«Proiecte«

Agricola

Microsistem pentru detectie umiditate, temperatura si noxe in silozuri de stocare a cerealelor si/sau plantelor industriale pentru ferme mici-mijlocii

2006-2008

Coordinator

Sitex 45

Parteneri

IMT Bucuresti
Universidad Politecnica Bucuresti

Proiect

Aplicatia obtinuta in urma cercetarii se refera la realizarea unui microsistem pentru detectie umiditate, temperatura si noxe in silozuri de stocare a cerealelor sau/si a plantelor industriale in ferme mici/mijlocii.
Microsistemul semnalizeaza luminos atingerea pragurilor de pericol pentru calitatea produselor stocate si pentru siguranta persoanelor care acceseaza silozul. In primul caz se analizeaza corelat parametrii de umiditate si temperature care pot provoca aparitia de daunatori, fungi si fermentatie a cerealelor si/sau plantelor industriale stocate. In al doilea caz se semnalizeaza depasirea cotelor de pericol pentru noxe gazoase (Cox,CH4,etc) aflate in siloz.
Analize ale Institutului de Economie Agrara arata ca aproape toate alimentele se pastreaza mai bine la temperaturi mai scazute si desi cerealele nu sunt la fel de perisabile ca majoritatea produselor alimentare, totusi temperaturile scazute de depozitare sunt benefice. La aceste temperaturi este inhibata nu numai dezvoltarea mucegaiurilor, ci si infestarea datorita daunatorilor. Conform Burges si Burrell (1964) racirea cerealelor la temperaturi de pana la 17oC inhiba suficient de repede ciclul de dezvoltare al insectelor daunatoare cerealelor, astfel incat acestea nu se mai pot inmulti si nu mai degradeaza calitatea cerealelor.
Dezvoltarea microorganismelor este de obicei accelerata prin cresterea temperaturii. Se estimeaza o crestere de doua pana la cinci ori a populatiilor de microorganisme pentru fiecare crestere cu 10oC a temperaturii, daca valoarea temperaturii nu depaseste valoarea optima pentru dezvoltarea mucegaiurilor. Exista numeroase specii de mucegaiuri de depozit, iar domeniul lor optim de temperaturi este cuprins intre 23- 40oC. Alte microorganisme de depozit, cum ar fi actinomicetele si bacteriile termofile au domenii optime de temperatura mai mari; daca umiditatea cerealelor este foarte mare, microorganismele se pot dezvolta la temperaturi de pana la 65 - 75oC. Caldura rezultata din procesul de respiratie a mucegaiurilor si altor microorganisme de depozit determina cresterea temperaturii in masa produsului, ceea ce duce la accelerarea dezvoltarii microorganismelor.
Temperaturile neuniforme din masa de cereale duc la formarea de curenti de aer de convectie care determina migrarea umiditatii. Aceasta constituie o problema mai ales in cazul zonelor in care se inregistreaza variatii mari de temperatura de la un anotimp la altul.Deoarece umiditatea aerului cald este mai mare decat a aerului rece,curentii de aer convectivi preiau umiditatea din masa de produs cu temperatura mai mare. Cand curentul de aer trece prin masa de produs cu temperatura mai mica se raceste, iar umiditatea sa relativa creste pana la punctul la care are loc transferul de umiditate de la aer la masa de produs. Daca diferentele de temperatura sunt suficient de mari, vaporii de apa condenseaza pe cerealele reci. Toamna si iarna masa de produs aflata langa peretii celulei si sub acoperis este mai rece, masa de produs din mijlocul celulei avand temperatura mai mare Aerul incarcat cu umiditate se ridica, trece prin stratul de produs mai rece unde lasa umiditatea. Apoi curentul de aer se deplaseaza in jos pe langa peretele celulei pentru a inlocui volumul de aer cald din centrul celulei, in felul acesta inchizandu-se ciclul de convectie. Graul este mult mai rezistent la circulatia aerului si de obicei este depozitat cu umiditati mai mici decat in cazul porumbului. Hellevang si Hirning (1988) au aratat ca in cazul graului depozitat pe timpul verii in Dakota de Nord, umiditatea creste cu pana la 0,45% in stratul de produs aflat imediat sub acoperis. In urma unor simulari in laborator s-au evidentiat cresteri similare ale umiditatii.
Produsele agricole sunt recoltate frecvent cu umiditati (sau au fost uscate pana la valori ale umiditatii) sub valorile stabilite pentru gradele comerciale. Orice procent de umiditate adaugat peste produsul suprauscat si care este sub valoarea limita a gradului duce la cresterea greutatii produsului vandut. Adaosul direct de apa in produs este considerata infractiune de catre autoritatile SUA. Nu s-a incercat inca  (nu s-a luat in considerare) adaosul intamplator de apa prin transfer de umiditate in timpul aerarii.
In cazul produselor recoltate in perioade reci exista optiunea pastrarii acestora in stare umeda cu ajutorul aerarii. De exemplu,porumbul poate fi pastrat la valori ridicate ale umiditatii cu conditia sa fie racit si pastrat la temperaturi mai mici de 10oC. Perioada pentru care poate fi pastrat porumbul depinde de umiditatea, temperatura si caracteristicile fizice ale acestuia. In general, cu cat temperatura este mai scazuta cu atat umiditatea poate fi mai mare. In zona centurii de porumb a SUA este ceva obisnuit ca porumbul sa fie pastrat de la recoltare si pe perioada de iarna cu o umiditate de 16 - 18%. Multe silozuri sau baze de receptie folosesc cerealele cu umiditate mai mare pentru diminuarea variatiilor de umiditate a cantitatilor receptionate zilnic,normale in perioada recoltarii. Daca porumbul este racit rapid prin aerare la temperaturi mai mici de 10oC, poate fi pastrat cateva zile cu o umiditate de pana la 24 - 26% pana sa intre in uscator.
In concluzie, determinarea pragurilor de alarmare pentru temperatura in cazul dat al cerealelor si plantelor industriale stocate este legata de anotimp si de nivelul de umiditate. In acest scop in cazul microsistemului nostru s-a optat pentru o alarmare in care temperatura si umiditatea sunt corelate si legate de anotimp (se poate face in acelasi timp si o ajustare de prag pentru tipul de cereala stocat)
Este cunoscut faptul ca datorita degradarii produselor stocate exista posibilitatea acumularii de gaze toxice in partea superioara a silozului (in special COx si NOx functie de produsul stocat). Aceste noxe prezinta pericol pentru persoanele care acceseaza silozul pentru operatii de incarcare/descarcare. Din acest motiv microsistemul face si detectie de prag pentru gaze toxice pentru a semnaliza necesitatea ventilarii. Deoarece nu este necesara determinarea gazului periculos ci a pericolului se vor folosi senzori de gaze mai putin selectivi. De asemeni datorita gradului sporit de pericol se vor monta in structura redundanta 2 senzori de gaze astfel incat sa creasca siguranta detectiei. 
Procedeul nostru abordeaza problema global (umiditate, temperatura, noxe), semnalizeaza depasirea limitei de pericol- de aparitie si dezvoltare a daunatorilor, fungilor /mucegaiurilor , fermentatie sau/si de depasire a emisiei de noxe (Cox,CH4,NOx), prin faptul ca este simplu si manevrabil.
Scopul acestei aplicatii este acela de a monitoriza conditiile de stocare a cerealelor sau plantelor industriale in silozurile fermelor private mici dar prin cresterea numarului de puncte de masura se poate aplica si la silozurile industriale
Aplicatia monitorizeaza temperatura si umiditatea corelate, pentru a determina conditiile de stocare din siloz. Astfel, pe timpul verii este important ca umiditatea sa nu depaseasca valoarea de 24 – 26%, dar nici temperatura sa nu treaca peste 23°C, pentru ca cerealele sau plantele industriale stocate in siloz sunt in pericol de a fi infestate cu daunatori sau sa dezvolte fungi/mucegaiuri sau sa inceapa fermentarea. Daca temperatura scade sub 0°C este important ca umiditatea sa nu depaseasca valoarea de 24%. Deci: pe timpul verii (cand temperature este peste 0°C) se urmaresc 2 parametri: temperatura si umiditate – iar in cazul depasirii unor anumite valori critice se va semnala luminos; pe timpul iernii se va urmari doar umiditatea, iar in cazul depasirii unei valori critice se va semnala luminos.
Aplicatia va folosi doi senzori de gaz, identici, asigurandu-se astfel redundanta circuitului, pentru a in cazul folosirii numai al unui sensor exista riscul defectarii sensorului si implicit al punerii in pericol a vietii celui care acceseaza silozul.
 Prin monitorizarea conditiilor din siloz  - temperatura, umiditate, noxe (CO, NOx) se pot imbunatati conditiile calitative ale cerealelor sau plantelor stocate, dar vom preveni si posibila intoxicare cu gaze a celor care acceseaza silozul.
Semnalizarea luminoasa este suficienta deoarece indica momentul verificarii stocarii si a actiunilor de inlaturare a pericolelor posibile.Exemplu: aerare pentru scaderea temperaturii, decontaminare impotriva daunatorilor, aerisire a silozului pentru a  preintampina stocarea de gaze periculoase.

Senzorii folositi au o sensibilitate dupa cum urmeaza:
1. Senzorul de temperatura va determina temperature in intervalul -50 – 150 °C cu o precizie de ±0.6°C. Rezolutia este 0.2 °C.
2. Senzorul de umiditate va determina umiditatea in intervalul 0 – 100 %. Acuratetea va fi de ±2% pentru intervalul 20 – 80 % si de 3% pentru intervalul 0 – 20% si 80 – 100%. Rezolutia de 0.4%.
3. Senzorul de gaz va lucra pana la valoarea de 100ppm.
Schema bloc a sistemului de monitorizare este data in Figura 1.
Pe langa aceasta dezvoltare de produs a fost realizata si o cercetare tehnologica privind realizarea de microtraductori de umiditate, temperatura si chimici pe substrate piezoelectrice.

Resultate

Modul de atribuire şi exploatare de către parteneri a drepturilor de proprietate (intelectuală, de producţie, difuzare, comercializare etc.) asupra rezultatelor proiectului.
Modul de atribuire si exploatare de catre parteneri a drepturilor de proprietate este stabilit prin acordul dintre parti dupa cum urmeaza:
* fiecare dintre parteneri are toate drepturile asupra produselor, tehnologiilor, tehnicilor, proceselor tehnologice individuale dezvoltate anterior(brevetate sau nu- dar recunoscute de parti)
* fiecare dintre parteneri are dreptul la brevetarea produselor, tehnologiilor, tehnicilor, proceselor tehnologice individuale dezvoltate de el in cursul proiectului
* Coordonatorul este singurul care are drept de valorificareindustriala/ comercializare a produsului mentionat mai sus
*  Drepturile decurgand din inventii in cazul valorificarii industriale vor fi stabilite inainte de finalizarea proiectului printr-un protocol si vor consta in procente din vanzari.
* Partenerii au drept exclusiv la service-ul produsului si impartirea acestui drept va fi stabilit de catre coodonatorul proiectului
* Senzorii de temperatura/umiditate/gaze sunt dispozitive captive si apartin IMT-Bucuresti
* prognoza privind implementarea proiectului (vor fi  precizaţi indicatori cantitativi, specifici proiectului, care să asigure încadrarea în rezultatele cerute Programului prin Strategia 2007 – 2013) până la raportarea efectelor economice (maxim 12 – 14 luni).
Implementarea proiectului va fi definitivata in 12 luni prin:
* Realizarea seriei zero
* Omologarea produsului
* Finalizarea documentatiei de fabricatie
* Realizarea studiului de marketing cu produs si intocmirea listei de beneficiari
* Inceperea unei productii mici
* Investigarea pietei internationale
* Realizarea retelei de service
* Diseminare produs si foaie de catalog

«Proiecte«