Mesurer l'humidité des balles en temps réel

Connaître l'humidité du fourrage en temps réel est essentiel pour choisir si et combien de conservateur utiliser, la quantité de vapeur à ajouter au foin très sec et pour prédire les effets sur la qualité du fourrage. L'échantillonnage d'humidité en temps réel et continu offre les avantages d'un échantillonnage robuste avec de nombreux points et de grands volumes de foin ou de fourrage.

La plupart des fabricants d'équipement mesurent la teneur en humidité du foin lors de la mise en balles à l'aide de méthodes de conductivité électrique. La spectroscopie de réflectance dans le proche infrarouge (NIRS) et la géométrie de transmission des micro-ondes sont des méthodes alternatives. Voyons comment l'humidité du fourrage en temps réel est déterminée et dans quel but dans les grandes presses à balles rectangulaires.

Conduction électrique

Des roues en forme d'étoile sont montées sur une presse à balles de foin, de telle sorte que les pointes des roues en forme d'étoile dépassent dans le foin mis en balles et progressant à travers la presse à balles. Dans le cas de balles en blocs rectangulaires, les pointes pénètrent de préférence entre des tiges parallèles du foin comprimé dans la forme de balle et sont entraînées en rotation par le foin en mouvement. Deux roues en étoile de 7 pouces sont situées directement derrière les noueurs et ont un agencement non conducteur isolant électriquement les deux roues en forme d'étoile l'une de l'autre et de l'ossature métallique de la presse à balles.

La conductivité électrique est mesurée d'une roue à travers le haut de la balle jusqu'à l'autre roue. Dans cette position, les roues sont en contact avec 10 % du matériau de la balle. Lorsque le mécanisme d'alimentation de la presse à balles mélange l'andain introduit dans la chambre de pressage, ces roues voient un bon échantillon de l'humidité composite pressée, y compris le haut et le bas, le centre et les deux côtés de l'andain. L'humidité est estimée par des étalonnages à partir de la conductivité entre les roues, tandis que le taux de mise en balles est contrôlé par leurs révolutions.

La lecture peut contrôler d'autres processus tels que l'application de conservateur ou fournir des signaux alternatifs tels qu'un son ou une indication visuelle (par exemple, une lumière clignotante). Les lectures sont précises entre 7 et 70 % d'humidité. L'eau pure est un isolant et dépend donc des ions présents dans l'eau pour conduire l'électricité. Ces ions proviennent principalement des sels minéraux du foin ou du fourrage, qui peuvent varier.

Analyse NIRS

La spectroscopie de réflectance dans le proche infrarouge est l'étude de l'absorption de la lumière (énergie) dans le proche infrarouge par des molécules. En pratique, le capteur émet une lumière infrarouge lorsque le foin traverse la chambre de pressage et mesure la lumière réfléchie par l'échantillon. L'humidité de l'échantillon absorbera une partie de la lumière et, par conséquent, il y aura moins de lumière réfléchie vers le capteur. La mesure de la quantité de lumière absorbée permet de calculer la quantité d'humidité dans l'échantillon.

Les méthodes NIRS sont basées sur des étalonnages dérivés de la chimie de laboratoire, mais l'analyse NIRS peut estimer l'humidité et de nombreuses valeurs nutritives avec un seul balayage. Le NIRS est rapide mais ne prédit instantanément l'humidité qu'à partir d'un petit diamètre de matériau de surface. Il est fortement influencé par la taille des particules et les effets environnementaux ambiants, de sorte que son adaptation à l'application de la presse n'est pas courante. Maintenir une lentille propre et résistante aux rayures est un problème majeur pour le NIRS en temps réel.

Le NIR en temps réel est le plus utile lors de l'utilisation d'échantillons ni séchés ni broyés et a le potentiel de mesurer l'humidité avec une précision raisonnable ; il peut également détecter des changements dans d'autres nutriments tels que les protéines et les fibres. Étant donné que le pic d'humidité est dominant dans les spectres NIR, il s'agit d'une valeur assez facile à mesurer.

Mesure des micro-ondes

Richard Kelly, Vomax Instrumentation en Australie, est le développeur de cette technologie basée sur l'agriculture. Bien qu'il existe plusieurs produits émetteurs micro-ondes de l'industrie, je ne connais que deux sources d'instruments avec des étalonnages pour le foin :Vomax Instrumentation (Gazeeka) et DSE du Danemark vendus par Harvest Tec aux États-Unis.

Comment utilise-t-on les micro-ondes pour mesurer la teneur en humidité ? Kelly explique :

« La mesure de l'humidité sur une presse à balles de foin à l'aide de micro-ondes nécessite une antenne pour émettre les micro-ondes, qui se situent généralement dans la bande sans licence 2,4 Gigahertz Industrial, Scientific, Medical (ISM). La constante diélectrique est la capacité d'un matériau à stocker de l'énergie dans un court laps de temps. Vomax a mené des expériences sur des balles de foin très sèches, y compris les espaces d'air dans les grosses balles carrées, et a déterminé un diélectrique typique d'environ 2.

"En revanche, l'eau a un diélectrique de 80. La raison pour laquelle le diélectrique de l'eau (80) est si élevé est que les molécules d'eau sont bipolaires et sont donc beaucoup plus facilement" excitées "par les ondes électromagnétiques que la grande majorité des molécules couramment trouvées. les matériaux qui ne sont pas bipolaires (comme les molécules non aqueuses dans le foin). Plus le diélectrique est élevé, plus l'énergie des micro-ondes est absorbée et plus les micro-ondes se déplacent lentement à travers le matériau.

"L'air est utilisé comme diélectrique de référence de 1. D'abord, la lecture de l'air est soustraite du signal micro-ondes (taré), de sorte que la lecture micro-ondes restante n'est que le changement de signal micro-ondes causé par la balle de foin seule. Les valeurs de micro-ondes pour la balle uniquement sont ensuite introduites dans un algorithme mathématique qui convertit les lectures de micro-ondes de la balle en une valeur d'humidité. Ce processus est généralement effectué 50 fois par seconde pendant cinq secondes, puis la moyenne de toutes ces valeurs est stockée prête à être affichée à l'opérateur de la presse.

«L'algorithme micro-ondes à humidité provient d'années passées à prendre de nombreuses lectures de micro-ondes dans des balles de foin, puis à prélever de nombreux échantillons de base des mêmes balles et à les faire analyser en laboratoire pour déterminer leur teneur en humidité. Une analyse de régression est ensuite effectuée en comparant les lectures de micro-ondes avec les résultats de laboratoire pour déterminer l'algorithme d'étalonnage. En un mot, nous mesurons la quantité de molécules d'eau présentes dans le foin par rapport à une lecture dans l'air d'environ 0 % d'humidité.

"Des ondes électromagnétiques à très faible énergie/haute fréquence sont transmises entre deux antennes positionnées dans une configuration sans contact pour faciliter l'utilisation. La « zone » de mesure est d'environ un pied carré à travers la balle à des niveaux de puissance inférieurs aux normes établies pour les téléphones mobiles. »

Emplacement du dispositif d'humidité

Jeff Roberts de Harvest Tec Inc. a travaillé avec DSE Test Solutions du Danemark pour localiser des capteurs à micro-ondes dans la zone de précompression de la presse afin de réduire le temps de latence entre la lecture de l'humidité et le ramassage de la presse. Cela peut être particulièrement utile si les lectures d'humidité sont utilisées pour contrôler l'application de conservateur dans des conditions de terrain très variables. Cependant, je ne suis pas au courant d'études qui évaluent la précision des micro-ondes à cet endroit avec des paramètres probablement plus variables.

Peder Lomborg, PDG de DSE, déclare :« Nous mesurons l'humidité des balles dans de nombreuses usines de traitement de la biomasse en Europe depuis 1996. Faire fonctionner la détection des micro-ondes dans la chambre de précompression a été un véritable défi, et la collaboration entre les ingénieurs de Harvest Tec et de DSE Test Solutions a été menée avec dévouement et sérieux. Les capteurs hyperfréquences seront désormais disponibles pour être montés dans la chambre de précompression sur le marché pour la première fois en 2017. »

Vue d'ensemble des méthodes

Sélectionnez une méthode qui répond aux objectifs de votre opération. Il y a des avantages et des inconvénients à chaque méthode. Le tableau résume les attributs de chaque système.

Les producteurs doivent évaluer ce qu'ils attendent de la surveillance de l'humidité lors de la mise en balles. Même avec un foin uniforme, il y a au moins 2 % de variation d'humidité dans n'importe quel andain de foin placé dans la balle. Si le producteur veut simplement surveiller et s'assurer qu'il y a très peu de foin mis en place au-dessus de 16 % pour éviter les dommages causés par la chaleur dans ses meules, un système de détection qui surveille tout le foin et conserve cette information devant le producteur pendant le fonctionnement fonctionne. pour faire le travail.

Si une opération repose sur des conservateurs la plupart du temps et présente des variations de champ importantes dans le terrain, il est possible que les capteurs à micro-ondes situés dans la chambre de précompression paient pour leur coût supplémentaire. Si le foin est traité à la vapeur, les capteurs à micro-ondes situés à l'arrière de la goulotte à balles sont les seuls capteurs qui donnent des lectures précises afin d'ajouter suffisamment de vapeur, mais pas trop.

La prochaine étape dans la mesure en ligne de l'humidité dans les balles de foin consiste à mesurer indépendamment l'humidité liée (tige) et l'humidité libre (rosée).

Avis de non-responsabilité :les produits mentionnés ne constituent pas une liste complète, mais font partie des testeurs d'humidité les plus couramment utilisés. La mention d'un nom commercial ou d'un produit exclusif ne constitue pas une approbation de ce produit par rapport à des unités similaires d'autres fabricants.