Flory Industries si impegna per la raccolta delle noci

Gli elevatori da campo svolgono un ruolo fondamentale nella raccolta di frutta a guscio come mandorle, noci pecan, nocciole, noci e pistacchi. Utilizzati per trasferire la frutta a guscio in autocisterne o in cumuli di stoccaggio, facilitano la lavorazione di una quantità di prodotto compresa tra 22.000 e 113.000 kg al giorno durante la stagione autunnale.

Si dice che l'elevatore elettrico Flory 4840E elimini fino a 55 kg di emissioni di carbonio al giorno per macchina in servizio sul campo. (Foto: Flory Industries)

Gli elevatori da campo alimentati a diesel possono trascorrere circa l'80% del loro ciclo di lavoro a bassi regimi tra un carico e l'altro, rappresentando circa il 45% del consumo totale di carburante. Questi lunghi periodi di funzionamento non produttivo, intervallati dalla necessità di potenza istantanea, rendono queste apparecchiature un target ideale per un sistema di propulsione elettrificato.

Flory Industries, azienda leader nella produzione di attrezzature per la raccolta delle noci, ha riconosciuto il potenziale dell'elettrificazione in questa applicazione e ha cercato dei potenziali fornitori.

"All'inizio del 2023, abbiamo incontrato diversi grandi OEM che offrono batterie agli ioni di litio di grandi dimensioni", ha dichiarato Kyle Dreyer, PE, ingegnere presso Flory Industries. "Abbiamo scelto Caterpillar per l'impareggiabile supporto che ci hanno fornito nei progetti di motori diesel. Sapevamo che Cat e il nostro concessionario Cat, Holt of California, sarebbero stati preziosi nel portare a termine questo progetto, dall'ideazione alla realizzazione."

Il progetto dimostrativo risultante è diventato la prima presentazione di un prototipo di macchina da parte di un OEM terzo che utilizza la soluzione per batterie di Caterpillar.

Componenti dell'elettrificazione

Il prototipo dell'elevatore elettrico da campo Flory 4840E utilizza una gamma di componenti del gruppo propulsore elettrico Rexroth eLion, tra cui un motore elettrico da 130 CV, abbinato a una batteria agli ioni di litio Cat da 600 volt e 64 kWh.

Il progetto dimostrativo è la prima presentazione di un prototipo di macchina da parte di un OEM terzo che utilizza la soluzione di batterie Caterpillar. (Foto: Flory Industries)

"Abbiamo scelto il portfolio di componenti Rexroth eLION perché ci fornivano tutto il necessario per alimentare e ricaricare il nostro ascensore", ha affermato Dreyer. "Il supporto di Rexroth e del nostro partner di integrazione Rexroth, Hydraulic Controls Inc., è stato un altro fattore decisivo".

I componenti funzionano da 275 a 825 V CC. "Questo ci ha spinto a utilizzare la batteria Cat da 600 volt, anche perché 600 volt sarebbero stati sufficienti per qualsiasi macchina elettrica che avremmo in futuro", ha sottolineato Dreyer. "La batteria Caterpillar è stata progettata internamente e ha un design modulare flessibile. Questi due fattori ci hanno dato la certezza che sarebbe stata una soluzione affidabile e che non avrebbe comportato rischi per la catena di approvvigionamento".

La batteria e i componenti del gruppo propulsore elettrico richiedono il raffreddamento a liquido. "Ci siamo rivolti ad AKG, che è un fornitore affidabile di sistemi di raffreddamento per i nostri motori. La loro famiglia di prodotti AKG Green offriva le soluzioni di cui avevamo bisogno", ha affermato Dreyer. "Abbiamo utilizzato il sistema di gestione termica della batteria da 5 kW per il circuito della batteria. E abbiamo utilizzato il loro sistema di raffreddamento per elettronica di potenza ad alte prestazioni per mantenere i componenti dell'eLion alla giusta temperatura."

Soluzione integrata

Holt of California, il concessionario Cat locale, ha applicato la sua conoscenza specifica dell'architettura delle apparecchiature e dei cicli di lavoro di Flory per fornire supporto quotidiano di progettazione, integrazione e collaudo per il progetto dimostrativo.

Gli ingegneri stanno ottimizzando il sistema con l'obiettivo di consentire una giornata di funzionamento standard di 10 ore sul campo con una singola carica, con ricarica completa durante la notte. Il team sta integrando le batterie con inverter, motori, controlli elettronici, servizi digitali e altre tecnologie critiche in una soluzione ad alta densità di potenza che, secondo Caterpillar, risponde alle esigenze comuni degli utenti e ne dimostra i numerosi vantaggi.

Sostituendo il motore tradizionale con un gruppo propulsore elettrificato, il nuovo sistema eliminerà fino a 55 kg di emissioni di carbonio per macchina al giorno, eliminando al contempo i costi di acquisto, trasporto e stoccaggio del gasolio. Un elevatore da campo diesel può consumare circa 95 dollari di carburante per una giornata lavorativa di 10 ore, ha affermato Dreyer, mentre l'elevatore da campo elettrico 4840E consumerà solo 5 dollari di elettricità nello stesso periodo.

Il 4840E fornisce anche una coppia istantanea. "La macchina non si è mai fermata a causa di una cinghia sovraccarica. Gli elevatori diesel a volte si bloccano e richiedono all'agricoltore di rimuovere i dadi dalla cinghia", ha sottolineato Dreyer.

Un altro vantaggio è la bassa rumorosità. "Il 4840E è praticamente silenzioso tra uno scarico e l'altro", ha affermato Dreyer. "La riduzione del rumore è ottima per le abitazioni vicine ed è stata una caratteristica sorprendentemente apprezzata dai braccianti agricoli."

Inoltre, Dreyer ha affermato che il San Joaquin Valley Air Pollution Control District può coprire fino all'85% del costo del modello elettrico se l'agricoltore restituisce un vecchio elevatore diesel.

Batteria Cat nell'elevatore elettrico Flory 4840E. (Foto: Caterpillar)

Lo sviluppo è in corso

Gli ingegneri di Flory stanno coordinando il progetto dimostrativo dalla sede centrale e dal centro di sviluppo dell'azienda a Salida, in California, con il supporto dei team di Caterpillar e Holt of California situati nell'area di Sacramento. Il prototipo iniziale ha completato con successo un test completo di raccolta nel 2024 (vedi sotto).

Secondo Dreyer, Flory Industries spera di utilizzare il progetto per acquisire competenze nei sistemi di propulsione elettrici a batteria, in modo da essere pronta quando le normative o i progressi tecnologici renderanno l'elettrificazione la soluzione preferita.

"Volevamo anche costruire relazioni con i fornitori nel settore delle batterie elettriche", ha affermato. "In agricoltura, ci sono molte macchine con motori diesel a basso ciclo di lavoro. Come il nostro elevatore da campo, saranno un ottimo esempio di passaggio all'alimentazione a batteria".

Il progetto 4840E si sta già rivelando un punto di partenza per discutere con gli agricoltori circa le loro opinioni sulle attrezzature elettriche e sulle sfide della ricarica nelle aree remote.

"Gli agricoltori sono molto aperti all'idea delle batterie elettriche", ha affermato Dreyer, "soprattutto perché possono ridurre i costi di proprietà".

Si prevede che le unità pilota dell'ascensore elettrico 4840E saranno disponibili per i clienti nel 2025, mentre la produzione a pieno regime è prevista per il 2026.

Nota dell'editore: il progetto dimostrativo del prototipo di Caterpillar e Flory Industries è stato finalista per il premio Off-Highway Product Application of the Year dei Power Progress Summit Awards 2024.

Risultati dei test sul campo

Completato durante la stagione del raccolto autunnale nella regione della Central Valley in California, il test sul campo dell'elevatore elettrico Flory 4840E ha dimostrato con successo come un gruppo propulsore alimentato da una batteria da 600 volt possa fornire le stesse prestazioni, affidabilità e durata attualmente offerte da un motore diesel convenzionale da 74 CV, riducendo al contempo la manutenzione e funzionando con zero emissioni allo scarico, ha affermato Caterpillar.

Con il supporto di Holt of California, il prototipo è stato testato per sette settimane in frutteti di mandorle e noci in California, tra cui Heinrich Farms, un'azienda agricola di 1.200 acri con sede a Modesto. Qui, l'unità ha funzionato per un'intera giornata lavorativa di 10 ore con una singola carica, caricando 422.000 libbre di noci sui rimorchi per tutta la durata del test.

Il prototipo elettrico durante i test del raccolto del 2024. (Foto: Flory Industries)

Per superare i vincoli derivanti dall'essere fuori dalla rete elettrica, Heinrich Farms ha ricaricato completamente l'elevatore da campo elettrificato durante la notte, al di fuori dell'orario di lavoro, utilizzando il sistema di accumulo di energia a batteria mobile Cat XES60 Compact ESS, che fornisce fino a 56,8 kWh di capacità.

"L'elevatore elettrificato Flory si è dimostrato affidabile e ha scaricato il nostro raccolto con la stessa velocità delle macchine convenzionali alimentate da motori diesel, producendo al contempo un rumore molto inferiore", ha affermato Jerad Heinrich, responsabile del frutteto di Heinrich Farms. "Ha resistito un'intera giornata di lavoro senza soste per la ricarica e non vediamo l'ora di utilizzarlo di nuovo per il prossimo raccolto, dato che la tecnologia continua a progredire".

L'elevatore alimentato a batteria è progettato per essere configurato con Cat Connect, consentendo ai proprietari delle attrezzature e ai concessionari Cat di monitorare da remoto le prestazioni durante il funzionamento e i cicli di ricarica.

"Collaborando con Flory, abbiamo acquisito preziose conoscenze in materia di elettrificazione e sistemi ad alta tensione, applicandole agli ambienti difficili delle aziende agricole californiane", ha dichiarato Steve Ferguson, vicepresidente senior di Caterpillar Industrial Power Systems. "Questo progetto ha dimostrato come Caterpillar si stia allineando con successo con altri innovatori per sviluppare tecnologie che massimizzano le prestazioni e l'affidabilità delle macchine elettrificate nei cantieri reali. Caterpillar può offrire ai clienti l'accesso all'intero ecosistema di componenti, informazioni e infrastrutture di ricarica."