ELETTRIFICAZIONE NELLA MECCANIZZAZIONE AGRICOLA: STATO DELL'ARTE E PROSPETTIVE

The aim of the thesis is to present the current situation of the spread of electrical applications and systems in agricultural mechanization, in which they are used for the traction of the machines and for the control and implementation of the equipment. With some practical examples of existing machinery, from tractors to related equipment, to special machines, we will investigate how these electrical technologies fit into them and how they work. The electrical applications in their simplest form present in agricultural mechanization are three: the generator, which produces electricity, the motor, which transforms electric energy into a rotary motion, and the linear actuator, which transforms energy through an electric motor into a straight motion. The tractor is the cornerstone of agricultural mechanization, around which techniques and equipment revolve, but considering the cost of diesel and the increasingly severe policies on gas emissions, a substantial reform of this means is needed. Pointing to a cleaner agriculture and a reduction in machine operating costs, new systems for propulsion, transmission and power transfer are being developed. From 100% electric tractors powered by batteries or hydrogen fuel cells, with zero emissions, to hybrid tractors, which are still based on the Diesel engine, but for what concerns the transmission or production of energy for the equipment they rely on high voltage and high power electrical systems. Closely related to the tractor are the equipments, i.e. the machines that actually perform the various operations and processes, and that have in the tractor their own power source. The electrification of these equipments, compared with the use of the classical purely mechanical or hydraulic components, entails a long series of benefits, both of a technical nature, such as greater precision, and of an economic nature, since they are able to manage and optimize autonomously the factors of production, both of an environmental nature, as they require little energy for their operation and do not present any risk of release of polluting agents. Even with the electrification of equipments the fuel consumption of the tractor can be lowered, as to be operative they need the standard rotation speed at 540 or 1000 rpm min-1, which forces the engine to keep a constant speed: by eliminating this mechanical link, the "Gear up - Throttle down" strategy can be implemented, i.e. lowering the engine speed using a higher gear, obtaining higher speeds and lower fuel consumption. As practical examples some existing products of the most common types have been taken into consideration, some of them are still only prototypes while others are already on the market, such as seed drills, fertilizer spreaders, sprayers, hay-cropping machines and so-called special machines (since they are not to be used in the open field associated with a tractor), analyzing what functions the electrical systems can perform if applied and what the advantages can be.

Scopo di questa relazione è presentare la situazione attuale della diffusione di applicazioni e sistemi elettrici nella meccanizzazione agricola, in cui sono impiegati per la trazione delle macchine e per il controllo e l'attuazione delle attrezzature. Con alcuni esempi pratici di macchinari esistenti, dalle trattrici alle attrezzature connesse, fino alle macchine speciali, verrà approfondito come queste tecnologie elettriche vi si inseriscano e come funzionino. Le applicazioni elettriche nella loro forma più semplice presenti nella meccanizzazione agricola sono tre: il generatore, che produce corrente, il motore, che trasforma l'energia elettrica in moto rotativo, e l'attuatore lineare, che mediante un motore elettrico trasforma l'energia elettrica in un moto rettilineo. La trattrice è il punto cardine della meccanizzazione agricola, attorno a cui ruotano tecniche e attrezzature, ma considerando il costo del gasolio e le politiche sempre più stringenti in materia di emissioni di gas a effetto serra, è necessario una sostanziale riforma di questo mezzo. Nell'ottica di un'agricoltura più pulita e di un abbattimento dei costi di esercizio delle macchine sono in sviluppo nuovi sistemi di propulsione, di trasmissione e di trasferimento della potenza. Dalle trattrici 100% elettriche alimentate da batterie o da celle a combustibile a idrogeno, per cui a emissioni zero, alle trattrici ibride, che ancora hanno alla base il motore Diesel, ma per ciò che riguarda la trasmissione o la produzione di energia per le attrezzature si affidano a sistemi elettrici ad alta tensione ed alta potenza. Strettamente connesse alla trattrice agricola sono le attrezzature, cioè le macchine che effettivamente svolgono le varie operazioni e lavorazioni, e che nella trattrice hanno la propria sorgente di potenza. L'elettrificazione di queste attrezzature, confrontata con l'utilizzo delle classiche componenti puramente meccaniche o idrauliche, comporta una lunga serie di benefici, sia di natura tecnica, quale la maggiore precisione, sia di natura economica, poiché sono in grado di gestire ed ottimizzare autonomamente i fattori di produzione, sia di natura ambientale, in quanto richiedono poca energia per il proprio funzionamento e non presentano alcun rischio di rilascio di agenti inquinanti. Anche grazie all'elettrificazione delle attrezzature si possono abbassare i consumi di carburante della trattrice, in quanto per essere operative hanno bisogno del regime di rotazione standard a 540 o 1000 giri min-1, costringendo il motore a tenere una velocità costante. Eliminando questo legame meccanico si può attuare la strategia ¿Gear up ¿ Throttle down¿, cioè abbassare il regime del motore utilizzando una marcia più alta, ottenendo maggiori velocità e minori consumi. Come esempi pratici sono stati presi in considerazione alcuni prodotti esistenti, alcuni ancora solo come prototipi e altri già sul mercato, delle tipologie più comuni, come seminatrici, spandiconcime, polverizzatori, attrezzi per l'affienagione e macchine cosiddette speciali (poiché non ascrivibili all'utilizzo in pieno campo associate a un trattore), analizzando quali funzioni i sistemi elettrici possano svolgere se applicati e quali possano esserne i vantaggi.