Misurare l'umidità delle balle in tempo reale

Conoscere l'umidità del foraggio in tempo reale è fondamentale per scegliere se e quanto conservante utilizzare, quanto vapore aggiungere al fieno molto secco e per prevedere gli effetti sulla qualità del foraggio. Il campionamento continuo e in tempo reale dell'umidità offre i vantaggi di un campionamento robusto con molti punti e grandi volumi di fieno o foraggio.

La maggior parte dei produttori di apparecchiature misura il contenuto di umidità nel fieno durante l'imballaggio utilizzando metodi di conducibilità elettrica. La spettroscopia di riflettanza nel vicino infrarosso (NIRS) e la geometria di trasmissione a microonde sono metodi alternativi. Diamo un'occhiata a come viene determinata l'umidità del foraggio in tempo reale e per quale scopo nelle grandi presse rettangolari.

Conducibilità elettrica

Le ruote a forma di stella sono montate su una pressa per fieno, in modo tale che le punte delle ruote a forma di stella sporgano nel fieno che viene imballato e che avanza attraverso la pressa. Nel caso di balle a blocchi rettangolari, le punte penetrano preferibilmente tra steli paralleli del fieno compressi nella forma della balla e sono azionati in rotazione dal fieno in movimento. Due ruote a stella da 7 pollici si trovano direttamente dietro i legatori e hanno una disposizione non conduttiva che isola elettricamente le due ruote a forma di stella l'una dall'altra e dal telaio metallico della pressa.

La conducibilità elettrica viene misurata da una ruota attraverso la parte superiore della balla all'altra ruota. In questa posizione, le ruote sono a contatto con il 10 percento del materiale nella balla. Poiché il meccanismo di alimentazione della pressa mescola l'andana alimentata nella camera di pressatura, queste ruote vedono un buon campione dell'umidità composita che viene imballata, compresi la parte superiore e inferiore, il centro ed entrambi i lati dell'andana. L'umidità è stimata dalle calibrazioni dalla conducibilità tra le ruote, mentre la velocità di pressatura è monitorata dalle loro rivoluzioni.

La lettura può controllare altri processi come l'applicazione di conservanti o fornire segnali alternativi come un suono o un'indicazione visiva (ad esempio una luce lampeggiante). Le letture sono accurate tra il 7 e il 70 percento di umidità. L'acqua pura è un isolante e quindi si basa sugli ioni nell'acqua per condurre l'elettricità. Questi ioni provengono prevalentemente dai sali minerali nel fieno o nel foraggio, che possono variare.

Analisi NIRS

La spettroscopia di riflettanza nel vicino infrarosso è lo studio dell'assorbimento della luce del vicino infrarosso (energia) da parte delle molecole. In pratica, il sensore emette una luce infrarossa mentre il fieno passa attraverso la camera di pressatura e misura la luce riflessa dal campione. L'umidità nel campione assorbirà parte della luce e, quindi, ci sarà meno luce riflessa al sensore. La misurazione della quantità di luce assorbita consente di calcolare la quantità di umidità nel campione.

I metodi NIRS si basano su calibrazioni derivate dalla chimica di laboratorio, ma l'analisi NIRS può stimare l'umidità e molti valori nutritivi con una sola scansione. NIRS è rapido ma predice l'umidità istantaneamente solo da un piccolo diametro di materiale superficiale. È fortemente influenzato dalla dimensione delle particelle e dagli effetti ambientali ambientali, quindi il suo adattamento per l'applicazione su presse non è comune. Mantenere una lente pulita e antigraffio è un problema importante per i NIRS in tempo reale.

Il NIR in tempo reale è particolarmente utile quando si utilizzano campioni né essiccati né macinati e ha il potenziale per misurare l'umidità con ragionevole precisione; può anche rilevare i cambiamenti in altri nutrienti come proteine ​​e fibre. Poiché il picco di umidità è dominante negli spettri NIR, è un valore abbastanza facile da misurare.

Misurazione del microonde

Richard Kelly, Vomax Instrumentation in Australia, è lo sviluppatore di questa tecnologia basata sull'agricoltura. Sebbene esistano diversi trasmettitori a microonde prodotti dall'industria, conosco solo due fonti di strumenti con calibrazioni per il fieno:Vomax Instrumentation (Gazeeka) e DSE dalla Danimarca venduti da Harvest Tec negli Stati Uniti.

Come vengono utilizzate le microonde per misurare il contenuto di umidità? Kelly spiega:

"Misurare l'umidità su una pressa per fieno utilizzando le microonde richiede un'antenna per emettere le microonde, che è tipicamente nella banda senza licenza industriale, scientifica, medica (ISM) di 2,4 Gigahertz. La costante dielettrica è la capacità di un materiale di immagazzinare energia in un breve lasso di tempo. Vomax ha condotto esperimenti su balle di fieno molto secco, compresi gli intercapedini nelle grandi balle quadrate, e ha determinato un dielettrico tipico di circa 2.

"Al contrario, l'acqua ha un dielettrico di 80. La ragione per cui il dielettrico dell'acqua (80) è così alto è che le molecole d'acqua sono bipolari e quindi sono molto più facilmente 'eccitate' dalle onde elettromagnetiche rispetto alla stragrande maggioranza di quelle comunemente trovate materiali che non sono bipolari (come le molecole non d'acqua nel fieno). Più alto è il dielettrico, più l'energia delle microonde viene assorbita e più le microonde si muovono attraverso il materiale.

“L'aria viene utilizzata come dielettrico di riferimento di 1. Innanzitutto la lettura dell'aria viene sottratta dal segnale a microonde (tarato), quindi la lettura a microonde rimanente è solo la variazione del segnale a microonde causata dalla sola balla di fieno. I valori delle microonde solo per la balla vengono quindi inseriti in un algoritmo matematico che converte le letture delle microonde della balla in un valore di umidità. Questo processo viene in genere eseguito 50 volte al secondo per cinque secondi, quindi la media di tutti questi valori viene memorizzata pronta per essere visualizzata dall'operatore della pressa.

"L'algoritmo da microonde a umidità deriva da anni di misurazioni di molte microonde in balle di fieno, quindi prelevando molti campioni di carote dalle stesse balle e analizzandoli per il contenuto di umidità in laboratorio. Viene quindi eseguita un'analisi di regressione confrontando le letture delle microonde con i risultati di laboratorio per determinare l'algoritmo di calibrazione. In poche parole, stiamo misurando la quantità di molecole d'acqua che si trovano nel fieno rispetto a una lettura dell'aria essenzialmente dello 0 percento di umidità.

“Le onde elettromagnetiche a bassissima energia/alta frequenza vengono trasmesse tra due antenne posizionate in una configurazione senza contatto per facilitare il funzionamento. L'"area" di misurazione è di circa un piede quadrato attraverso la balla a livelli di potenza inferiori agli standard stabiliti per i telefoni cellulari."

Posizione del dispositivo antiumidità

Jeff Roberts di Harvest Tec Inc. ha collaborato con DSE Test Solutions della Danimarca per individuare i sensori a microonde nell'area di precompressione della pressa per ridurre il tempo di ritardo tra la lettura dell'umidità e la raccolta della pressa. Ciò può essere particolarmente utile se le letture dell'umidità vengono utilizzate per controllare l'applicazione di conservanti in condizioni di campo altamente variabili. Tuttavia, non sono a conoscenza di studi che valutino l'accuratezza del microonde in questa posizione con parametri probabilmente più variabili.

Peder Lomborg, CEO di DSE, afferma:"Misuriamo l'umidità delle balle in molti impianti di lavorazione della biomassa in Europa dal 1996. È stata una vera sfida far funzionare il rilevamento a microonde nella camera di precompressione e la collaborazione tra gli ingegneri di Harvest Tec e di DSE Test Solutions è stato condotto in modo serio e dedicato. I sensori a microonde saranno ora disponibili per il montaggio nella camera di precompressione sul mercato per la prima volta nel 2017".

Panoramica dei metodi

Seleziona un metodo che soddisfi gli obiettivi della tua operazione. Ci sono vantaggi e svantaggi per ogni metodo. La tabella riassume gli attributi per ciascun sistema.

I produttori dovrebbero valutare cosa vogliono dal monitoraggio dell'umidità durante l'imballaggio. Anche con fieno uniforme c'è almeno il 2% di variazione di umidità in ogni andana di fieno messa nella balla. Se il produttore vuole semplicemente guardare e assicurarsi che ci sia pochissimo fieno messo su oltre il 16 percento per evitare danni da calore nei suoi mucchi, un sistema di rilevamento che controlla tutto il fieno e mantiene tali informazioni davanti al produttore durante il funzionamento è in funzione per fare il lavoro.

Se un'operazione si basa per la maggior parte del tempo sulla conservazione e presenta variazioni di campo significative nel terreno, probabilmente i sensori a microonde situati nella camera di precompressione pagherebbero il loro costo aggiuntivo. Se il fieno viene cotto a vapore, i sensori a microonde situati nella parte posteriore dello scivolo della balla sono gli unici sensori che forniscono letture accurate in modo da aggiungere abbastanza, ma non troppo vapore.

Il passo successivo nella misurazione dell'umidità in linea nelle balle di fieno consiste nel misurare l'umidità legata (stelo) e l'umidità libera (rugiada) in modo indipendente.

Dichiarazione di non responsabilità:i prodotti citati non sono un elenco completo ma sono alcuni dei tester di umidità più comunemente utilizzati. La menzione di un nome commerciale o di un prodotto proprietario non costituisce un avallo di quel prodotto rispetto a unità simili di altri produttori.