La fertirrigazione ha registrato negli ultimi decenni una notevole diffusione, incentivata soprattutto dallo sviluppo dell’irrigazione a goccia. Con fertirrigazione si intende il processo di somministrazione dei fertilizzanti attraverso l’impianto d’irrigazione. Grazie all’automazione e ai metodi di distribuzione dell’acqua in modo sempre più uniforme, la fertirrigazione ha raggiunto un elevato livello di efficienza e numerosi vantaggi a livello ambientale.
Allo stesso tempo, il settore agricolo è tra i maggiori utilizzatori della risorsa idrica ed è fortemente incoraggiato all’uso delle acque reflue, che vengono depurate e poi impiegate per coltivare le terre tramite il processo di fertirrigazione.
Schema di funzionamento di un impianto di fertirrigazione
La fertirrigazione nasce per rispondere a particolari esigenze nutritive delle colture. Lo scopo della fertirrigazione è di immettere all’interno della condotta irrigua una soluzione contenente concimi idrosolubili opportunamente miscelati e con la corretta composizione chimica.
Il sistema deve quindi garantire il PH, la conducibilità elettrica (EC) e la concentrazione delle sostanze richieste dal programma nutritivo della coltura. In questo modo è possibile intervenire, ad esempio, per sopperire a eventuali carenze, diminuendo così il rischio di malattie.
Lo schema di funzionamento di un possibile sistema di fertirrigazione è illustrato in Figura 1. La pompa di irrigazione preleva l’acqua da un pozzetto e la immette all’interno della condotta irrigua, dove subisce un primo processo di filtrazione in grado di eliminare le impurità e ridurre il rischio di otturazione delle tubature.
Quando l’acqua raggiunge l’impianto di fertirrigazione entra all’interno del miscelatore che devia parte della portata all’interno di una conduttura lungo quale si trovano un sensore PH ed EC. In base ai valori misurati si aziona l’iniettore che preleva dai vari contenitori i fertilizzanti e l’acido da utilizzare per realizzare correttamente il nutriente.
La soluzione torna quindi all’interno del miscelatore, dove viene rimescolata da una pompa e poi immessa nuovamente all’interno della condotta irrigua. A valle del processo principale si trova un filtro in grado eliminare le particelle solide introdotte, ossia i precipitati. Infine, l’acqua fertilizzata viene indirizzata all’interno dell’impianto d’irrigazione.
La presenza dell’interfaccia uomo-macchina HMI (Human-Machine-Interface) offre all’operatore la possibilità di interagire con il sistema attraverso una serie di schermi, pulsanti, allarmi e tastiere.
L’interfaccia può essere programmata per gestire la modifica dei programmi alimentari, l’azionamento dell’elettrovalvola del settore da irrigare, l’attivazione dell’impianto e più in generale per permette all’utente di prendere le decisioni del caso in modo semplice e intuitivo.
Figura 1: Schema di un sistema di fertirrigazione
Componenti principali di un impianto di fertirrigazione
Un sistema di fertirrigazione coinvolge sostanze aggressive, pertanto la scelta dei materiali dei vari componenti (tubature, contenitori, iniettori etc.) è molto importante per la corretta funzionalità dell’impianto e per ridurre al minimo le operazioni di manutenzione.
Per questo motivo, si utilizza spesso la plastica, che assicura un’ottima resistenza agli acidi e non rilascia sostanze fitotossiche.
Filtro
All’interno di un sistema d’irrigazione si verificano spesso problemi di occlusione dovuti a fenomeni di tipo fisico (particelle che si depositano nei tratti dell’impianto dove la velocità è più bassa), chimico (precipitati) e biologico (colonie batteriche).
L’intasamento può portare ad un errato funzionamento del processo di irrigazione. Per prevenire l’occlusione è possibile applicare dei filtri in grado di ridurre le impurità della soluzione. I filtri più utilizzati sono i seguenti:
• filtro idrociclone;
• filtro a graniglia;
• filtro a rete;
• filtro a dischi.
Iniettore
L’iniettore è il dispositivo che consente la modifica della composizione della soluzione in termini di PH, EC e nutrienti. Il suo scopo è di prelevare del fertilizzante (o acido) contenuto all’interno di un serbatoio e di immetterlo nella condotta irrigua.
Il tubo di Venturi è lo strumento più economico in grado di svolgere tale compito. Esso è progettato in modo da avere una depressione tale da causare l’aspirazione del fertilizzante.
In alternativa, si ricorre all’uso delle pompe sia di tipo meccanico che di tipo elettrico. In questo caso, il costo complessivo del sistema aumenta, ma si ottengono soluzioni più performanti e un grado elevato di automazione.
In Tabella 1 vengono riassunte alcune delle principali tecnologie adoperate per l’immissione dei fertilizzanti. La scelta di quale strumento usare dipende da numerosi fattori, come ad esempio la disponibilità della fonte elettrica, la portata e la pressione di esercizio.
Tabella 1: Principali tipologie di iniettore per fertirrigazione
Controllore
Il controllore è il cuore dell’automazione e le sue potenzialità sono determinate dalla tecnologia dell’iniettore.
Esso ha lo scopo di regolare le varie fasi che si svolgono all’interno del sistema di fertirrigazione come ad esempio la miscelazione del fertilizzante, l’azionamento delle elettrovalvole dell’impianto di irrigazione e il raggiungimento del corretto PH ed EC.
Nel caso della regolazione del PH ed EC si ricorre ad un sistema di controllo in anello chiuso, il cui regolatore ha spesso una struttura di tipo PID (Proporzionale-Integrale-Derivativo).
Il controllore PID è assai diffuso in ambito industriale e può essere tarato automaticamente con semplici esperimenti e formule note dalla letteratura (metodo Ziegler e Nichols, metodo delle aree).
Conclusioni
Lo schema presentato mostra alcune delle funzionalità e le principali caratteristiche dei sistemi di fertirrigazione attualmente in uso.
Si è inoltre data un’intuizione dell’elevato grado di automazione raggiungibile, dei notevoli vantaggi in termini di efficienza delle risorse e del maggiore controllo dei nutrienti delle colture.
Peraltro, è possibile progettare impianti di fertirrigazione più sofisticati in grado di permettere la programmazione di diverse soluzioni, di utilizzare tipi di acqua differenti, di temporizzare il sistema di irrigazione e di offrire molte altre funzionalità, aumentando però il costo complessivo dell’apparato.
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