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Agricola

Microsistema para deteccion de temperatura, humedad y contaminacion para silos de cereales y/o plantas industriales de granjas pequeñas y medianas.

2006-2008

Coordinador

Sitex 45

Consorcio

IMT Bucharest
Universidad Politecnica Bucharest

Proyecto

La aplicacion que se obtendra con la investigacion se refiere a la realizacion de un microsistema para la deteccion de humedad, temperatura y contaminacion para silos de cereales y/o plantas industriales de granjas pequeñas y medianas.
El microsistema señala con luces cuando los niveles llegan a un determinado limite de peligro para la calidad del producto y para la seguridad de las personas que acceden al silo. En el primer caso se analiza la correlacion parametrica de humedad y temperatura que puede provocar la aparicion de substancias dañinas, hongos y fermentacion del cereal o provocar daños en la planta industrial. En el segundo caso se señala cuando se traspasa la cota de peligro para la contaminacion de gases (Cox, CH4, etc) que se encuentran en los silos.
Analisis del Instituto de Economia Agraria demuestran que la mayoria de alimentos se conservan mejor a temperaturas bajas y, aunque los cereales no son igual de perecederos que la mayoria de productos alimentarios, es beneficiosa tambien una temperatura baja para su mejor conservacion. A estas temperaturas no tan solo se inhibe el desarrollo de hongos sino de muchas mas infestaciones dañinas. De acuerdo con Burges y Burrell (1964) la refigeracion de los cereales a la temperatura de 17 grados corta el ciclo de reproduccion de los insectos dañinos para los cereales, impidiendo su multiplicacion y la degradacion de la calidad de los cereales.
El desarrollo de microorganismos normalmente se acelera con el augmento de temperatura. Se estima un crecimiento de dos a cinco veces mas de la poblacion de microorganismos con cada subida de 10 grados de temperatura, si esta no traspasa la temperatura maxima para el desarrollo de hongos. Existen numerosas especies de hongos en los depositos, pero en general, la temperatura optima para su desarrolo se encuentra entre 23 y 40 grados. Otros microorganismos que viven en depositos, como los actinomicelidos y bacterias termofilas pueden desarrollarse a temperaturas mayores. Si la humedad de los cereales es grande, los microorganismos se pueden desarrollar incluso a temperaturas de 65 o 70 grados. El calor resultante en el proceso de respiracion de los hongos y otros microorganismos determina el augmento de la temperatura en la masa del producto, hecho que conduce a la aceleracion del desarrollo de los microorganismos.
Las temperaturas no uniformes en la masa de cereales provoca la formacion de corrientes de aire de conveccion y determina la migracion de la humedad. Esta constituye un problema mas si consideramos el caso de zonas en las que se registran grandes variaciones de temperatura entre las diferentes estacines del año. En general la humedad presente en el aire caliente es mayor que la que encontramos en el aire frio, las corriente de aire convectivo toman la humedad de la masa de producto con mayores temperaturas. Cuando la corriente de aire pasa por la masa de producto con menor temperatura se enfria, pero su humedad relativa crece hasta el punto en el que se produce una transferencia de humedad del aire a la masa de producto. Si las diferencias de temperatura son lo suficientemente grandes, el vapor de agua se condensa sobre el cereal frio. En otoño e invierno la masa de producto que se encuentra rozando las paredes y bajo el techo es mas fria, la masa de producto que se encuentra en el centro tiene mayor temperatura, el aire cargado de humedad augmenta y traspasa el estrato de producto mas frio. Luego la corriente de aire se desplaza hacia abajo cerca de las paredes para sustituir el volumen de aire calido del centro cerrando el ciclo de conveccion. El trigo es mas resistente a la circulacion del aire y normalmente es depositado con una humedad menor que por ejemplo el maiz. Hellevang y Hirning (1988) han demostrado que en el caso del trigo depositado en verano en Dakota del Norte, la humedad crece hasta el 0,45% en el estrato de producto que se encuentra bajo el techo. En simulaciones de laboratorio se han evidenciado augmentos similares de la humedad.
Los productos agricolas son recolectados frecuentemente con valores de humedad mayores a los establecidos para el comercio. Cualquier porcentaje de humedad añadido a un producto seco conlleva el augmento del producto vendido. Añadir directamente agua en el producto se considera una infraccion en USA. No se ha estudiado aun el añadido de agua a traves de transferencia de humedad
En el caso de productos recolectados en el periodo frio existe la opcion de almacenarlos en estado humedo con ayuda de aireacion. Por ejemplo, el maiz se puede almacenar con valores altos de humedad con la condicion de que sea enfriado y guardado a temperaturas inferiores a 10 grados. El periodo de almacenamiento del maiz depende de la humedad, temperatura y caracteristicas fisicas del mismo. En general, cuanto mas baja es la temperatura mas alta puede ser la humedad. En la zona del cinturon del maiz en Estados Unidos es habitual que se guarde el maiz en el periodo de invierno con una humedad del 16% al 18%. Muchos silos utilizan cereales con mayor humedad para disminuir las variaciones de la misma en las cantidades recibidas diariamente en periodo de recogida. Si el maiz se enfria rapido por aireacion a temperaturas inferiores a 10 grados, se puede guardar algunos dias con una humedad de 24% o 26% hasta que entre en el secador.
En conclusion, determinar el nivel limite para la temperatura en el caso de cereales almacenados viene ligado a la estacion del año y al nivel de humedad. Con este objetivo, nuestro microsistema ha sido reglado para dar la alarma cuando la temperatura y la humedad estan en correlacion y ligadas a la estacion del año (se puede hacer, al mismo tiempo, un arreglo de nivel para cada tipo de cereal almacenado).
Es conocido el hecho que debido a la degradacion del producto almacenado existe la posibilidad de acumulacion de gases toxicos en la parte superior del silo (en especial COx y NOx, en funcion del producto almacenado). Estos gases representan un peligro para las personas que acceden al silo para realizar operaciones de carga y descarga. Por este motivo el microsistema realiza tambien deteccion de niveles de gases toxicos para advertir de la necesidad de ventilacion. Sin embargo no es necesario determinar el tipo de gas, por este motivo se utilizaran sensores de gas menos selectivos. Por otra parte se montaran 2 sensores de gas para augmentar la seguridad en la deteccion.
Nuestro procedimiento aborda el problema global (humedad, temperatura y gases) de señalar el traspaso del limite de peligro, de aparicion y desarrollo de sustancias dañinas (hongos, fermentacion o emisiones de gas Cox,CH4,NOx), por el hecho de que es simple y maniobrable.
El objetivo de esta aplicacion es monotorizar las condiciones de almacenamiento de cereales en silos de granjas privadas pequeñas, aunque incrementando el numero de puntos de medida se puede aplicar en silos industriales.
La aplicacion monotoriza la temperatura y la humedad correlacionadas, para determinar las condiciones de almacenamiento del silo. Por tanto, en verano es importante que la humedad no supere valores de 24% o 26%, y la temperatura no traspase los 23 grados, ya que sino los cereales almacenados en silos pueden estar en peligro de ser infestados con insectos dañinos, hongos o empiece la fermentacion.
Si la temperatura cae bajo cero, es importante que la humedad no supere valores de 24%. Es decir, en verano (cuando la temperatura es superior a 0 grados) se controlan dos parametros: temperatura y humedad, y en caso de superar algun valor critico se encendera la señal luminosa. En el periodo de invierno se controlara tan solo la humedad y, en caso de superar algun valor critico se encendera la señal luminosa.
La aplicacion utilizara dos sensores de gas identicos ya que utilizando solo uno existe el riesgo de que se estropee y se ponga asi en peligro la vida de quienes acceden al silo.
Monotorizando las condiciones del silo (temperatura, humedad y gases CO, HOx) se pueden mejorar las condiciones calitativas de los cereales o plantas almacenadas, ademas, prevenimos de posibles intoxicaciones con gas a las personas que acceden al silo.
La señal luminosa es suficiente ya que indica el momento de verificacion del almacenamiento y las acciones de aviso de posible peligro; por ejemplo: la aireacion para disminuir la temperatura, descontaminacion contra insectos dañinos, airear el silo para eliberar el gas peligroso contenido en el silo.

Los sensores utilizados tienen la siguiente sensibilidad:
1. El sensor de temperatura determinara la temperatura en el intervalo -50 / 150 °C con una precision de ±0.6 grados. La resolucion es de 0.2 °C.
2. El sensor de humedad determinara la humedad en el intervalo 0 / 100 %. La precision sera de ±2% para un intervalo de 20 / 80 % y de 3% para el intervalo 0 / 20% y 80 / 100%. La resolucion sera de 0.4%
3. El sensor de gas trabajara hasta el valor de 100ppm.
El esquema del sistema de monotorizacion viene dado en la Figura 1.
Junto a este desarrollo de producto ha sido realizada una investigacion tecnologica para la realizacion de un microtraductor de humedad, temperatura y quimica en substrato piezoelectrico

Resultados

El modo de atribuir y explotar los derechos de propiedad (intelectual, de propiedad, difusion, comercializacion etc.) dependera de los resultados del proyecto. Dichos derechos estan establecidos por acuerdo entre las partes del modo siguiente:
* Cada socio tiene todos los derechos sobre el producto, la tecnologia, los procesos tecnologicos individuales desarrollados (patente o no, pero siempre de acuerdo con todas las partes)
* El coordinador es el unico que tiene derecho de valorar industrialmente y comercializar el producto.
*Los derechos derivados de la invencion en el caso de la valorificacion industrial seran establecidos antes de finalizar el proyecto a traves de un protocol y constaran de un tanto por ciento de las ventas.
* Los socios tienen derecho exclusivo a hacer uso del producto y compartir este derecho sera establecido por el coordinador del proyecto.
* Los sensores de temperatura, humedad y gas son dispositivos cautivos y pertenecen a IMT Bucuresti.
* El pronostico respecto a la implementacion del proyecto (seran precisados los indicadores cuantitativos, especificaciones del proyecto, que aseguren la implementacion de los resultados propuestos por el Programa de Estrategia 2007 - 2013) hasta el informe de las implicaciones economicas (maximo 12-14 meses).
La implementacion del proyecto sera finalizada en 12 meses a traves de:
* La realizacion de la serie 0
* La homologacion del producto
* La finalizacion de la documentacion de fabricacion
* La realizacion de un estudio de marketing con el producto y preparacion de una lista de beneficiarios
* Implementacion de pequeña produccion
* Analisis del mercado internacional
* Realizacion de una red de servicio
* Diseminacion del producto y implementacion del catalogo

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