Spuiten met pulserende dop werkt nauwkeuriger

Onderzoek toont aan dat spuiten met pulse width modulation (PWM) goed functioneert en de nauwkeurigheid van een gewasbespuiting kan verbeteren. Vooral in bochten. Maar het systeem kent ook zijn grenzen, vooral bij heel lage doseringen.Onafhankelijk onderzoek op een akkerbouwbedrijf in de praktijk laat het zien: pulse width modulation (PWM, in het Nederlands pulsbreedtemodulatie, PBM) werkt niet alleen afdoende, het maakt het ook mogelijk om in een groot aantal situaties een nauwkeuriger resultaat af te leveren. Bij pulserend spuiten staat de spuitdop niet van begin tot einde werkgang open, maar schakelt hij constant aan en uit. Door de tijdsduur van ‘aan’ te variëren (van kort tot heel lang) ten opzichte van de tijdsduur van één volledige puls (aan plus uit), varieer je dus de hoeveelheid verspoten middel gedurende die cyclus. En dat zonder drukverschillen en/of wisselende doorstroomsnelheid. Als de voorwaartse snelheid van de trekker toeneemt, blijven de spuitdoppen steeds langer open, en als de snelheid afneemt, staan ze weer steeds langer dicht, zodat per gereden meter de correcte hoeveelheid spuitvloeistof neerdaalt.Uit een Engelse praktijkproef op een groot akkerbouwbedrijf blijkt dat pulsbreedtemodulatie in een groot aantal situaties een nauwkeuriger spuitresultaat aflevert. - Foto's: Tom RobinsonMaximale uit mogelijkheden PWM halenOnafhankelijke spuitdeskundige Tom Robinson verzorgde de proeven in samenwerking met Agrifac en Syngenta op een groot akkerbouwbedrijf met percelen verspreid door Zuidoost-Engeland. Dat bedrijf investeerde in PWM in de eerste plaats om te kunnen profiteren van de hogere spuitnauwkeurigheid via individuele doppenregeling, en van bochtencompensatie: minder spuiten in de binnenbocht, meer in de buitenbocht. Buiten dat wil hij het maximale uit de mogelijkheden van PWM halen.De doppen staan bij PWM niet voltijds open, maar pulseren. Een puls is opgebouwd uit een tijdsduur ‘aan’ plus een tijdsduur ‘uit’. De totale pulsduur is vast. Door de tijdsduur ‘aan’ te variëren van heel kort tot heel lang (en daarmee spiegelbeeldig ook de tijdsduur ‘uit’), kun je de hoeveelheid spuitvloeistof per gereden afstand variëren.PionierenRobinsons eerste stap was om bestaand onderzoek en proeven uit de VS te bekijken. Tot zijn grote verbazing waren er maar vijf wetenschappelijke studies te vinden. “We moesten bijna bij het begin beginnen en samen onze testprocedures bedenken. Onze proef lijkt het eerste onderzoek wereldwijd naar de prestaties van PWM in het veld te zijn. Het is nog grotendeels ‘zien wat er gebeurt’ om uit te vinden wat de machine voor de boer kan doen.”De proeven waren bedoeld om vier belangrijke vragen te beantwoorden: Uniformiteit: verdeelt PWM het middel net zo uniform als een conventionele landbouwspuit onder standaardomstandigheden en bij bijvoorbeeld 100 liter/ha bij 12 km/u?Bochtcompensatie: hoe groot kan een bocht zijn zonder dat de dosering pleksgewijs te veel af gaat wijken vergeleken met het rijden in een rechte lijn?Variabel toedienen: kan PWM omgaan met variabele-doseringstoepassingen, en hoeveel variatie is haalbaar in de praktijk?Werking: wat moet er worden gedaan om te voorkomen dat de efficiëntie afneemt bij het overstappen op PWM? De tests zijn uitgevoerd met water met een kleurstof, plus Activator 90 om er zeker van te zijn dat de vloeistof zich zou gedragen als een normale spuitvloeistof. Dit werd met 2,5 bar door de 11005-spleetdoppen gespoten bij een 75% ‘aan’ puls, resulterend in een toediening van 136 liter/ha bij 12 km/u.De spuitvloeistof is opgevangen op rijtjes van tien schijfjes à 5 centimeter over een lengte van 50 centimeter in de rijrichting. De ene rij kreeg een spuitdop precies over zich heen, de andere rij lag 25 centimeter verder, dus tussen twee spuitdoppen in.De verspoten vloeistof werd opgevangen op tien schijfjes van 50 millimeter doorsnee die in rijtjes in de rijrichting waren neergelegd. De helft van die rijtjes in de lengterichting direct onder een spuitdop, de andere helft parallel daaraan op 25 centimeter afstand, dus precies tussen twee doppen in. Dit geeft een beeld van de uniformiteit van de bespuiting per 5 centimeter over een lengte van 50 centimeter. Elk schijfje is na passeren van de spuit gewassen in een oplosmiddel en de hoeveelheid verzamelde spuitvloeistof is gemeten met een Fluorimeter (die de kleurstof detecteert). Dit geeft een directe vergelijking van de opgevangen vloeistof op elk afzonderlijk schijfje.Verder zijn naast de rijen schijfjes stroken watergevoelig papier van 50 centimeter neergelegd om een visuele indicatie te krijgen van de dekking. Dit zegt dus weinig over de hoeveelheid spuitvloeistof, maar wel wáár de nevel is neergekomen.Goede resultatenDe compensatie van de voorwaartse snelheid is in de proeven beoordeeld als uitstekend (5 uit 5). De gemeten verdeling van spuitvloeistof bij snelheden van 16, 12, 8 en 4 km/u bleef binnen een afwijking van +/- 10%. De effectiviteit van de bochtencompensatie is getest bij ruime bochten met een straal van 55 meter bij 12 km/u, en in strakkere bochten van 22,5 meter bij 6 km/u. De verdeling bij spuiten zonder PWM (doppen 100% van de tijd aan) is vergeleken met PWM in een 75%-gebruikscyclus (gemiddeld driekwart van de cyclus aan, een kwart uit).De afgifte testen in een bocht - op 2 meter van de linkerkant van de 36 meterse spuitboom (binnenbocht) en op 34 meter (buitenbocht). In een krappe bocht spuit je links 270% van de middensectie, terwijl rechts 30% onderdoseert.Ook hier een positief resultaat (4,5 uit 5); met name bij de kleinere straal van 22,5 meter was er een duidelijk verschil in de dosering bij in- dan wel uitschakelen van PWM. Zonder bochtcompensatie was er, zoals verwacht, een enorm verschil in metingen over de boomlengte – met een 270% grotere afgifte per oppervlakte of plant bij het uiteinde in de binnenbocht (op 2 meter van het draaipunt) dan in het midden van de boom. Terwijl doppen op de buitenste sectie, op 34 meter, 30% onderdoseerden. De draaicompensatie zorgt voor een enorme verbetering. De gemeten verschillen waren minder dan +/- 10% over de 36 meter werkbreedte van de boom.In de meer vloeiende bocht van 55 meter zonder PWM waren de verschillen minder drastisch, maar evengoed nog aanzienlijk, met een 50% hogere dosering bij de binnenste doppen vergeleken met die in de buitenbocht en wederom verwaarloosbaar met PWM ingeschakeld.Lage variabele gift onnauwkeurigerMogelijke problemen bij het inzetten van PWM om variabel te spuiten zijn een onnauwkeurige dosering, of zelfs gaten of missers als gevolg van het te lang uitschakelen van de spuitdoppen. Immers, voor een dosering van 25% van de basisbespuiting is het tijdsinterval dat een spuitdop in de aan-stand (van één aan-uitpulscyclus) verkeert, viermaal zo kort als bij die basisdosering. Bijgevolg is de tijdsduur in de uit-stand veel langer, en zou de spuit stukken gewas of bodem kunnen overslaan.De proefresultaten (beoordeeld met 3,5 uit 5) laten zien dat PWM voor variabel bespuiten waarschijnlijk moet worden verbeterd. In de tests werd gekeken naar de verschillen tussen het gebruik van de traditionele methode en PWM om de dosis te variëren tussen 100%, 75%, 50% en 25%. “We hebben de prestaties getoetst aan het theoretische gemiddelde: de neergedaalde hoeveelheid die we zouden verwachten,” zegt Robinson. “PWM kwam hier niet precies mee overeen, maar zat er dichtbij: binnen +/- 10% bij 75% en 50% doses, en binnen +/- 20% bij de extremen.” Kortom, bij variabel doseren binnen het perceel (precisiespuiten) moet de gebruiker bij doseringen die meer dan 50% onder de standaardgift liggen, rekening houden met een minder goede bedekking.Robinson: “Een intrigerende observatie was hoe de frequentie van PWM toenam. Je kon dit niet zien, maar je kon gemakkelijk horen dat het sneller werkte. Ik vergelijk het met een gloeilamp. Die werkt op 50 Hertz, maar je ziet hem niet aan of uit gaan.” Cruciaal is dat de verhoogde frequentie eventuele leemtes opvulde en dat de bodem en planten gelijkmatig werden afgedekt.Weten hoe het werktHet lijdt geen twijfel dat hoe meer je begrijpt van de principes en beperkingen van PWM, hoe beter de resultaten zullen zijn, stelt de onderzoeker. Een cruciaal weetje is dat het bij draaicompensatie relatief eenvoudig is de doorstroomsnelheid richting binnenste spuitdoppen af te knijpen, maar dat het onmogelijk is de doorstroming naar de buitenste doppen op te voeren. Het maximum is immers 100%, dit kan nooit hoger zijn. Dit bepaalt (en beperkt) de maximale rijsnelheid voor een bepaalde draaicirkel. Hoe strakker de bocht, hoe lager de rijsnelheid van de landbouwspuit moet zijn. Een waarschuwingspiep bij het naderen van 100% van de doorstroomsnelheid richting buitenste spuitdop, zou voorkomen dat de bestuurder een te lage dosering van de buitenkant van een bocht geeft”, suggereert Tom Robinson.Prijskaartje van nauwkeurigheidWat precisiespuiten aan meerkosten geeft boven ‘gewoon’ spuiten, is afhankelijk van wat je meetelt. Vergeleken met een wat oudere spuit zou je sectieafsluiting al als precisie op kunnen vatten. Dat kost door de bank genomen € 10.000 extra en zit tegenwoordig al standaard op nieuwe spuitmachines. Verder zijn een gps-systeem en taakkaarten nodig. Wat je daarvoor kwijt bent, moet natuurlijk ook aan andere bewerkingen dan spuiten worden toeberekend. De kosten als je er nog aan moet beginnen, zijn globaal eveneens € 10.000. Een stap verder, met pulse width modulation (PWM), zijn de meerkosten afhankelijk van de boombreedte en de afstand tussen de spuitdoppen. Reken op een investering van minimaal € 30.000 à € 40.000. De overtreffende trap is cameragestuurd spuiten. Hier worden prijzen genoemd van € 100.000, maar deze techniek staat nog in de kinderschoenen. Wellicht gaat dit bedrag de komende jaren nog flink zakken.
Meer weten over precisiespuiten en PWM? Check www.proeftuinprecisielandbouw.nl, dashboard precisiespuiten.