L'elettrificazione delle macchine operatrici
Non solo trattori. L’elettrificazione si sta progressivamente diffondendo anche sulle attrezzature, rendendole più efficienti, precise, sicure e sostenibili. Le soluzioni innovative sviluppate dalle case costruttrici
La riduzione dell’impatto ambientale rappresenta oggi una delle principali sfide per il settore agricolo. In questo contesto, l’elettrificazione delle macchine agricole, sia motrici che operatrici, costituisce uno dei caposaldi tecnologici più promettenti, sia per la riduzione delle emissioni dirette e indirette, che per il miglioramento dell’efficienza energetica, del controllo operativo e del comfort per l’operatore.
Ciò che fino a poco tempo fa appariva come un’interessante prospettiva, comunque meramente sperimentale, è ora diventata una realtà tecnica e commerciale, con la comparsa dei primi trattori elettrici e lo sviluppo di importanti progetti di ricerca finalizzati alla messa a punto di macchine operatrici azionate elettricamente. La sostituzione di componenti meccanici e idraulici con attuatori elettrici consente un controllo molto più preciso e continuo della velocità e della coppia degli organi in movimento, aprendo la strada a nuove funzionalità strettamente legate all’agricoltura di precisione e alle lavorazioni a rateo variabile. Inoltre, i sistemi elettrici permettono una migliore integrazione con sensori, sistemi di controllo e di automazione, riducendo al contempo rumorosità, vibrazioni e necessità di manutenzione.
Nonostante questi innegabili vantaggi, la diffusione dell’elettrificazione in agricoltura è stata storicamente ostacolata dalla necessità di elevate potenze e dalla difficoltà di fornire alle attrezzature grandi quantità di energia per lunghi periodi. Per questo motivo, per lungo tempo l’attenzione si è concentrata quasi esclusivamente sulla sostituzione e/o integrazione dei motori diesel dei trattori con analoghi elettrici, mentre l’elettrificazione delle macchine operatrici è rimasta confinata a prototipi o ad applicazioni particolari (come ad esempio l’azionamento elettrico dei distributori sulle seminatrici di precisione o la regolazione della luce libera della tramoggia degli spandiconcime centrifughi).
Innovazioni che vengono dal passato. È sempre interessante notare come anche le più recenti e avveniristiche innovazioni derivino spesso da intuizioni lontane nel tempo, che in alcuni casi sono persino giunte allo stadio di prototipo. Il trattore elettrico ne è un esempio emblematico. Limitando lo sguardo al solo panorama italiano, gli anni Trenta del secolo scorso videro lo sviluppo di soluzioni ingegnose e originali, come gli autocarri e le automobili a gasogeno, che non furono limitate al solo settore automotive ma interessarono anche quello agricolo. Nel comparto dei trattori, vennero infatti realizzati modelli (sia cingolati che a ruote) mossi da motori elettrici collegati tramite lunghissimi cavi (con relativa bobina di avvolgimento solidale al trattore) a punti fissi di alimentazione a bordo campo.
Anche per le macchine operatrici non mancarono proposte innovative che, per l’epoca nella quale furono introdotte – il secondo dopoguerra – possono essere considerate decisamente pionieristiche. Un esempio significativo in tal senso risale al 1954, anno nel quale venne realizzato il trattore statunitense Farmall 450 IH Electrall. La macchina era equipaggiata con un alternatore azionato dall’albero motore, in grado di fornire una potenza elettrica per le attrezzature di 12,5 kW a 220 V, in sostituzione delle tradizionali trasmissioni meccaniche basate sulla presa di potenza con albero cardanico. L’intuizione alla base di tale soluzione è ancora oggi di grande attualità: i motori elettrici sono infatti caratterizzati da rendimenti molto elevati in ogni condizione di carico, mentre l’eliminazione dell’albero cardanico comporta evidenti benefici per ciò che concerne il rendimento globale del trattore, ma anche per l’assenza dei rischi meccanici associati all’utilizzo di questo componente.
Più in generale, l’orientamento che si sta progressivamente affermando è quello di poter mettere a punto attrezzature ad azionamento integralmente elettrico. Il principale ostacolo era (e rimane tuttora) la possibilità di stoccare elevate quantità di energia sotto forma elettrica a bordo del trattore, sufficiente per alimentare anche le macchine operatrici. Parallelamente, è stato sviluppato uno standard di interfaccia elettrica ad alta potenza per le macchine agricole e forestali (ISO: ISO 23316–1:2022), che definisce un bus di potenza fino a 150 kW, gestita con tensioni di 700 V in corrente continua o 480 V in corrente alternata.
Il progetto MArcEL finanziato dalla Regione Piemonte. In ambito nazionale, uno dei progetti che ha investito molto in questa direzione è quello denominato MArcEL (Macchine Agricole ELettriche, https://www.pro-logic.it/marcel), cofinanziato dalla Regione Piemonte e sviluppato grazie al coinvolgimento di 17 partner, tra atenei, centri di ricerca e imprese del territorio. Nell’ambito del progetto sono stati sviluppati e testati due differenti generatori esterni per trattori. Il primo è in grado di fornire fino a 50 kW di potenza in corrente continua a 700 V per l’azionamento di attrezzature che richiedono una potenza medio-alta; il secondo, invece, è destinato ad applicazioni a bassa-media potenza, fino a 10 kW, operando a una tensione di 48 V in corrente continua. In entrambi i casi, i generatori vengono posizionati al posto della zavorra anteriore e sono azionati dalla presa di potenza meccanica del trattore.
Tra le operatrici sviluppate nel corso del progetto è compresa una livellatrice trainata della Fontana di Crescentino (Vercelli), per le sistemazioni idrauliche degli appezzamenti. In questo caso, il sistema di regolazione dell’altezza e dell’inclinazione della lama, nel rispetto della quota di progetto, è controllato automaticamente da una coppia di ricevitori laser, uno dei quali stazionario, che funge da riferimento per il sistema di posizionamento della livellatrice. La posizione della lama è regolata da due attuatori lineari a vite azionati da altrettanti motori brushless tramite un riduttore epicicloidale. In modalità automatica, il sistema di controllo laser comanda i motori brushless, implementando un anello di controllo della posizione riferito al piano generato dall’emettitore laser. Le prove sperimentali condotte hanno evidenziato una decisa riduzione del consumo di potenza elettrica rispetto a quella tradizionale idraulica, principalmente grazie alla maggiore efficienza energetica.
Un’ulteriore macchina sviluppata nell’ambito del progetto e giunta alla fase di commercializzazione è una defogliatrice per vigneti della Tecnovict di Pianello val Tidone (Piacenza), nella quale i dispositivi di taglio della chioma e di controllo della posizione sono azionati da motori elettrici a 48 V. Prove sperimentali hanno evidenziato un assorbimento di potenza di circa 5 volte inferiore rispetto alla corrispondente soluzione idraulica, a fronte di una velocità di accostamento/allontanamento della testata superiore del 50%. Inoltre, la macchina consente un controllo molto accurato dell’intensità di defogliazione e permette l’immediata inversione del senso di rotazione dei rulli, facilitando l’espulsione di eventuali detriti.
Un’altra interessante soluzione proposta dai costruttori è lo spandivoltafieno della Frandent di Osasco (Torino), che consente di variare in modo continuo e indipendente la velocità del rotore, la larghezza di lavoro e l’angolo di incidenza della macchina rispetto al suolo, in modo da ottimizzare l’operazione sia sotto il profilo energetico che sotto quello qualitativo. Altre macchine operatrici, come uno scavafosse della Fissore di Cavallermaggiore (Cuneo) e un atomizzatore scavallante della Dragone di Castagnole Lanze (Asti), sono state sviluppate nel corso del progetto, confermando non solo l’interesse crescente per l’elettrificazione in agricoltura, ma anche la versatilità dei generatori disponibili, capaci di soddisfare le esigenze energetiche di un’ampia gamma di attrezzature.
