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DDa circa vent’anni il con-cetto di irrigazione èsempre più legato all’i-

dea di uso accorto di acqua edenergia anche nei Paesi piùavanzati, anche se, nella prati-ca, l’idea rimane tale il più del-le volte. Esistono moltepliciaspetti che in vario modo im-pediscono di realizzare l’irri-gazione in maniera corretta: di-namiche di mercato, strutturaaziendale, assetto fondiario,condizioni climatiche, infor-mazione, impegno delle am-ministrazioni pubbliche nel so-stenere metodi che sappianorispondere all’esigenza collet-tiva di tutela dell’ambiente eriduzione degli sprechi, capa-cità dell’utente nella scelta enella gestione del metodo di ir-rigazione sono fattori criticinello sviluppo dei sistemi di ir-rigazione. Ciononostante, lasuperficie irrigata con i tradi-zionali metodi per gravità si èridotta progressivamente, avantaggio dei sistemi in pres-sione, micro-irrigui e ad asper-sione, che permettono varian-ti adatte alle più diverse situa-

zioni ed esigenze. E’ questo ilcaso delle ali piovane o barre,nate in Italia all’inizio degli an-ni ’80 e concepite per essere ac-coppiate alle macchine irriga-trici ad ala avvolgibile. Questisemoventi non intendevano ri-produrre in scala ridotta legrandi macchine traslanti perl’irrigazione apparse negli Sta-ti Uniti verso la metà del seco-lo scorso, pivot e rainger, ma ri-spondevano all’esigenza di ir-rigare a pioggia anche in pre-senza di vento. Inizialmente fu-rono proposte al Sud Italia e,nel corso degli anni, varietà equalità dell’offerta sono au-mentate enormemente con

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SPRAY BOOMS: WHATS AND HOWS

by Graziano Ghinassi, Dipartimento diEconomia, Ingegneria, Scienze e Tecnolo-gie Agrarie e Forestali (D.E.I.S.T.A.F.) -Università di Firenze

FFor some twenty years now,even in the advanced coun-tries, irrigation has been in-

creasingly linked to careful use ofenergy and water resources, even ifin practice the idea has remainedsuch. Many factors can prevent cor-rect irrigation: market requirements,the farm’s business structure, theland, climate, information, publicsupport for farming methods knownto respond to collective needs suchas safeguarding the environmentand reducing waste, and the user’sability in choosing the right irrigationmethod and managing it. Nonethe-less, the area irrigated in Italy withtraditional gravity systems hasfalling progressively, in favour ofpressure-based, micro-irrigationand spray systems, whose variantsare adapted to the most varied sit-uations and requirements.The first spray booms or ‘rain wings’,as they are sometimes called, wereseen in Italy in the early 1980s andthey were designed to work with irri-gators using foldable wings. Theseself-propelled devices were not in-tended to be small-scale versions ofthe large pivot and ranger irrigation

di Graziano GhinassiDipartimento di Economia,Ingegneria, Scienze e Tecnologie Agrarie eForestali (D.E.I.S.T.A.F.)Università di Firenze

Ali piovane: caratteristichee condizioni d’impiego

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I sistemi per l’irrigazione della colture sono oggi sempre piùimportanti, per ragioni non soltanto produttive ma ancheambientali. Le ali piovane, o barre, costituiscono una tecnologienotevolmente collaudata, capace di operare con efficienza eflessibilità nei diversi contesti produttivi

Crop irrigation is increasingly important, for environmentalreasons as well as its traditional purpose of improvingproduction. Spray booms have been tested by many years ofuse, are capable of working efficiently and are flexible enoughto adapt to varying conditions

Ali piovane: caratteristichee condizioni d’impiego

l’estensione dell’utilizzo dellebarre anche agli altri arealiagricoli del Paese. Per l’assenzadi effetto battente delle goccesul suolo e sulla pianta, le bar-re trovano impiego ottimalesulle colture ortive, ma l’uso siè dimostrato efficace su tutte leerbacee coltivate a file. Dei 2,67milioni di ettari irrigati oggi inItalia, quasi un milione lo sonoa pioggia e di questi l’80% cir-ca sono coperti con macchinead ala avvolgibile, prevalente-mente con irrigatore e in misu-ra più ridotta con ala piovana.Per ispirazione filosofica, labarra deve coniugare sempli-cità d’uso, robustezza struttu-rale ed efficienza idraulica, ov-vero essere accessibile allamaggior parte degli utenti, du-rare nel tempo e avere costi ri-dotti di ammortamento e ma-nutenzione, altre che elevatauniformità di distribuzione del-l’acqua e bassi costi energetici.

Come funzionano

Le ali piovane sono costitui-te da un tubo, sostenuto daun traliccio o da funi metalli-

che, poggiante su un carrelloa 3, 4 o 5 ruote, su cui sonomontati i dispositivi per la di-stribuzione dell’acqua. Lemacchine irrigatrici provve-dono all’alimentazione idricae al recupero tramite il tubodi Polietilene che trascina ilcarrello. In questo modo, lasuperficie tipicamente irriga-ta con le barre ha forma ret-tangolare. A differenza del-l’aspersione con irrigatore, lasovrapposizione dell’area ba-gnata corrispondente alla mi-gliore uniformità di distribu-zione è molto ridotta e la lar-ghezza dell’area utile è leg-germente superiore a quelladella barra stessa, a vantaggiodella capacità operativa delsistema. Sono disponibili bar-re che vanno da poco più di10 metri a oltre 70 metri,adatte quindi a realtà agrico-le molto diverse. La pressio-ne di funzionamento dellabarra varia generalmente da100 kPa a 400 kPa, a secondadi necessità specifiche qualiportata o grado di polveriz-zazione. La possibilità di di-sporre di più serie di boccaglipermette di realizzare un

gran numero di configurazio-ni tra cui è possibile sceglie-re quella che meglio rispon-de ad ogni specifica esigenza.Normalmente, le barre lavo-rano correttamente a pres-sioni variabili tra 150 e 200kPa, valori anche molto al disotto di quelli richiesti dagliirrigatori tradizionali e checontribuiscono ad una effet-tiva economicità di esercizio.Pressioni leggermente supe-riori sono richieste qualoravengano montati gli irrigato-ri di estremità.Nonostante le portate nonraggiungano mai i 40 litri alsecondo, si pone comunque ilproblema del contenimentodella caduta di pressione trale estremità di ogni semi ala.

machinery that appeared in the Unit-ed States in the mid-1900s. Rather,they were designed to handle rain-coverage irrigation even in windyconditions. Initially, they were proposed forsouthern Italy and, over the years,their variety and quality increasedenormously as booms spread toother parts of the country. Becausethe water drops don’t beat hardagainst the soil or the plants, boomsfind their optimal use on market-garden crops, but they are also ef-fective on all herbaceous plantsgrown in rows. Of the 2.67 million hectares irrigat-ed in Italy today, almost a million usebooms, and 80% of these have fold-able wings, for the most part withsprinklers, less frequently with aboom. It is in the philosophy of aboom that it should be simple touse, structurally robust and hy-draulically efficient. In other words,it must be accessible to most users,must be durable and have low main-tenance and amortisation costs, aswell as low energy costs and a highlevel of uniformity in distribution.

How they workSpraying booms consist of a pipesupported by a trestle or metal ca-bles and mounted on a 3, 4 or 5-wheel trolley on which the water dis-tribution devices are mounted. Irri-gators typically supply water througha polyethylene pipe which is alsoused to tow the trolley back to home.The irrigated surface is thus a rec-tangle. Unlike irrigation by sprinkling,the superimposition of the irrigatedarea corresponding to the highestuniformity of distribution is very lim-ited. The irrigated area is also slight-ly wider than the boom’s lengthwhich is an advantage for the sys-tem’s operating capacity. Booms can range from about tento over 70 meters, so they areadaptable to very different situa-tions. The boom’s working pres-

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In quelle più lunghe, per evi-tare l’impiego di tubazioni digrande diametro, si tende aposizionare gli ugelli su duecondotte giacenti sullo stessopiano e raccordate a formareun circuito chiuso.La velocità di recupero dellabarra è regolata dal riavvol-gimento del tubo e quindidalle possibilità offerte dallamacchina irrigatrice. In que-sto giocano un ruolo deter-minante il sistema di trasmis-sione e la centralina di con-trollo. Le moderne trasmis-sioni sono regolabili sia agen-do sul bypass della turbina,sia sul cambio di velocità, ilche consente di variare la ve-

locità di recupero in un in-tervallo che va da 10 a 150m/ora. Le centraline permet-tono di controllare diversevelocità di lavoro, in modo dadifferenziare un appezza-mento (o una tirata) in setto-ri, variando la velocità di re-cupero nel tratto corrispon-dente al settore.Le numerose configurazioniconsentite dalla combinazio-ne boccaglio, pressione difunzionamento e velocità diavvolgimento, permettono diottenere altezze di pioggiache vanno da meno di 5 a ol-tre 130 mm, con pressioni al-la macchina che dipendonodalla portata, dal diametro e

dalla lunghezza del tubo. Adesempio, per distribuire 30mm di acqua su una larghez-za utile di 75 m, in piano, con150 kPa all’ala e portata di 14l/s, la pressione alla macchinaè di 370 kPa con tubo 110/400e 300 kPa con tubo 125/400.Alla velocità di recupero di20 m/h, se le condizioni lopermettono, si irrigano 3 hain 20 ore, a cui vanno aggiun-ti i tempi necessari per spo-stamento e riposizionamen-to. Le barre possono esseredotate di dispositivi idrauliciche agevolano le operazionidi smontaggio e rimontaggio,già di per sé agevoli, ma cheriducono i tempi in manieraconsistente. In un turno irriguo di 7 gior-ni, la capacità operativa del-la barra in quella configura-zione è di circa 20 ha. Se la larghezza utile è di 80m, con 200 kPa all’ala e por-tata di 29 l/s, la pressione allamacchina passa a 660 kPacon il tubo 120/400 a 600 kPacon il 125/400. Per distribuire30 mm, la velocità di recupe-ro è di 40 m/h e, assumendoun orario di irrigazione di22/24 h, la capacità operativaè superiore a 6 ha/giorno,cioè oltre 40 ha dominabilinel turno.

sure generally varies from 100 to4000 kPa according to specificneeds such as flow or spray size.The availability of more than oneseries of nozzles makes it possibleto set up a large number of config-urations, which can be decided ac-cording to specific needs. Normal-ly, booms work correctly at pres-sures of 50-200 kPa, values wellbelow those required by tradition-al irrigators and permit savings inirrigator use. Slightly higher pres-sures are needed when irrigatorsare fitted to the end of the boom. Even though water flows never top40 litres a second, there is nonethe-less the problem of pressure fallingoff between the tips of each half-wing. In the longer wings, to avoidusing large-diameter pipes, the ten-dency is to position the nozzles ontwo ducts lying on the same leveland linked to form a closed circuit.The speed at which the boom ispulled in is regulated by the rewind-ing of the pipe. The machinery in-volved is therefore the crucial factor,with decisive roles being played bythe transmission and the control box.Modern transmissions can be regu-lated using the turbine bypass aswell as by a change of speed. As aresult, rewinding speed can be var-ied from 10 to 150 meters an hour.The control box makes it possible toset various working speeds to differ-entiate a plot or a single pass of theboom into sections by varying therewind speed for each sector. The numerous configurations per-mitted by various combinations ofnozzle, working pressure andrewind speed can provide a sprayheight varying from less than 5 toover 130 mm, with pressure at themachine depends on flow and pipelength and diameter. For example,to spray 30 mm of water across an

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Le prestazioni

Attualmente, la quasi totalitàdelle ali fino a 50 metri di lar-ghezza sono realizzate construtture in acciaio, mentre lalega di alluminio è utilizzata sualcuni modelli di larghezza su-periore. Il più grande oggi di-sponibile è largo 72 metri econsente, nelle condizioni ipo-tizzate in precedenza, una ca-pacità operativa di circa 45 ha. Riguardo all’efficienza del-l’applicazione, intesa comerapporto tra l’acqua utilizzabi-le dalle piante e quella distri-buita, è stato rilevato, in provesvolte in aree di pianura conventosità moderata, che per le

barre si attesta su valori nor-malmente prossimi al 95%. L’evoluzione delle barre nonsta solo nell’incrementato del-la superficie dominabile. Sonoinfatti disponibili numerosiaccessori che permettono ul-teriori personalizzazioni in ba-se alle specifiche esigenze del-l’utente. Tra questi va men-zionato il dispositivo di rota-zione dell’ala a 360° per evi-tare ostacoli presenti sul ter-reno, il carrello variabile in al-tezza per irrigare colture co-me il mais, i filtri, la possibilitàdi predisporre l’attacco perl’irrigatore singolo. Attraver-so calate in gomma è possibi-le distribuire reflui in prossi-

effective width of 75 meters on flatground, with 150 kPa at the boomand a flow of 14 litres a second,the pressure at the machine mustbe 370 kPa with a 110/400 pipeand 300 kPa with a 125/400 pipe.At a rewind speed of 20 meters anhour, if the conditions are right,three hectares can be irrigated in20 hours, to which must be addedthe time need to move and re-po-sition the irrigating equipment . Booms can be fitted with hydraulicdevices to help in de- and re-as-sembly, which may be easy, but inthis way can be done substantiallymore quickly. During a 7-day irri-gation shift, the boom in the above

configuration can cover about 20hectares. If, however, the effectivewidth is 80 meters, with 200 kPa atthe boom and a flow of 29 litres asecond, the pressure at the ma-chine must rise to 660 kPa with a120/400 pipe and 600 kPa with a125/400 pipe. To distribute 30 mmof water, the rewind speed must be40 meters an hour and, assumingirrigation for 22 out of 24 hours, theconfiguration can cover 6 hectaresa day, or over 40 in the shift.

PerformanceCurrently, almost all booms up to 50meters in width are made out ofsteel, while aluminium alloy is used

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mità della superficie del ter-reno senza sporcare le piante,mentre la distribuzione attra-verso l’ac-qua di irrigazione diparassiti naturali, contenuti inun serbatoio montato central-mente, consente la praticadella lotta integrata.Le caratteristiche intrinsechedelle barre e i miglioramentiche sono stati apportati nel cor-so degli anni, hanno supporta-to l’opinione diffusa e più vol-te confermata da studi dedica-ti, secondo cui l’irrigazione conl’ala piovana può essere un uti-le strumento per incrementarela PLV di diverse colture, ridu-cendo al tempo stesso il costodell’irrigazione rispetto ad altrisistemi e contribuendo al red-dito netto dell’agricoltore.

Irrigare con il vento

All’inizio degli anni 2000, inpianura Padana, furono testa-ti sulle barre dei dispositivi perirrigare efficacemente anchein condizioni di ventosità ele-vata. Questi diffusori, LEPA(Low Energy Precision Appli-cation) e LDN (Low DriftNozzle), erano nati negli StatiUniti per equipaggiare legrandi macchine traslanti. ILEPA distribuiscono l’acquavicino alla superficie del ter-reno, si prestano bene per col-ture a file, funzionano con bas-se pressioni (70 kPa), risento-no poco del vento, permetto-no di contenere le perdite perevaporazione e deriva, bagna-no poco la parte aerea della

pianta e localizzano l’acqualungo interfile alterne, attuan-do un’irrigazione con moda-lità non proprie dell’aspersio-ne comunemente intesa. I si-stemi LEPA lavorano al me-glio su terreni piatti e piutto-sto sciolti, dove il deflusso su-perficiale, originato dalle por-tate dei diffusori, è meno mar-cato che nei suoli pesanti. Ar-ginature e rincalzature dell’in-terfila per trattenere l’acquasono comunque previste permigliorare l’efficienza dell’ap-plicazione. Gli LDN bagnanol’intera superficie, utile nel po-st semina, resistono bene alvento, non danno problemi diruscellamento e richiedonopressioni modeste (140 kPa).Tuttavia nessuno dei dispositi-

for models with a greater width. Thelargest available today is 72 meterswide and, in the conditions analysedabove, has an operational capacityof about 45 hectares. As regards ef-ficiency defined in terms of theamount of water needed by the cropand the amount in fact delivered,tests in flat areas with moderate windproduce normal values of about95%. Spraying booms have not on-ly progressed towards handling larg-er and larger areas. Manufacturershave also produced a range of ac-cessories to fit performance as close-ly as possible to the user’s needs.These include a device to rotate theboom by 360° to avoid obstacles, atrolley whose height can be varied soas to irrigate crops such as maize, fil-ters, and the option of setting up theconnexion so that a single irrigatorcan be used. Rubber chutes can al-so be used to spread manure nearthe surface of the ground so as toavoid dirtying the plants, while natur-al parasites contained in a centrallymounted tank can be added to the ir-rigation water as part of an integrat-ed approach to pest control. The in-trinsic qualities of irrigation boomsand their improvement over theyears have survived tests andstudies which have confirmed thegenerally accepted view that theyare a useful tool for increasing thefarmer’s gross saleable product forvarious crops, reducing irrigationcosts and contributing to his net in-come.

Irrigation with windIn the early years of the new centu-ry, in the Po plain, tests were carriedout booms fitted with devices de-signed to ensure effective irrigationeven in high winds: the Low EnergyPrecision Application (LEPA) and theLow Drift Nozzle (LDN). These weredeveloped in the United States forthe large irrigators used there. TheLEPA distributes water near the sur-face of the ground and is good forrow-planted crops. It works at lowpressures (70 kPa) and suffers littleinterference from the wind. It con-tains losses from drift and evapora-tion, puts little water on the crop’supper foliage and irrigates along al-ternate inter-row spaces, so it is un-like spraying as normally under-stood. A LEPA works best on flatground with fairly loose soil, wheresurface runoff is less marked thanon heavy soils. Banking and ridgingare normally applied to contain thewater and improve efficiency. An LDN sprays the whole surfaceand is useful after sowing, resists

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vi testati si è dimostrato com-plessivamente superiore allabarra in configurazione stan-dard. Esperienze condotte invarie parti del mondo dimo-strano come questi diffusoriforniscano i migliori risultati incondizioni di ventosità eleva-ta. Per i LEPA montati sullegrandi macchine si registranovalori del coefficiente diuniformità (CU) intorno al90% con velocità del vento dicirca 30 km/h, valori del tuttocomparabili con quelli nor-malmente ottenibili in campocon i sistemi localizzati. In am-bienti ventosi dell’Italia, comequelli del Sud, sarebbe di no-tevole interesse, oltre che op-portuno, verificare le presta-

zioni ottenibili dalle barreequipaggiate con gli organidella distribuzione a bassapressione. Questo contribui-rebbe ad una maggiore consa-

pevolezza nella scelta di unmetodo irriguo, l’aspersione,altrimenti considerato inadat-to a quelle condizioni.

Graziano Ghinassi

the wind well, and creates no runoffproblems, while they require onlylow pressures (140 kPa). Yet noneof the devices tested in fact pro-duced results than an irrigationboom with a standard configuration.Tests in various parts of the worldshow that Lens produce the best re-sults in high winds. Leaps mounted on big machinesregister uniformity coefficient values(CU) of around 90% with windsblowing at about 30 km/h, valueswholly comparable to those normal-ly obtained in the field with localisedsystems. In Italy’0s windy areassuch as in the South, it would beboth very interesting and also abouttime to check out the performanceof booms fitted with low-pressuredistribution devices. This would con-tribute to greater awareness inchoosing an irrigation method, sprin-kling, otherwise thought not to beadapted to those conditions.

Graziano Ghinassi

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