energie nelle diverse realtà interessate.

Bibliografia

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