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Cabine climatizzazione: piedi al caldo, testa al fresco

In tema di climatizzazione, le cabine dei trattori più evoluti non hanno nulla da invidiare alle più moderne automobili. E si può stare al caldo (o al fresco) anche a motore spento, grazie all'installazione di unità supplementari autonome di riscaldamento/raffrescamento dell'abitacolo, con vantaggi notevoli sia in termini economici ed energetici. Nuovi dispositivi consentono un comfort ottimale dell'operatore in tutte le fasi di lavoro

di Stefano Albanesi
ottobre - novembre 2014 | Back

All’inizio erano semplici ripari contro le intemperie. Poi fu la volta delle cabine chiuse. Oggi mantenere al massimo livello il comfort dell’operatore al posto di guida delle macchine agricole semoventi è un must (trattore in primis), in pratica un valido argomento di vendita anche per i modelli che non sono proprio leader di mercato.

All’ottimizzazione del livello ergonomico degli abitacoli dei trattori (ma anche di mietitrebbiatrici, carri trinciamiscelatori, irroratrici e vendemmiatrici semoventi, ecc.) concorrono molti fattori: la facilità e la sicurezza nell’accesso e nella discesa dalla cabina; lo spazio interno; la visibilità anteriore e sulle attrezzature collegate all’attacco a 3 punti posteriore; la disposizione, l’individuazione e la forza di azionamento dei comandi; i livelli vibrazionali e di rumorosità; le dotazioni di accessori… Non c’è dubbio però che il microclima è stato storicamente il primo aspetto oggetto delle attenzioni dei progettisti, tenendo conto che lo stress correlato è in grado di condizionare pesantemente la performance del conducente, oltreché minacciare la sua salute, in casi particolarmente gravi.

Garantire le migliori condizioni microclimatiche a bordo del trattore non è proprio questione semplice, considerando che la macchina può lavorare a temperature estreme, indicativamente da -20 a +40 °C, e soprattutto che in virtù della sua amplissima superficie vetrata e del suo volume relativamente ridotto la cabina è soggetta ad un intenso effetto serra (con clima caldo), e ad una altrettanto veloce perdita di energia termica (in caso di basse temperature).

 

 

Ad aria o ad acqua

 

Dal punto di vista dell’efficienza nel trasferimento del calore, si sa, aria e acqua non offrono le medesime prestazioni. In generale, per riscaldare sono sfruttati entrambi i fluidi, uno allo stato gassoso e l’altro a quello liquido. Per contrastare i problemi causati da un clima rigido, tutti e due comportano però vantaggi e svantaggi. Sui veicoli, i riscaldatori ad aria garantiscono una temperatura confortevole nella cabina di guida e un’efficace sbrinamento delle vetrature (specie del parabrezza) prima di accendere il motore del veicolo. L’aria viene canalizzata direttamente in cabina, con potenze termiche generalmente tra 1 e 2 kW.

Viceversa, oltreché portare ad una temperatura ideale l’abitacolo, i riscaldatori ad acqua possono anche migliorare le prestazioni del motore endotermico nelle prime fasi di funzionamento, scongiurando rischiose partenze a freddo e riducendo lo stress termico delle parti meccaniche. Si tratta di circuiti integrati nell’impianto principale di raffreddamento a liquido del veicolo. Tra l’altro, con potenze termiche tipiche di 2-4 kW, non riscaldano solo la struttura del motore, ma anche il combustibile, gli oli di servizio e quelli lubrificanti.

 

Il condizionatore evaporativo

Il principio fisico più comune adottato per il condizionamento climatico di un ambiente chiuso è quello del passaggio di stato di un gas da liquido a gassoso e viceversa. Un’alternativa a questa soluzione, economica ed ecologica, è quella di raffrescare l’aria sfruttando il principio di evaporazione dell’acqua, ovvero in pratica quel meccanismo naturale che regola la temperatura del corpo umano, creando una condizione di benessere direttamente sulla persona, permettendo una corretta evaporazione dell’umidità presente sulla pelle, e asportando di conseguenza calore dal corpo. I condizionatori evaporativi lavorano proprio secondo questo principio, sfruttando l’evaporazione dell’acqua per raffreddare l’aria. La tecnologia su cui si basa il condizionatore evaporativo è economica (consuma fino all’80% in meno rispetto alla soluzione tradizionale) e anche ecologica, perché non impiega gas, né oli o altri agenti di natura chimica.

La sensazione di benessere climatico percepita dall’essere umano è influenzata da quattro fattori diversi: la temperatura dell’aria ambiente, l’umidità relativa (cioè il rapporto tra il vapore acqueo contenuto in una massa d’aria e il massimo che potrebbe contenere in condizioni di saturazione), la ventilazione e la densità dell’umidità. Il condizionatore evaporativo agisce su tutti questi fattori: sulla superficie del filtro, l’aria viene privata di parte del vapore acqueo (UR del 40-60%) e conseguentemente si raffredda. Viene poi immessa in cabina con una densità molto bassa (con minuscole goccioline nebulizzate di Æ 0,002 µm), il che permette di distribuire l’acqua su una superficie maggiore, favorendo un’evaporazione più rapida, ulteriormente facilitata dalla ventilazione forzata.

 

La circolazione dell’aria

Nell’abitacolo del trattore il clima è controllato tramite un flusso forzato di aria, che deve essere accuratamente indirizzato e diffuso tramite una serie di bocchette, dislocate in diverse zone della cabina. Inoltre, in caso di clima freddo e/o umido, la medesima aria deve evitare che si formi della condensa sulle vetrature e provvedere allo sbrinamento, nel caso in cui si sia depositato del ghiaccio sulla superficie esterna di portiere e finestrini.

È pertanto necessario che le bocchette siano attentamente posizionate, privilegiando una canalizzazione a sfioro sul parabrezza, che è la superficie vetrata di maggior importanza in termini di visibilità. Inoltre, per il miglior comfort dell’operatore, sarebbe necessario differenziare la temperatura dell’aria convogliata nelle zone alta e bassa della cabina, perseguendo il vecchio, ma sempre valido, detto: “testa al fresco, piedi al caldo”.

Ora, anche sui trattori agricoli ciò è realtà, poiché sui modelli più evoluti è possibile regolare –addirittura in qualche caso con comandi di tipo digitale – la temperatura, l’entità del flusso e l’orientamento dell’aria in funzione delle necessità.

 

La pressurizzazione

Il principio fisico è ben noto anche in meteorologia: le masse d’aria umida si spostano dalle zone ad alta a quelle di bassa pressione. Pertanto, se si vuole evitare che dell’aria di qualità indesiderata inquini un determinato ambiente, è necessario  confinare quest’ultimo e mantenerlo ad una pressione ambiente superiore a quella esterna. Tale condizione si chiama pressurizzazione. È lo stesso accorgimento (seppur adottato per finalità leggermente diverse) che viene attivato nelle cabine degli aeromobili, per permetterci di poter respirare normalmente durate il volo, a più di 10.000 m di quota. Nelle cabine dei trattori la pressurizzazione è necessaria, o quantomeno altamente raccomandabile, quando si effettuano trattamenti fitosanitari, perché i bordi delle portiere e dei finestrini non possono essere a tenuta stagna, e questa è l’unica soluzione ragionevolmente praticabile per essere sicuri che l’aria entrante nell’abitacolo, che appunto crea la pressurizzazione, sia solamente quella non inquinata, perché passa attraverso i filtri a carboni attivi. Per fortuna, l’effetto voluto viene ottenuto con sovrapressioni minime, dell’ordine di qualche millibar. Le normative in tema specificano che l’impianto di ventilazione/condizionamento debba essere in grado di garantire almeno 0,5 mbar  (50 Pa) di differenziale positivo tra l’interno e l’esterno dell’abitacolo. Se però è installato un circuito di controllo della pressurizzazione, e quindi di segnalazione di eventuali anomalie, il limite minimo è ridotto in deroga a 0,2 mbar (20 Pascal), evitando in tal modo di sovradimensionare il ventilatore che crea il flusso d’aria e di stressare l’efficienza dei filtri a carboni attivi. A questo scopo, la Masi Conditioners di Molinella (BO) ha messo a punto Polaris, una centralina di controllo della pressurizzazione in abitacoli chiusi, caratterizzata da una sensibilità di ben 0,002 mbar (0,2 Pa) che tramite un visualizzatore led a semaforo è in grado di monitorare il differenziale di pressione, segnalando acusticamente e visivamente eventuali malfunzionamenti.

 

Motore spento, riscaldamento (o raffrescamento)  acceso

 

Nei climi freddi, a motore in funzione è normalmente assicurata una valida sorgente di calore per mantenere una temperatura gradevole all’interno dell’abitacolo. I problemi insorgono nelle prime fasi di impiego della macchina, ovvero quando il propulsore endotermico non ha ancora raggiunto la temperatura di esercizio, e se sono previste interruzioni prolungate del lavoro (cioè se il motore viene spento) tali da far raffreddare notevolmente e velocemente la cabina del mezzo. In questo caso deve essere necessariamente prevista una fonte supplementare di calore, che abbia una potenzialità sufficiente per ripristinare velocemente un microclima accettabile.

La Webasto-Diavia ha messo a punto una soluzione integrata di riscaldamento/raffrescamento a motore spento per veicoli da lavoro (trattore agricolo compreso), in grado di mantenere una temperatura costante in cabina di circa 21°C, con qualsiasi clima esterno. L’applicazione è anche in grado di mantenere caldo il motore quando è spento (o di riscaldarlo se è freddo), in modo da ridurre gli stress termici cui sarebbe sottoposto a temperature di avviamento molto basse.

Il vantaggio in termini economici è tanto più tangibile quanto più l’impiego tipico della macchina prevede pause frequenti e/o prolungate. La Webasto-Diavia ha calcolato che il tempo di lavoro nel quale il motore dei diversi mezzi viene tenuto al regime minimo, magari proprio unicamente per mantenere caldo (o fresco) l’abitacolo, varia tra il 3 e il 60% del totale, e ha concluso che il risparmio ottenibile spegnendo il motore endotermico e attivando l’impianto descritto potrebbe arrivare a ben 7.000 euro/anno a veicolo.

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