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Imprimir esta páginaEnviar este artículo por E-mail, a un AmigoGrain Operations: elevador de granos del futuro
24/dic/2019

Otra tecnología inalámbrica que está disponible es el mapeo de humedad tridimensional del grano almacenado utilizando tecnología similar a una resonancia magnética o tomografía computarizada.

Por: Dirk Maier

La disponibilidad de tecnologías de información y comunicación (TIC) más potentes no se limita a los países de altos ingresos. Al completar este artículo, me siento en un motel en el sur rural de Tanzania. Me tomó cinco vuelos desde que salí de Iowa para llegar aquí. Los vuelos comerciales a esta ciudad solo comenzaron hace cuatro meses. Sin embargo, en el momento en que bajé del avión tuve acceso al servicio de telefonía celular, datos e internet.

La velocidad de los datos aquí es 3G, ya que lamentablemente todavía se encuentra en partes de las zonas rurales de Iowa, el 3G de EE. UU. Es demasiado lento para la tecnología de vehículos autónomos, que requiere un mínimo de 4G e idealmente 5G para aprovechar al máximo la inteligencia artificial asociada. 5G es inalámbrico de quinta generación que se espera que sea 100 veces más rápido que las redes 4G actuales. Permitirá y operacionalizará innovaciones tales como vehículos sin conductor, agricultura operada con drones, fábricas operadas por robots y cirugía remota.

Según un artículo reciente del Wall Street Journal , para fines de este año, China tendrá 150.000 sitios inalámbricos en funcionamiento en comparación con 10.000 en los Estados Unidos. A finales de 2020, China tendrá 100 millones de usuarios de 5G y suficiente cobertura de red para comenzar a impulsar sus industrias. Las redes 5G aumentarán exponencialmente la cantidad y la velocidad de los datos que pueden transmitirse e intercambiarse entre dispositivos y la recopilación, el análisis y el soporte de decisiones basados ​​en la nube. Esto es especialmente importante cuando se trata del análisis en tiempo real de grandes archivos de datos asociados con imágenes digitales que, por ejemplo, generarían sistemas autónomos de clasificación de granos en tiempo real y de alta capacidad.

5G significa que cualquier máquina, controlador, interruptor, sensor y cámara puede ser monitoreada y activada remotamente tan instantáneamente como si la decisión se tomara localmente (por ejemplo, por un microprocesador o una persona) pero con el beneficio agregado de la inteligencia artificial que accede a la nube masiva basadas en bases de datos y devolviendo una decisión optimizada en un instante. Este potencial hace que el advenimiento de la supervisión y la gestión inalámbricas de la calidad del grano almacenado en nuestra industria sea una realidad, y prepararse para ello ahora, una necesidad, más allá de lo que podríamos haber imaginado en el pasado.

El primer artículo de esta serie (marzo de 2019) se centró en las TIC y los vehículos autónomos y el transporte. Destacamos que la recepción, el muestreo, la clasificación y la posterior transferencia de granos a la conservación, secado y almacenamiento en mojado tendrán que volverse más rápidos y más autónomos para mantenerse al día con los agricultores y evitar perder su negocio ante un competidor que pueda hacerlo. El segundo artículo (junio de 2019) discutió cómo la recepción automática de granos, el muestreo y la clasificación serán capaces de lograr eso con un equipo de medición mejor y más rápido, como detectores de composición NIR, y con un mantenimiento más inteligente del equipo. Este artículo se enfoca en el monitoreo inalámbrico en tiempo real y la gestión de la calidad del grano almacenado. Los artículos futuros se centrarán en el seguimiento en tiempo real del inventario, las luces apagadas y las operaciones higiénicas, y los servicios digitales.

Problemas de seguridad del sensor inalámbrico

Durante los últimos años, varias compañías nuevas han surgido como líderes en el monitoreo y la gestión remota de las condiciones de granos almacenados con sensores inalámbricos y redes de sensores. Los sensores inalámbricos que pueden sondearse en la masa de grano y controlar la temperatura y la humedad relativa (y convertir esos valores en contenido de humedad a través de la relación de equilibrio de contenido de humedad) desde la superficie del grano pueden comunicarse fácilmente con las antenas cercanas que recogen las señales, agregan los datos y enviarlo a la nube desde donde se envían alertas procesables a los gerentes de operaciones.

Sin embargo, la preocupación de tener que sondear estos sensores inalámbricos en la masa de grano (y recuperarlos) es la necesidad de caminar sobre la superficie del grano para hacerlo. Esto puede ser peligroso y no debe practicarse. Muchas compañías tienen políticas de entrada cero para el espacio de cabeza de un depósito, silo, tanque y almacén por encima de una masa de grano que generalmente está inclinada en un ángulo de reposo específico del grano. Estas políticas evitan sondear los sensores inalámbricos en una masa de grano y hacen que la tecnología sea inútil para su aplicación prevista.

Caminar sobre la superficie de un montón de granos exterior, ya sea cubierto o no, también tiene sus peligros y, por lo tanto, no es aconsejable para sondear sensores inalámbricos. Para ser prácticos, los sensores inalámbricos deben colocarse en la masa de grano mientras el grano fluye hacia la estructura de almacenamiento.

Distribución en la masa de grano.

La clave para que los sensores inalámbricos trabajen en la masa de grano es la capacidad de distribuirlos a través de la masa de grano para que puedan monitorear las condiciones de grano al menos de manera tan representativa o mejor que los sensores basados ​​en cable. Esto requiere que los sensores estén equipados con antenas en miniatura que puedan establecer comunicación con sensores cercanos al penetrar a través de la masa de grano bastante densa, lo cual no es poca cosa.

Esta capacidad, junto con una batería lo suficientemente pequeña como para alimentar la antena y los sensores integrados de temperatura y humedad relativa durante la temporada de almacenamiento, es en realidad el principal avance de lo que hace que la detección inalámbrica dentro de una masa de grano sea una posibilidad emocionante. Recuperar todos los sensores sin daños durante la descarga para que ninguna de sus partes o componentes se convierta en material extraño en el grano sin ralentizar el proceso de descarga a velocidades de hasta 50,000 bushels por hora (1,300 toneladas por hora) es otro requisito que los sensores inalámbricos deben cumplir para ser prácticos. .

La colocación de sensores inalámbricos en una masa de grano desafiará el dominio actual de los cables de temperatura basados ​​en termopares, que se limitan solo a medir temperaturas y cables digitales de nueva generación que miden la temperatura y la humedad relativa del aire intersticial y calculan el contenido de humedad del grano en función de estos valores. Es poco probable que los sensores inalámbricos en granos almacenados en contenedores, silos y tanques reemplacen los cables instalados pronto. Sin embargo, las estructuras de almacenamiento como almacenes, pilas de tierra, vagones, barcazas, bodegas de barcos e incluso bolsas que no pueden ser monitoreadas con cables parecerían aplicaciones perfectas para sensores inalámbricos.

Nuestro grupo de investigación ha estado realizando pruebas con sensores inalámbricos durante las últimas dos temporadas de almacenamiento. Hemos podido colocar los sensores en los lugares previstos en la masa de grano durante la carga. Los sensores han estado registrando los valores de temperatura y humedad relativa con la misma precisión que los sensores digitales basados ​​en cable. Los ventiladores de aireación podrían encenderse y apagarse según las condiciones de grano reportadas, y recuperamos con éxito el 100% de todos los sensores inalámbricos durante la descarga sin impedir la capacidad de flujo de grano.

Al igual que con cualquier esfuerzo de investigación y desarrollo, hemos descubierto algunas deficiencias y varias mejoras que deben abordarse e incorporarse antes de que la tecnología de detección inalámbrica se implemente comercialmente.

Otras aplicaciones de monitoreo

Los sensores inalámbricos también facilitarán la medición de CO2 en la masa de grano o en el espacio superior sobre la superficie del grano, lo que ha demostrado ser un indicador eficaz de alerta temprana de actividad biológica en el grano almacenado causado por la respiración del grano, esporas de moho e insectos. La detección inalámbrica de la temperatura del punto de rocío del aire del espacio de cabeza y la temperatura del bulbo seco del techo también proporcionará un medio más fácil para determinar las condiciones de condensación y activar los extractores de techo. Esto evitará la formación de costras en la superficie del grano con todas sus consecuencias negativas para la calidad del grano, como el taponamiento de las salidas del piso durante la descarga y el atrapamiento o envoltura de personas que no deberían tener absolutamente ninguna razón para ingresar a un contenedor e intentar solucionar un problema de deterioro del grano. Así,

Gracias a la tecnología de Internet de las cosas (IoT), ahora es posible instalar interruptores IoT económicos en cualquier motor existente en una instalación y operarlos desde un teléfono inteligente. Nuestro grupo de investigación está experimentando este otoño con tales dispositivos para operar ventiladores de secado y aireación desde nuestros teléfonos inteligentes, ya sea en modo encendido / apagado manual o con una aplicación que puede tener los mismos sofisticados esquemas de control programados en ellos que los controladores existentes que cuestan miles de dólares.

A medida que la red inalámbrica pase de 4G a 5G, esto se convertirá en la norma en toda la industria. Los cables eléctricos para energizar motores serán los únicos "cables" necesarios para operar una instalación de granos en un futuro próximo. Piense en los ahorros de no tener que instalar conductos y cables de control desde los centros de control de motores (MCC) a los motores en toda su instalación, y la menor huella que tendrán los futuros MCC. Esta será una revolución similar a cuando los paneles de control montados en la pared con equipo de conmutación analógico fueron reemplazados por equipos de conmutación digital controlados por microprocesador y pantallas de computadora.

Otra tecnología inalámbrica que está disponible es el mapeo de humedad tridimensional del grano almacenado utilizando tecnología similar a una resonancia magnética o tomografía computarizada. Las placas de escaneo se instalan a lo largo de la pared interior de una estructura de almacenamiento redonda y penetran horizontalmente en la masa de grano (vea la ilustración, página 50). La profundidad del escaneo es una función de la intensidad de la señal de los sensores. Los datos de mapeo generados proporcionan una vista granular del contenido de humedad aproximadamente equivalente a un "volumen de bushel" (1.24 pies3 o 0.0351 m3) en todas las ubicaciones dentro de la masa de grano. Un beneficio adicional del sistema es su capacidad para detectar también la actividad humana, de insectos y de deterioro debido a diferencias de temperatura similares a las de un escáner térmico. Los datos del sistema se cargan en la nube y se proporcionan recomendaciones procesables al gerente de operaciones en cualquier dispositivo a través de una interfaz habilitada para la web. Como todas las plataformas de monitoreo inalámbrico descritas en este artículo, esta plataforma también permite monitorear y administrar de manera remota y proactiva la calidad y cantidad de granos almacenados, encendiendo y apagando automáticamente los ventiladores de aireación o secado en la papelera, y recibiendo informes detallados de inventario.

Todos los sistemas también optimizan el funcionamiento del ventilador según la condición del grano medido y el clima local. Idealmente, esto ahorrará energía y evitará el costo oculto del secado excesivo y la posibilidad de deterioro.

Los sensores inalámbricos tienen sentido comercial

La tecnología inalámbrica para el monitoreo y la gestión de la calidad del grano, así como otras operaciones de manejo de granos, está evolucionando rápidamente, especialmente a medida que las redes 5G se implementan a nivel mundial. La industria de manejo de granos necesitará hacer las inversiones necesarias para mantenerse al día con sus clientes, tanto agricultores como compradores, porque adoptarán y utilizarán tecnología inalámbrica en tiempo real de alta velocidad que empuja grandes cantidades de datos a la nube y espera información a cambio pueden monetizar gracias al apoyo de decisión de la inteligencia artificial.

Fuente: WORLD GRAIN

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