Válvulas neumáticas para dosis variable en pulverizaciones. Verificación del tiempo de respuesta en función de la longitud de la conducción de aire.

En la actualidad los herbicidas son aplicados en forma uniforme en la totalidad del campo, aún cuando el grado de enmalezamiento no es homogéneo. Las malezas se presentan en forma de “manchas” que pueden ocupar desde el 80% hasta un porcentaje casi ínfimo de la superficie del lote. Estas conclusiones son avaladas por Cardina y col. (1995) que estudiaron la distribución de las malezas para un cultivo de soja en siembra directa. Gerhardes y col. (1997) caracterizaron la distribución espacial de estas mediante mapas interpolados, al igual que Brown y col. (1990) que generaron mapas georeferenciados de la ubicación de las malezas y estudiaron el porcentaje de cobertura de las mismas. Por otro lado Rew y col. (1996) desarrollaron una técnica para realizar mapas de la distribución espacial mediante un sistema semiautomático en donde la detección de los manchones de malezas se realiza en forma automática y un operador ingresa en forma manual el tipo de maleza presente en él. Con esta información se realizó una aplicación sitio especifica de herbicidas y se modeló en un periodo de 10 años una reducción potencial de unos 122 kg de producto por hectárea.

A su vez, diversas investigaciones demostraron que los herbicidas aplicados en un porcentaje localizado de la superficie del lote no generaron impactos significativos en los rendimientos de los cultivos (Marking, 1990). Incluso se comprobó que reduciendo la dosis a 1/8 de lo indicado en el marbete de algunos herbicidas post-emergentes se pueden controlar las malezas, dependiendo del estadio en que se encuentren, sin producir pérdidas apreciables en los rendimientos (Willis y Stroller, 1990). La razón por la cual se recomiendan aplicaciones de productos en altas dosis esta dada, principalmente, por el desconocimiento del desarrollo en el cual se encuentran las malezas, lo que obliga a considerar a cualquier situación como si se tratase del peor escenario posible. También debe tenerse en cuenta en este punto, el tema de la seguridad alimentaria. La aplicación de dosis mayores a las recomendadas genera altos riesgos de contaminación de los alimentos (Wiles y col., 1992). Con la finalidad de reducir los costos y minimizar el impacto ambiental han aparecido en el mundo varias iniciativas que abordan la problemática y que han logrado reducciones en el uso de estos fitoterápicos. Se han logrado disminuciones en el uso de herbicidas entre un 30% y 70% mediante la determinación de las zonas afectadas y posterior aplicación localizada, con niveles de precisión en la detección que llegan a un 95% (Biller, 1998). Haggar y col. (1983) estimaron una reducción del 60% en los herbicidas post-emergentes utilizados empleando tecnologías que permitan su aplicación solamente en las áreas que lo requerían. Chancellor y Goronea (1994) establecieron que mediante el uso de dichas tecnologías y la adopción de un umbral de aplicación en niveles intermedios, lo que permite una remoción parcial de las malezas, se logra tratar el 70% de las malezas existentes en un lote utilizando tan solo un 50% del herbicida necesario para realizar una aplicación homogénea en la totalidad del lote.

En el Instituto de Ingeniería Rural (INTA Castelar) se diseñó y construyó un prototipo de un detector de malezas que trabaja con el método de detección RR/NIR el cual ha demostrado un correcto funcionamiento para distintas malezas y en distintos horarios (Moltoni y col., 2006, Moltoni y Masiá, 2008), y permitió generar un mapa georeferenciado de malezas de un lote en forma dinámica (Moltoni y col., 2008). El éxito en el control de malezas mediante la realización de una aplicación variable de herbicidas depende básicamente de la precisión del sensor detector y de los tiempos de respuesta de los mecanismos que permiten la aplicación del producto en el objetivo a tratar.

En lo que a los tiempos de respuesta del sensor respecta, los mismos son variados y dependen fundamentalmente del tipo de sensor utilizado, sea este una sensor óptico o una cámara de video y a la carga de procesamiento del algoritmo de detección propiamente dicho. También existen trabajos que se basan en el uso de redes neuronales, en donde se alcanzan precisiones del orden del 95% en la detección, mediante el uso de texturas en imágenes color (Burks y col. 2000) o sistemas mixtos que hacen uso de un filtro lineal en la primera etapa y en una segunda instancia, trabajan con redes neuronales artificiales para realizar la clasificación. Con este método se puede lograr una precisión del 100% en la clasificación demorando 550 milisegundos para procesar una imagen de aproximadamente 1m2 mediante el uso de una PC con procesador Pentium II de 266Mhz de reloj. Esto equivale a una velocidad de avance de 6,5 km.h-1 (Tang y col. 2003).

Por otro lado se desarrollaron líneas basadas en un concepto muy diferente. En vez de utilizar imágenes de alta resolución y realizar un reconocimiento individual de cada planta, se emplearon imágenes de menor definición que abarcan grandes áreas y se detecta la densidad de malezas en tiempo real. Con esta metodología, que requiere el uso de un sistema híbrido formado por una PC (Dual Pentium 300Mhz) y un microcontrolador, se consiguió una precisión del 96% en velocidades de 3.9 Km.h-1 y del 86% con velocidades de 15 Km.h-1 (Tian 2002). Lee y col (1997) analizaron la forma de las hojas en una imagen de video mediante un sistema de detección a campo en tiempo real que logra procesar una imagen de un tamaño aproximado de 0,011 m2 en 0,34 segundos. De esta manera la velocidad de avance sería solamente de 1,20 Km.h-1. Por otro lado Steward y col. (1999) obtuvieron tiempos de respuesta de 0,034 segundos en la clasificación de una superficie de 0,70 m2 mediante un algoritmo de segmentación de color que procesa las imágenes en tiempo real.

En lo que respecta a la velocidad de reacción de los componentes mecánicos, los tiempos dependen del tipo de actuador ya sea este de inyección directa o neumático. Se realizaron ensayos de tiempo de respuesta de sistemas de dosis variable mediante inyección directa lográndose tiempos de entre 0,60 y 2,30 segundos para la inyección en sistemas de seis picos pulverizadores y de 0,35 segundos para la inyección del herbicida directamente en el pico en forma individual (Hloben y col., 2006).

Los actuadores neumáticos son válvulas activadas por medio de aire comprimido y su tiempo de respuesta depende de dos parámetros: la distancia a la que se encuentra el suministro de aire comprimido, lo que se denomina largo de conducción y el tiempo de reacción de la válvula neumática en si misma.

El objetivo del presente estudio fue verificar a campo el tiempo empleado por el detector para accionar el conjunto pulverizador frente a cambios en la cobertura vegetal y a tres longitudes de conducciones neumáticas.

El ensayo se realizó en el campo experimental que posee el IIR en Castelar, provincia de Buenos Aires. Se determinó una zona de trabajo constituida por dos sectores con cobertura verde en pleno crecimiento (Cynodon dactylon L. en un 90 %) y una zona central sin la presencia de esta (tierra desnuda), cuyas características se pueden observar en la Figura 1. Se colocaron tarjetas hidrosensibles distanciadas a 0,20 metros sobre una línea paralela al avance del equipo con el objetivo de calcular el tiempo de respuesta del dispositivo a través de la cuantificación de la cobertura obtenida en las diferentes zonas. La aplicación debería realizarse en las tres primeras tarjetas, cortar en la siguiente (en la número 4), estableciendo la posición de corte teórico (PCT) y luego comenzar nuevamente la pulverización en la primer tarjeta dispuesta sobre el segundo sector de cobertura verde (número 13), constituyendo la posición de arranque teórico (PAT).

Para ello se empleó un equipo pulverizador de tres puntos marca Favot el cual se desplazó a una velocidad de avance equivalente a 1,04 m.seg-1. Sobre su botalón se instaló el dispositivo de detección en el mismo plano horizontal de la barra portapicos, de tal forma que la altura de pulverización y la de lectura sean iguales, mientras que se avanzó su posición 0,25 m en relación del plano vertical. La inclinación en ambos planos fue de cero grados. (Figura 2)

Para verificar la influencia del largo de la conducción neumática sobre el tiempo demandado por el detector en realizar la aplicación se fijaron tres longitudes, coincidentes con la disposición de los picos en la barra. Las mismas fueron C1: 0,35; C2: 0,70 y C3: 1,05 metros.

La aplicación se efectuó con pastillas de abanico plano 110 – 01 de baja deriva asistidas por aire, marca Agrotop a una presión de 300 kPa, distribuidos a 0,35 metros en la barra pulverizadora y a 0,60 metros de altura sobre el nivel del suelo, efectuando tres repeticiones para cada conducción programada.

Las tarjetas hidrosensibles utilizadas durante la evaluación fueron escaneadas con una resolución de 1200 dpi. Las imágenes obtenidas se procesaron mediante un programa específico para tal fin, desarrollado en el Instituto de Ingeniería Rural (CNIA INTA).

El procesamiento estadístico de los resultados fue realizado mediante análisis de varianza (ANVA). En los casos en que el ANVA alcanzó significación estadística se efectuaron pruebas de comparaciones múltiples por el método de Tukey. El nivel de significación establecido fue del 0,05.

 

El objetivo del presente trabajo fue determinar el tiempo de respuesta del detector, frente al cambio del tipo de cobertura y al largo del conducto neumático, para lo cual es necesario describir brevemente el funcionamiento del mismo a nivel general. El cabezal de detección envía una señal a la electroválvula de control. Esta, por medio de una conducción que transporta aire a presión, comanda una llave neumática ubicada en el pico pulverizador que posibilita su apertura o cierre. Para este ensayo se utilizaron tres longitudes de la mencionada conducción descripta precedentemente.

Según el esquema de trabajo planteado es de esperar que la aplicación se realice únicamente en las zonas donde existe cobertura verde y cese la misma, en el menor tiempo posible, en la franja central donde es innecesario depositar el producto.

En primer término se procedió a analizar los porcentajes de cobertura obtenidos para cada largo del conducto neumático a fin de determinar las posiciones de corte y arranque efectivo (PCE y PAE) del equipo  pulverizador comandado por el dispositivo de detección y posteriormente se realizó el cálculo del tiempo empleado para dicha operación. A continuación se muestran los gráficos de medias con sus respectivo  intervalos de confianza para todas las longitudes mencionadas (C1: 0,35; C2: 0,70 y C3: 1,05 metros).

Como puede apreciarse en la Figura 3 las tarjetas comprendidas entre la 5 y la 13 conforman el mismo grupo diferenciándose de las restantes por haber obtenido los valores de cobertura más bajos, obteniendo un  promedio de 0,39 %. La posición 4 no se diferencia de la anterior pero si de la 5, quedando establecida en este punto la PCE, mientras que la PAE corresponde a la 14 ya que la posición 13 se distingue de esta  pero no de la anterior (12).

En la segunda conducción las tarjetas de menor porcentaje de cobertura identificadas por la prueba fueron la 4 a la 12 (Figura 4). El valor medio del grupo fue del 0,55 %, es decir que su magnitud fue prácticamente  despreciable y puede ser considerada como área no pulverizada. La posición 3 no se diferencia de la anterior pero si de la 4, quedando establecida en este punto la PCE, mientras que la PAE corresponde a la 13 ya que la posición 12 se distingue de esta pero no de la anterior (11).

Con la C3, el comportamiento resultó en una situación intermedia a las dos anteriores. La posición 3 no se diferencia de la anterior pero si de la 4, quedando establecida en este punto la PCE. En la posición 13 se  da la particularidad de diferenciarse de ambas tarjetas contiguas, si bien pude apreciarse un incremento en la cobertura (8,66 %), este no alcanza a los valores medios logrados en la aplicación (18,15 %) por lo tanto se la considera como área no pulverizada en detrimento del tiempo de respuesta del detector, estableciéndose la PEA en la tarjeta 14. (Figura 5)

Para el cálculo del tiempo demandado en realizar la apertura [1] y cierre [2] de la pulverización se utilizaron las siguientes ecuaciones:

Como puede apreciarse en la tabla anterior, para el caso de la segunda y tercer longitud evaluada, los tiempos de respuesta se indican con cero. Esto puede generar una idea errónea ya que el concepto de  instantáneo no puede aplicarse en este caso. Debido a la distancia entre las tarjetas y a la velocidad de avance programada del equipo no es posible mensurar tiempos por debajo de los indicados para el resto de  las variantes, es decir que estos se encuentran entre cero y 0,19 segundos.

Tomando el tiempo de respuesta más elevado implica que, en el peor de los casos, quede una franja de malezas sin controlar de 0,20 m y se aplique producto en la zona sin la presencia de estas, en el mismo ancho de franja.

En la determinación de las PCE y PAE habría que considerar cierta tolerancia debido a la inercia en la pulverización y al ancho de la impronta del abanico, factores que podrían haber generado el depósito de cierta cantidad de gotas en las tarjetas contiguas a las posiciones mencionadas.

Los tiempos de respuesta de los diferentes dispositivos enmarcados dentro del rubro agricultura de precisión admiten un retardo aproximado al tercio de segundo (0,35 seg) para realizar sus operaciones (Hloben y col., 2006), en este caso se logró valores inferiores al mencionado lo que denota un aceptable comportamiento.

Una alternativa de mejora consistiría en colocar el dispositivo con cierta inclinación en el plano vertical de tal forma que “anticipe” la lectura.