Filiere per la raccolta e il trattamento dei sarmenti di vite

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Associazione Italiana Energie Agroforestali AIEL Università degli Studi di Padova Dip. Territorio e Sistemi Agro-Forestali Filiere per la raccolta e il trattamento dei sarmenti di vite Gennaio 2011 RELAZIONE

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Associazione Italiana Energie Agroforestali AIEL Università degli Studi di Padova Dip. Territorio e Sistemi Agro-Forestali Filiere per la raccolta e il trattamento dei sarmenti di vite Gennaio 2011 RELAZIONE DI ATTIVITÀ: INDIVIDUAZIONE DELLA LOGISTICA DELLA RACCOLTA, TRASPORTO E TRATTAMENTO DEI SARMENTI E ANALISI DELL EFFICIENZA TECNICA E VALUTAZIONE ECONOMICA Responsabile della ricerca: Prof. Raffaele Cavalli Collaboratori alla ricerca: Dott. Matteo Albergucci, Dott. Marco Bietresato, Sig. Nicola Breda, Dott. Stefano Grigolato FILIERE PER LA RACCOLTA E IL TRATTAMENTO DEI SARMENTI DI VITE La ricerca Filiere per la raccolta e il trattamento dei sarmenti di vite si propone di verificare la fattibilità e l efficienza tecnica ed economica delle filiere per la raccolta e il trattamento dei sarmenti di vite finalizzate alla produzione di biocombustibili legnosi. Gli obiettivi della ricerca sono i seguenti: Attività A: localizzazione della risorsa e caratterizzazione della distribuzione in relazione alle condizioni di operatività (ambiente pedemontano-collinare e di pianura) e ai quantitativi di sarmenti disponibili Attività B: individuazione della logistica della raccolta, trasporto e trattamento dei sarmenti, analisi dell efficienza tecnica e valutazione economica. La ricerca si propone di realizzare un database geografico nel quale, accanto ai dati di ogni singola unità viticola, sono incluse le disponibilità potenziali di sarmenti per unità di superficie, determinate sulla base di dati raccolti in campo (ATTIVITÀ A). Una parte dei rilievi è distribuita nell area orientale della provincia di Treviso, mentre l altra parte è concentrata all interno dell Azienda Agraria Sperimentale del CRA di Spresiano e si è realizzata in collaborazione con il CRA - Centro di ricerca per la viticoltura di Conegliano. A supporto di questa prima fase di ricerca si sta sviluppando una tesi di laurea finalizzata a raccogliere e analizzare i dati per la determinazione degli indici quantitativi dei sarmenti prodotti nella potatura in base alla varietà e al sesto d impianto e alla valutazione della variazione del contenuto idrico dei sarmenti in rapporto al tempo intercorso tra la potatura e la raccolta. Una volta predisposto il database geografico si è avviata un analisi della logistica della raccolta, trasporto e trattamento dei sarmenti, individuando le metodologie più idonee per la raccolta, il trasporto e il trattamento e le possibili piattaforme nelle quali concentrare i sarmenti raccolti. Successivamente si è proceduto con l analisi economica del sistema al fine di determinare il costo del combustibile producibile con i sarmenti (ATTIVITÀ B). L attività sperimentale della valutazione della logistica raccolta, il trasporto e il trattamento è supportata dallo sviluppo di una seconda tesi di laurea mirata allo studio dei tempi delle diverse fasi di lavorazione e all impostazione di un modello di analisi a supporto della valutazione tecnica ed economica della raccolta e trasporto e trattamento presso una piattaforma di lavorazione. 2 INDIVIDUAZIONE DELLA LOGISTICA DELLA RACCOLTA, TRASPORTO E TRATTAMENTO DEI SARMENTI E ANALISI DELL EFFICIENZA TECNICA E VALUTAZIONE ECONOMICA (ATTIVITÀ B) 1 RACCOLTA E STOCCAGGIO DEI SARMENTI DI VITE Lo sviluppo del lavoro ha considerato l'esperienza dell'attività della Cooperativa Agricola Alto-Livenza (COAL) di Motta di Livenza (TV). La scelta è stata motivata dall'interesse di studiare l'organizzazione di un attività di raccolta su scala sovra-aziendale nell'area di pianura, poiché proprio in quest area della provincia si registra la maggior estensione di vigneti ( ha) con l'80% della disponibilità di sarmenti ( t valutate al 50% di contenuto idrico). Il sistema individuato prevede la raccolta (gennaio-marzo) dei sarmenti tramite rotoimballatrice, lo stoccaggio temporaneo delle rotoballe (fino ad agosto) nei pressi delle unità vitate o in deposito presso le aziende vitivinicole e il loro trasporto a una piattaforma di cippatura e stoccaggio del cippato (agosto). 1.1 Il cantiere di raccolta, movimentazione e trasporto al centro di stoccaggio temporaneo Lo studio si è concentrato dapprima nella valutazione del sistema di raccolta dei sarmenti attraverso l'impiego di rotoimballatrici e il trasporto delle rotoballe alle aree di stoccaggio temporanee (febbraioaprile 2010). Successivamente si è studiato il trasporto delle rotoballe presso la piattaforma di cippatura e stoccaggio (agosto-settembre 2010). Il cantiere di raccolta e movimentazione in campo Il cantiere di raccolta era costituito da una rotoimballatrice a camera di compressione a volume fisso con catene e traversini e dotata di un raccoglitore specifico per la raccolta dei sarmenti (Foto 1). La macchina aveva una larghezza di 2.40 m e una larghezza della testata di raccolta di 1.50 m. Le rotoballe prodotte presentavano un diametro di 1.50 m e una larghezza di 1.20 m. Foto 1 Particolari del raccoglitore per la raccolta dei sarmenti della rotoimballatrice a camera di compressione a volume fisso studiata La rotoimballatrice era trainata e azionata da un trattore a 4RM di potenza di 59 kw. Il trasporto delle rotoballe al punto di stoccaggio temporaneo è stato effettuato da un secondo trattore (64 kw) dotato di caricatore frontale munito di forca. Lo studio del cantiere di raccolta ha previsto l'applicazione del metodo del rilievo separato dei tempi per fasi di lavoro (Berti et al., 1989). Si sono quindi rilevati i tempi di lavoro delle fasi di avanzamento, di legatura, di scarico e di voltata. Inoltre per ciascun cantiere sono state rilevate le dimensioni e la forma dell appezzamento, la densità dei sarmenti in andana per ciascuna fila percorsa, i percorsi della sistema di 3 raccolta e i successivi percorsi per il trasporto delle rotoballe prodotte alle aree di stoccaggio temporanee. Allo studio dei tempi è stato, infatti, associato il monitoraggio dei percorsi attraverso il posizionamento di ricevitori GPS in modalità datalogger. Lo studio dei tempi per la raccolta dei sarmenti e la loro imballatura in campo ha considerato le seguenti fasi di lavoro: Fase di avanzamento: il trattore con la rotoimballatrice avanza lungo il filare raccogliendo i sarmenti Fase di legatura: una volta completato il riempimento della camera di compressione e completata la compressione del materiale, il trattore e la rotoimballatrice si fermano per la legatura Fase di scarico: finita la fase di legatura si procede con la fase di scarico della rotoballa. La fase finisce con la ripresa dell avanzamento del mezzo e della rotoimballatrice lungo il filare Fase di voltata: considera la manovra compiuta tra l arrivo alla fine del filare e l inizio dell avanzamento lungo il filare successivo Per il sistema di movimentazione e trasporto delle rotoballe alle aree di stoccaggio temporaneo si sono osservati i tempi di trasporto di andata e ritorno e i tempi di carico e scarico necessari al trattore con caricatore frontale. In particolare per la determinazione delle distanze percorse si è fatto ricorso a GPS in modalità datalogger. Il trasporto alla piattaforma di cippatura Successivamente al periodo di stagionatura (seconda meta di agosto) le rotoballe sono state trasportate per mezzo di un trattore (107 kw) e rimorchio a tre assi (capacità di carico circa 12 t) presso la piattaforma per l'operazione di cippatura e successivo stoccaggio sotto tettoia del cippato. L'analisi ha previsto l'osservazione dei tempi per mezzo del rilievo separato dei tempi per fasi di lavoro del trasporto e dei tempi di carico e scarico delle rotoballe. Al fine di determinare le velocità medie di trasporto nella condizione di rimorchio carico e scarico e in relazione al tipo di fondo stradale, i tempi di trasporto e le distanze percorse sono state valutate, anche in questo caso, con l'ausilio di GPS in modalità datalogger. 1.2 Andamento del contenuto idrico dei sarmenti in rotoballe Al fine di verificare l'andamento del contenuto idrico dei sarmenti durante lo stoccaggio in rotoballe si è impostato un campionamento della variazione del peso di rotoballe secondo due tipologie di stoccaggio: rotoballe scoperte e rotoballe coperte con telo plastico non traspirante. Dai centri di stoccaggio temporaneo sono state quindi prelevate 12 rotoballe che sono state successivamente trasportate presso il centro di stoccaggio aziendale della Cooperativa Agricola Alto-Livenza (COAL). Una volta trasportate al centro di stoccaggio le rotoballe sono state pesate singolarmente per mezzo di una cella di carico e sulla pesa certificata della COAL. Per ciascuna rotoballa sono stati prelevati e pesati dei campioni di sarmenti per la successiva misura del contenuto idrico con il metodo termo-gravimetrico (UNI EN :2010). Le rotoballe sono state disposte in due file parallele (ciascuna composta da 6 rotoballe), di cui una coperta con un telo plastificato e l'altra tenuta scoperta. Tra le due file è stata collocata una stazione meteo dotata di datalogger in grado di registrare a intervalli di un'ora la temperatura dell'aria (T, C) e l'umidità relativa dell'aria (RH, %). Si è quindi impostato un monitoraggio del peso delle singole rotoballe con il contemporaneo prelievo di campioni di sarmenti sui quali verificare il contenuto idrico. 1.3 Classificazione delle superfici vitate in relazione al tecnologia di raccolta Lo studio dei tempi di lavoro per la raccolta e l'imballatura dei sarmenti ha permesso di individuare i parametri minimi di operatività del sistema di lavoro. L'impiego di rotoimballatrici di grandi dimensioni, richiede una distanza interfilare minima di 2.60 m e una forma di allevamento non limitata in altezza (sono state escluse le forme di allevamento tendone e pergola). 4 Le unità vitate rientranti nello schedario viticolo del Veneto per la provincia di Treviso sono state quindi analizzate e classificate in relazione al sistema di raccolta e trattamento studiato sulla base della larghezza dell'interfila, della forma di allevamento e della pendenza media della superficie (ricavata dal modello digitale del terreno con risoluzione 25 m). A completamento dell'analisi sono stati considerati anche altri sistemi di raccolta e trattamento che attualmente trovano una discreta diffusione in Veneto. I parametri minimi di operatività di questi sistemi sono stati valutati sulla base di recenti lavori di ricerca (Cavalli e Grigolato, 2007; Cavalaglio e Cotana, 2007; Spinelli et al., 2010) o altri progetti di ricerca (Francescato et al., 2007). Le unità vitate rientranti nello schedario sono state classificate in relazione al sistema di raccolta e trattamento dei sarmenti attraverso una procedura GIS che ha previsto l'interrogazione logica dello stesso schedario vitivinicolo e l'interpretazione delle pendenze del terreno. I sistemi considerati sono di seguito descritti: RTA: sistema trattore e rotoimballatrice di grandi dimensioni - intrafila 2.6 m, non limitato in altezza e terreno pianeggiante RTB: sistema trattore e rotoimballatrice di medie dimensioni - interfila compreso tra 2.0 m e 2.6 m, non limitato in altezza e terreno pianeggiante RTC: rotoimballatrici sistema trattore e rotoimballatrice di piccole - interfila compreso tra 1.6 m e 2.0 m, non limitato in altezza ( 1.8 m) e terreno pianeggiante TS: sistema trattore e trinciasarmenti - interfila compreso tra 1.6 m e 2.0 m, tutte le forme di allevamento, terreno anche in leggera pendenza ND: per impianti in cui può essere applicata la potatura meccanizzata e quindi con una potenziale di sarmenti non disponibile per la raccolta NC: sesti di impianto in terreni in pendenza o con interfila 1.6 m Per quanto riguarda il sistema TS questo può essere applicato anche alle superfici classificate come RTA e RTB, così come il sistema RTB può essere applicato anche alle aree RTA. Il sistema RTA può essere applicato invece esclusivamente alle aree a esso assegnate dall'elaborazione GIS. Determinazione dei parametri operativi delle superfici vitate adatte al sistema RTA Con l'obbiettivo di verificare la produttività del sistema RTA sulle superfici vitate classificate idonee a tale sistema, si è proceduto ad analizzare lo schedario vitivinicolo in relazione alla regolarità della forma degli appezzamenti, alla lunghezza dei filari, al numero di voltate e alla densità dei sarmenti. I parametri sono stati estratti considerando che la forma geometrica della unità catastale, superficie che rappresenta la superficie di inviluppo (A) in cui è inscritto l'insieme delle superfici delle unità vitate codificate per quella unità catastale (A i ), rappresenti la forma geometrica della superficie vitata destinata alla raccolta dei sarmenti. Per la determinazione della lunghezza dei filari si è quindi applicata una procedura GIS in grado di determinare la lunghezza del lato maggiore e minore della forma geometrica riportata dal catasto. Successivamente sono stati impostati gli algoritmi da riportare nella procedura GIS per la determinazione dei parametri operativi (lunghezza dei filari, densità delle andane di sarmenti e numero di voltate) delle superfici vitate. I parametri geometrici identificati sono: la dimensione minore (a), la dimensione maggiore (b), la distanza interfilare (d), l'area della superficie di inviluppo (A i ), l'area della superficie a vigneto (A), l'area della superficie coperta dai sarmenti (A s ), il numero di voltate necessarie per la raccolta dei sarmenti nell appezzamento considerato (n v ) (Figura 1-1). La schematizzazione impostata permette di identificare il numero di voltate (n v ) dalla larghezza dell appezzamento (a, in metri) proiettata lungo il lato del rettangolo di inviluppo con la voltata con un raggio uguale a d (interfila, in metri): 5 L'area della superficie di inviluppo (m 2 ), che rappresenta la superficie catastale, corrisponde a: Detto γ il rapporto (adimensionale) che esprime l ammontare della superficie delle unità vitate rispetto all area di inviluppo si ha: Si deriva quindi che l area (m 2 ) dei filari delle unità vitate in cui si dispongono i sarmenti corrisponde a: Detta m la massa di sarmenti (kg) quantificati per le unità vitate degli appezzamenti, la densità dei sarmenti per unità di superficie (kg m -2 ) a vigneto è: La lunghezza equivalente dell interfilare (m) coperto da sarmenti corrisponde invece a: e conseguentemente la densità dei sarmenti per unità di lunghezza dei filari (kg m -1 ) è definita da: b b a d a Figura 1-1 Schematizzazione di una generica superficie vitata all'interno della superficie catastale (superficie di inviluppo) dove la campitura grigia indica l area di accumulo dei sarmenti 1.4 Gestione della cippatura presso la piattaforma La necessità di uno studio sulla gestione e organizzazione della piattaforma per la cippatura dei sarmenti nasce principalmente da due esigenze. La prima esigenza è quella di mantenere la cippatrice sempre operativa in fase di cippatura e quindi di evitare soste per attese del materiale da cippare. L'operazione di cippatura, in questo contesto di filiera organizzata, vede l'impiego di cippatrici di elevata potenza e in forma di servizio, solitamente ad opera di imprese di contoterzi. Il costo orario del servizio per una cippatrice di potenza superiore ai 200 kw è di circa 200 h -1. La seconda esigenza è quella di avere delle indicazioni del tempo necessario per il trasporto delle rotoballe dai centri di stoccaggio temporanei, situati presso le aziende agricole o presso le superfici vitate alla piattaforma, nei giorni che precedono la cippatura al fine di costituire un quantitativo minimo necessario a garantire la continuità della cippatura, considerando che l'altra parte delle rotoballe sono trasportate con modalità just in time durante i giorni di cippatura. Nel caso specifico dello studio, l'interesse assume un ulteriore significato in quanto il servizio di cippatura è ad opera di una impresa tedesca, dotata di una cippatrice con un sistema di alimentazione adatto a gestire 6 rotoballe di dimensioni 1.50x1.20 m, e disponibile a operare solo per il tempo minimo necessario per eseguire il lavoro. Per tale motivo si è quindi predisposto lo studio del cantiere di cippatura comprendendo anche le operazioni di movimentazione. Lo studio del cantiere ha previsto l'applicazione del metodo del rilievo separato dei tempi per fasi di lavoro (Berti et al., 1989). Ai tempi rilevati per le fasi di trasporto si sono quindi aggiunti i tempi rilevati per l'operazione di cippatura presso la piattaforma e schematizzati in Figura 1-2. Figura 1-2 Diagramma di flusso della logistica di approvvigionamento e della cippatura La logistica della piattaforma, nella sua complessità, dinamicità e casualità, è stata studiata con l'impostazione di un modello di simulazione per lo studio di sistemi complessi. Tale approccio è stato considerato adatto allo studio di un sistema di lavorazione/gestione composto di un insieme di operazioni che si svolgono in successione e che si influenzano reciprocamente (Banks et al., 2005; Busato, 2007). Una analisi separata delle singole operazioni (movimentazione, trasporto, slegatura, cippatura) e dei suoi componenti (trattore e rimorchio, operatori, trattore per la movimentazione, cippatrice) sarebbe invece limitata a descrivere un insieme di operazioni non collegate tra loro. Il modello sviluppato è di tipo stocastico in quanto i parametri inseriti sono definiti sulla base di distribuzioni statistiche e i valori dei parametri sono assunti come valori casuali estratti dalle distribuzioni impostate. Il modello inoltre è di tipo discreto poiché presenta una dimensione temporale che varia i valori dei parametri ad ogni cambiamento di stato del sistema. 7 Gli input del modello per la definizione dello scenario si basa sulla estrazione di un numero casuale di centri di stoccaggio temporanei (Figura 1-3), caratterizzati per numero di rotoballe accatastate e distribuiti entro una distanza di 40 km (calcolata sulla rete stradale della provincia) dalla piattaforma di cippatura. È quindi simulato il trasporto delle rotoballe alla piattaforma, la loro movimentazione e preparazione e la contemporanea gestione dell'operazione di cippatura. L'operazione di cippatura considera come prioritaria l'alimentazione della cippatrice con le rotoballe in arrivo (trasporto in modalità just in time). Durante la simulazione il modello valuta come alternativa, qualora la continuità dell'operazione di cippatura possa essere compromessa per il ritardo nell'arrivo delle rotoballe dai centri di stoccaggio temporaneo, anche l'alimentazione con le rotoballe già presenti in piattaforma e accatastate nell'area di deposito nei giorni precedenti. Figura 1-3 Punti raccolta estratti in modo casuale per la simulazione del conferimento in piattaforma 8 2 RISULTATI 2.1 Il cantiere di raccolta e di movimentazione in campo Studio dei tempi e della produttività Lo studio dei tempi si è concentrato su tre aree e ha considerato sempre lo stesso sistema di raccolta e lo stesso operatore. Per ciascuna rilevazione sono stati registrati i tempi effettivi di lavoro (avanzamento lungo il filare AV, legatura LEG e scarico SC), i tempi accessori (di voltata TAV, di rifornimento TAS e di manutenzione TAC in campo) e i tempi morti (evitabili TME e inevitabili TMI). Dai rilievi effettuati si è registrata una capacità reale media dei cantieri di 6.01 t h -1 (contenuto idrico al 50%) e di 1.04 ha h -1 (Tabella 2-1) corrispondenti a circa 12 rotoballe all'ora. Tabella 2-1 Riepilogo dei risultati dei tre cantieri indagati Distribuzione dei tempi Unità A B C Complessivo Avanzamento, AV % Legatura, LEG % Scarico, SC % Voltata, TAV % Altri tempi accessori, TAC/TAS % Tempi morti evitabili, TMe % Tempi morti inevitabili, TMi % Totale osservato h Altre informazioni Superficie cantiere ha (totale) Densità t ha (media) Contenuto idrico % (media) Produttività Capacità reale (tempi morti inclusi) t h (media) ha h (media) Capacità operativa (tempi morti esclusi) t h (media) ha h (
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