[논문]친환경 정밀농업을 위한 입제 변량살포기 개발 (II) -송풍식 붐형 분두 개발과 살포균등도 -

김영주; 김학진; 서민; 이중용

doi:10.5307/jbe.2006.31.6.474

문제 정의

본 연구는 송풍식 입제 변량살포기의 분두와 살포시스템을 개발하는 것으로서 분두의 설계와 입제 비료의 종류와 시간당 살포율 및 분두의 수집판 삽입길이 조건과 살포높이별에 따른 살포 특성과 균등도를 분석하고자 수행하였다.
본 연구에서는 기존 연구결과를 바탕으로 수평한 붐관에 이송되는 입제 비료를 포장으로 살포하기 위해서는 그림 2-(c) 와 깉이 분두 내에 수집판과 반대의 방향으로 입제가 살포되기 위해서 반사판이 있는 형상으로 설계하여야 한다고 판단하였다.
본 연구에서는 살포폭을 좌우붐으로 구분하고 각 붐을 두개의 구간으로 나누어 모두 4개의 구간을 설정하고 한 구간에 3개의 분두를 부착하여 균등한 살포형을 얻고자 하였다. 그림 6은 하나의 붐섹션의 구성을 나타낸 것이다.
본 연구에서는 송풍식 입제 변량살포기의 핵심부인 공기이송 붐살포기에 적용할 분두를 개발하고 살포율의 변화에 크게 영향을 받지 않고 균등하게 살포할 수 있는 분두시스템을개발하여 살포성능을 분석하고자 하였다.

가설 설정

성분비율에 따라 결정된다. 논에 사용되는 지대 및 논유형별 표준시비 기준은 염해지를 제외한 일반지역에서 10a당 질소의 성분시비량을 분시율 50:25:25로 가정하여 기비살포시 1N을 6 kg/10a로 정하였다. 또한 처방지도를 0.

제안 방법

하나의 붐섹션에서 바람이 불어오는 쪽의 첫 분두를 1번, 관의 마지막에 설치된 분두를 3번이라고 정하였다. 각 분두의 수집판 삽입길이 조합별 조건에서 살포높이는 80 cm로 하였고, 살포시간은 30초로써 3반복 실험하여 살포 균등도를 분석하였다.
분두이다. 관 내부로 수집판을 삽입하여 그 길이를 조절할 수 있게 하였으며, 충돌된 입제비료가 포장으로 살포되도록 하였다. 이 입제살포기로 살포 균등도를 국산 복합비료로 살포 균등도를 예비 실험한 결과, 변이계수가 55%로 정밀농업용으로 사용하기에는 부적합할 것으로 판단되었다.
송풍식 입제살포기의 배출부로 채택된 홈 롤러 배출장치의 입제 배출특성을 구명하여 살포요구량을 얻을 수 있는 홈 열림 정도와 롤러 회전속도를 결정하였다. 분두살포패턴 실험결과를 바탕으로 분두의 형태와 크기, 붐의 배치간격, 살포높이 등 송풍식 입제살포기의 최적살포조건을 결정하였다. 그 결과 입제비료의 경우 분두 4조, 분두간격 1.
분얼비나 수비를 살포하는 경우에 살포높이는 벼의 생육에따라 달라지므로 살포높이에 따른 균등도 실험을 수행하였다. 살포높이는 벼 재배 중에 작물의 높이와 승용관리기의 최저지상고를 고려하여 40 cm, 50 cm, 60 cm, 70 cm, 80 cm로 하였고 살포시간은 30초 3회 반복하였다.
수행하였다. 살포높이는 벼 재배 중에 작물의 높이와 승용관리기의 최저지상고를 고려하여 40 cm, 50 cm, 60 cm, 70 cm, 80 cm로 하였고 살포시간은 30초 3회 반복하였다.
송풍식 입제살포기의 배출부로 채택된 홈 롤러 배출장치의 입제 배출특성을 구명하여 살포요구량을 얻을 수 있는 홈 열림 정도와 롤러 회전속도를 결정하였다. 분두살포패턴 실험결과를 바탕으로 분두의 형태와 크기, 붐의 배치간격, 살포높이 등 송풍식 입제살포기의 최적살포조건을 결정하였다.
수집판의 삽입길이별 실험 결과를 바탕으로 삽입 길이를각각 분두1에서는 30 mm, 분두2에서는 50 mm로 고정하였고, 살포높이를 40 cm, 50 cm, 60 cm, 70 cm, 80 cm로 달리하여 배출장치의 배출율을 47 g/sec로 하였을 때 살포 균등도를 측정하였다. 공시 재료로 선정한 두 종류의 입제 비료는같은 살포 특성이 나타남을 볼 수 있었으며 살포높이가 증가할수록 이웃한 분두에서 중첩이 이루어져 살포높이가 낮을 때 보다 균등성은 좋아짐을 볼 수 있었다.
입제 비료의 살포 균등도 분석을 위해 그림 7과 같이 패터네이터를 이용하여 30 cm 간격으로 수집통에 수집된 입제 비료량을 측정하여 측정값의 평균과 표준편차를 구한 다음, 식 (1)을 이용하여 변이계수를 구하여 균등도를 분석하였다.

대상 데이터

공시 입제 비료는 상표명이 신세대(Shinsedea, N:P:K= 22:12:12)와 슈퍼21(Super21, N:P:K=21:17:17)였다. 비료의 물성과 물성 측정방법은 Seo 등(2004)이 보고된 것과 동일하였다.
설계한 분두는 붐관내에 이송되는 입제가 분두내로 안내될 수 있도록 폭 35 mm, 두께 0.6 mm의 수집판과 분두의 좌우로 살포되도록 반사판을 갖추었다. 수집판은 삽입길이를 조절하여 배출되는 입제 비료량을 조절하며 반사판은 모서리에 입제가 충돌하여 반대방향으로 이동하게 한 것이 기존의 분두와 다른 점이다.

데이터처리

두 종류의 비료, 시간당 살포율 5단계, 수집판 삽입길이 조합별 4조건에 살포 실험에 대해서 평균 변이계수를 구한 자료들 바탕으로 삼원변량분석(three-way ANOVA)을 한 결과를 표 3에 나타내었다. 이상적인 살포기가 되려면 비료의 종류나 시간당 살포율에 관계없이 균등한 살포형을 갖추어야한다.
하나의 붐섹션에 분두 3개를 부착하여 80 cm의 살포높이에서 비료 살포량 변화, 수집판 삽입길이 조합별, 비료 종류에 대해서 살포 실험을 하였을 때 어떤 인자가 살포 균등도에 영향을 주는지 고찰하였다 표 2와 같이 수집판 삽입길이 조합별 4조건과 비료의 시간당 살포율 5단계(23.5 g/sec, 47 g/sec,70.5 g/sec, 100.8 g/sec, 111.4 g/sec), 그리고 두 종류의 비료(신세대, 슈퍼21)에 대해서 3회 반복으로 살포 실험을 실시하여 얻은 변이계수를 통계처리 프로그램인 MINITAB(MINITAB Inc., V14.1)을 이용하여 삼원변량분석(three-way AN0VA)을 하였다.

이론/모형

4 g/sec로 모두 5단계로 변화시켰다. 살포 균등도 분석은변이계수(Coefficient of Variation, CV)를 사용하여 평가하였다. 변이계수는 살포형에서 단위폭당 살포량의 표준편차를 평균으로 나눈 값으로 완전히 균일한 경우 변이계수는 0이되며 변이계수가 작을수록 균등하다고 볼 수 있다.

성능/효과

A와 B 조건은 시간당 살포율이 증가하더라도 변이계수의 변화가 완만하게 증가하나 살포기에 적용하기에는 변이계수가 커서 적합하지 않다. C 조건에서 가장 우수한변이계수를 보이나 시간당 살포율이 증가함에 따라 살포 균등도가 떨어짐을 알 수 있었다. D조건에서는 살포율이 증가함에 따라 변이계수가 완만하게 커지고 있고, 다른 조건보다도 시간당 살포율 변화에 따른 살포 균등도가 양호하였다.
측정하였다. 공시 재료로 선정한 두 종류의 입제 비료는같은 살포 특성이 나타남을 볼 수 있었으며 살포높이가 증가할수록 이웃한 분두에서 중첩이 이루어져 살포높이가 낮을 때 보다 균등성은 좋아짐을 볼 수 있었다. 그림 13과 14는 살포높이가 40 cm, 70 cm에서 살포 형태를 나타낸 것으로 살포높이 40 cm 일때 신세대 비료의 변이계수는 57%, 슈퍼21은 57.
분두살포패턴 실험결과를 바탕으로 분두의 형태와 크기, 붐의 배치간격, 살포높이 등 송풍식 입제살포기의 최적살포조건을 결정하였다. 그 결과 입제비료의 경우 분두 4조, 분두간격 1.0 m, 작업살포폭 4 m, 살포높이 0.8 m, 송풍속도 30-32 m/s의 조건으로 실험하였을 시 변이계수를 20.2% 얻었으며 비교적 균일한 살포로 평가하였다.
3%의 가장 좋은 변이계수를 보였다. 그러나 변이계수를 기준으로 보면 C 조건이 D 조건에 비해 양호한 균등도를 나타내지만 이상적인 살포기의 조건으로 보면 시간당 살포율에 상관없이 균등 살포가 가능해야 하므로 C 조건보다는 D 조건으로 비료살포기를 개발하는 것이 타당하다. 그러나 살포 균등도가 낮다는 문제는 붐섹션에 부착되는 분두의 개수를 늘리는 것으로 해결이 가능하다고 판단되었다.
이상적인 살포기가 되려면 비료의 종류나 시간당 살포율에 관계없이 균등한 살포형을 갖추어야한다. 그러나 통계분석 결과 시간당 살포율의 증가에 따른 변이계수 변화는 1% 유의수준에서, 수집판 삽입길이는 변이계수 변화도 고도의 유의함을 알 수 있었다. 결과에서 알 수 있듯이 비료의 종류에 무관하게 시간당 살포율과 수집판 삽입길이 조건에 따라 변이계수에 영향을 미치므로 보다 좋은 균등도를 얻고자 한다면 시간당 살포율의 변화에 따라 각 분두의 수집판의 삽입길이도 조절해 주어야 한다.
D조건에서는 살포율이 증가함에 따라 변이계수가 완만하게 커지고 있고, 다른 조건보다도 시간당 살포율 변화에 따른 살포 균등도가 양호하였다. 변이계수를 기준으로 보면 C 조건이 D 조건에 비해 양호한 균등도를 나타내지만 이상적인 살포기의 조건으로 보면 시간당 살포율에 상관없이 균등 살포가 가능해야 하므로 C 조건보다는 D 조건으로 비료살포기를 개발하는 것이 타당하다. 다만 살포 균등도가 낮다는 문제는 붐섹션에 부착되는 분두의 개수를 늘리는 것으로 해결이 가능하다고 판단되었다.
본 연구결과 수평붐에서 공기이송식 비료살포기에 적합한 새로운 형태의 분두가 개발되었다. 개발된 분두는 붐관내에 이송되는 입제가 분두내로 안내될 수 있도록 수집판과 분두의 좌우로 살포되도록 반사판을 갖추었다.
5 g/sec, 살포높이 80 cm 일때, 비료를 살포하였을 때 살포형을 나타낸 것이다. 비료를 30cm 간격으로 수집하여 변이계수를 구하였을 때 23.4%로 가장 좋은 균등한 살포형을 나타냈고, 111.4 g/sec일 때 57.8%의 값으로 가장 균등도가 낮았다. 그림 9는 같은 조건에 슈퍼 21을 사용하였을 때 살포형을 나타낸 것이다.
수집판 삽입길이의 C조건에서 슈퍼21의 비료를 사용하여 살포높이 80 cm에서 시간당 살포율 23.5 g/sec일 때 23.3%의 가장 좋은 변이계수를 보였다. 그러나 변이계수를 기준으로 보면 C 조건이 D 조건에 비해 양호한 균등도를 나타내지만 이상적인 살포기의 조건으로 보면 시간당 살포율에 상관없이 균등 살포가 가능해야 하므로 C 조건보다는 D 조건으로 비료살포기를 개발하는 것이 타당하다.
것이다. 시간당 살포율이 47g/sec일 때 변이계수는 29.8%로 가장 균등한 살포형을 나타냈고, 111.4 g/sec일 때 37.6%의 값으로 가장 균등도가 낮았다. 그림 11는 같은 조건에서 슈퍼21을 살포하였을 때 살포형으로 시간당 살포율이 23.
50 kg/ha, 150 kg/ha, 250 kg/ha였다. 실험결과 변이계수는 10~ 15%의 분포를 보였다. 그러나 살포량을 제어하면서 살포할 때의 효과적인 살포폭은 24 m, 이때의 변이계수는 15%였다.
관 내부로 수집판을 삽입하여 그 길이를 조절할 수 있게 하였으며, 충돌된 입제비료가 포장으로 살포되도록 하였다. 이 입제살포기로 살포 균등도를 국산 복합비료로 살포 균등도를 예비 실험한 결과, 변이계수가 55%로 정밀농업용으로 사용하기에는 부적합할 것으로 판단되었다.
하나의 붐세셕에 3개의 분두를 부착하여 살포시스템을 구성하여 살포 실험을 하여 두 종류의 비료 배출장치의 배출율, 수집판 삽입길이별에 따른 변이계수와의 관계를 분석한 결과, 시간당 살포율의 증가에 따른 변이계수 변화는 1% 유의수준에서 수집판 삽입길이는 변이계수 변화도 0.0%로 고도의 유의함을 알 수 있었다. 따라서 비료의 종류에 무관하게 시간당 살포율과 수집판 삽입길이 조건에 따라 변이계수에 영향을 미치므로 보다 좋은 균등도를 얻고자 한다면 살포율의 변화에 따라 각 분두의 수집판의 삽입길이도 조절해주어야 한다.

후속연구

그러나 통계분석 결과 시간당 살포율의 증가에 따른 변이계수 변화는 1% 유의수준에서, 수집판 삽입길이는 변이계수 변화도 고도의 유의함을 알 수 있었다. 결과에서 알 수 있듯이 비료의 종류에 무관하게 시간당 살포율과 수집판 삽입길이 조건에 따라 변이계수에 영향을 미치므로 보다 좋은 균등도를 얻고자 한다면 시간당 살포율의 변화에 따라 각 분두의 수집판의 삽입길이도 조절해 주어야 한다. 다만 비료의 종류는 유의성 있는 차이를 보이지 않으므로 입제의 종류에 따른 별도의 분두의 수집판 삽입길이 조정은 불필요한 것으로 판단되었다.

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