Questa condizione di lavoro è quella in cui la macchina compie una lavorazione per un esteso periodo di tempo e rappresenta la condizione che richiede il più elevato consumo di energia. La trattrice infatti è una macchina complessa che richiede molta manutenzione, essendo generalmente il mezzo più costoso in un’azienda agricola, esso deve essere utilizzato per il maggior numero di ore possibili.
Esistono molteplici tipologie di lavorazione del terreno, che vanno dall’aratura, alla semina e alla concimazione. Ognuna di queste presenta un diverso coefficiente di resistenza in funzione della profondità di lavorazione e alla larghezza dello strumento (o in alternativa il numero di strumenti utilizzati). I coefficienti sono mostrati in Tabella 6.6.
Una tecnologia di recente diffusione è l’aratura a dischi, è stata concepita negli Stati Uniti e adottata in numerosissimi contesti anche in Italia.
0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 0 10 20 30 40 50 60 Co p p ia [N m ]
Velocità del trattore [km/h]
C Crot Cpend Cr
99
Tabella 6.6 Coefficienti resistenza alla lavorazione
Implement Unit speed km/h Draft force for soil type
(N/unit/cm depth)
Clay Loamy Sandy
Major tillage tools Subsoiler/manure injector
Narrow point tools 8 517 361 233
12-inch winged point tools 8 669 468 301
Moldboard metre 7 1,281 896 580
Chisel plough
2-inch straight point tools 8 201 172 131
3-inch shovel/14-inch sweep tools 9 243 207 159
4-inch twisted shovel tools 9 280 238 182
Sweep plough
Primary tillage metre 8 781 666 511
Secondary tillage metre 8 517 437 333
Disk harrow, tandem
Primary tillage metre 9 672 592 529
Secondary tillage metre 9 408 356 316
Disk harrow, offset
Primary tillage metre 8 770 672 598
Secondary tillage metre 8 471 414 368
Disk gang, single
Primary tillage metre 9 224 195 172
Secondary tillage metre 9 155 132 121
Coulters
Smooth or ripple tools 8 95 84 74
Bubble or flute tools 8 114 100 89
Field cultivator
Primary tillage tools 8 88 75 58
Secondary tillage tools 8 61 53 40
Row crop cultivator
S-tine rows 8 226 191 147
C-shank rows 8 419 356 271
No-till rows 8 730 620 475
Rod weeder metre 7 362 310 236
100
6.7.1. Aratura a dischi
L’aratro a dischi è alternativo all’aratro a versoio (quello classico), le lavorazioni effettuate con questo attrezzo differiscono in modo marcato da quelle dell’aratro classico. Le prime non effettuano il taglio a fetta della porzione di terra e il ribaltamento della stessa, come accade invece per l’aratro a versoio.
I dischi penetrano nel terreno per effetto del peso della macchina stessa o per la spinta esercitata dal sollevatore del trattore, con l’avanzamento la resistenza opposta dal terreno provoca la rotazione dei dischi folli e di conseguenza il rimescolamento del terreno nello strato in cui si è lavorato. La lavorazione con aratro a dischi non raggiunge particolari profondità, e a differenza dell’aratro classico non è autointerrante, quindi gli organi lavoranti tendono a riemergere per effetto della resistenza offerta nel terreno. Questo inconveniente si presenta in particolare nei terreni compatti.
Quello che a prima vista può sembrare un inconveniente risulta essere un pregio in particolari situazioni come quando si devono lavorare terreni ricchi di radici o con profondità variabile per la presenza di roccia affiorante. Queste condizioni infatti rendono difficoltosa o impossibile la lavorazione con l’aratro a vomere e versoio poiché la presenza di grosse radici o di roccia madre quasi in superficie ne ostacolano l’avanzamento. L’aratro a dischi, invece, sollevandosi e scorrendo sopra gli ostacoli presenti non provoca danni rilevanti agli alberi o all’attrezzo stesso. L’azione della lavorazione è piuttosto energica quando essa si esercita su terreni sciolti o di medio impasto, e provoca un notevole sgretolamento e rimescolamento dello strato lavorato. Nei terreni asciutti tale lavorazione crea una notevole polverizzazione mentre in quelli umidi tende a comprimere le zolle
Comparata all’aratura classica, questa lavorazione ha il pregio di eseguire un lavoro abbastanza energico preparando un terreno per la semina o che necessita di un semplice lavoro complementare di rifinitura.
Si è scelto di utilizzare questo strumento vista la sua crescente diffusione ed efficienza e dato che presenta valori di resistenza specifica comparabili (e talvolta superiori) a quelli dell’aratro tradizionale [28].
101
6.7.2. Calcolo della resistenza alla lavorazione
Per il calcolo della resistenza alla lavorazione si ipotizza un terreno pianeggiante, tipico dei grandi appezzamenti di terreno in cui i trattori di questa taglia si trovano ad operare. Si definiscono le ipotesi mostrate in Tabella 6.7.
Tabella 6.7 Ipotesi resistenza alla lavorazione
Velocità lavoro ( ) km/h 8,00
Profondità lavorazione ( ) cm 10,00
Resistenza specifica del terreno ( ) N/m*cm 598,00
Ore di lavoro giornaliere ( ) h 8,00
Altezza pneumatico ( ) m 1,91
Rendimento elettrico globale ( ) 0,80
Larghezza aratro ( ) m 4,50
Con queste caratteristiche si ricava il ritmo di lavoro e la superficie arata:
(8.8)
(8.9)
Che rappresenta un risultato molto soddisfacente.
Partendo da questi dati si calcola la resistenza del terreno alla lavorazione:
(8.10)
Ad essa va sommata la resistenza al rotolamento del trattore, quest’ultima viene calcolata esattamente come nella condizione studiata precedentemente di traino di un carico, ma con la differenza che la massa da considerarsi nei calcoli è quella del solo trattore:
Con questo valore si può trovare la coppia resistente totale:
102 La potenza da erogare per vincere la coppia resistente e avanzare alla velocità di lavorazione vale:
(8.12)
Se si vuole fare in modo che la macchina lavori per tutto il giorno senza mai dover ricaricare la batteria essa dovrà essere opportunamente dimensionata:
(8.13)
Oggigiorno il costo delle batterie al litio è in costante diminuzione, questo perché la loro affidabilità e il continuo miglioramento di prestazioni le rendono adatte a un sempre più vasto campo di utilizzo. Per questo motivo vengono ormai usate sulla maggior parte dei veicoli elettrici e ciò contribuisce a diminuirne costantemente il prezzo. La società di consulenza Horváth & Partners ha analizzato l’andamento dei costi delle batterie al litio scoprendo che nel 2015 i costruttori hanno speso 275 €/kWh, un valore che gli esperti avevano ipotizzato per la fine del decennio. Invece, sulla base dell’analisi di Horváth & Partners, per il 2020 il costo per kWh potrebbe arrivare a non più di 100 euro. In pratica un terzo rispetto al 2014. Nel solo 2015, la spesa è scesa del 25%, con una improvvisa accelerazione verso il basso [35].
Una batteria come quella appena dimensionata verrebbe perciò a costare attorno agli 80000€, una cifra significativa ma che diventa accettabile se si considera il fatto che grazie all’elettrificazione della trasmissione non è necessaria la presenza a bordo di motore a combustione, trasmissione e cambio, che costituiscono gli elementi più costosi nelle macchine tradizionali [29].
Come già esposto nel Capitolo 4 esistono già strutture di ricarica standardizzate in grado di erogare fino a 100 kW di potenza. Una batteria come quella dimensionata necessita quindi di un tempo di ricarica pari a:
(8.14)
Il veicolo può quindi essere ricaricato tranquillamente durante la notte, quando non è in uso, sfruttando il basso costo dell’energia nelle ore notturne o attraverso fonti rinnovabili già presenti nell’azienda agricola, come ad esempio impianti a biogas. Come già visto nel capitolo 5 le dimensioni di questo tipo impianti si aggira attorno
103 ai 300kW e comunque scende raramente sotto i 100kW, sono quindi perfettamente in grado di supportare la ricarica di un veicolo come quello presentato massimizzando l’autoconsumo e quindi il risparmio economico.