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Dispositivo de Telemetría para el Monitoreo de la Calidad del Grano en un Silo Bolsa

Publicado: 16 de marzo de 2015
Por: Alberto Lucas Chiesa Vaccaro (Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ingeniería - LESS Industries S.A.); Elvio Rogelio Toccalino, Sebastián García Marra, Sebastián Cerone (LESS Industries S.A.) Argentina
Resumen

Utilizando tecnologías modernas y modelado del interior del silo diseñamos un sistema económico de medición del estado de conservación del grano un silo bolsa. El producto consiste en dispositivos auto instalables colocados en el silo y una herramienta web capaz de recolectar mediciones de humedad, temperatura y concentración de dióxido de carbono y reportar alarmas en forma autónoma. No se requiere intervención alguna para recolectar las mediciones, permitiendo así reducir costos y aumentar la cantidad de bolsas monitoreadas en el país. Además de tener mayor control de la condición del grano amacenado, el sistema es capaz de producir alarmas ante movimientos del dispositivo de medición, que no sucede en condiciones normales.
Palabras claves: Telemetría, silo-bolsa, Internet of things (IOT), Machine to machine (M2M), conervación del grano, Mediciones del grano, Argentina.

1. INTRODUCCIÓN
1.1 Uso de silo bolsas
Es indudable que el uso del silo bolsa está en aumento. En Argentina, en la campaña 2011-2012 se embolsaron 35 millones de toneladas de granos (Behr et al, 2012), para la campaña 2012-2013 este número ascendió a 42 millones (Bartosik et al, 2013a). De manera similar se puede observar el incremento de su uso en otros países, como Brasil y Canadá.
Sin duda, el constante crecimiento de esta tecnología de acopio se debe a las ya conocidas ventajas que presentan para los productores (Bartosik et al, 2011, Bartosik et al 2012). Por otro lado, existen también cualidades negativas en esta forma de guardar granos, que exponen el producto a riesgos no existentes al utilizar silos aéreos. Las bolsas se pueden romper, muchas veces de forma imperceptible, exponiendo el grano a la entrada de humedad u oxígeno del exterior, lo cual puede desatar un proceso de descomposición. Asimismo, es difícil garantizar la integridad física de las bolsas. Sólo por la descomposición de los granos se puede perder el 10% de la materia almacenada (Bartosik et al, 2011). Porcentaje que aumenta al tener en cuenta un eventual hurto.
 
1.2 Medición del estado del grano
Para disminuir los riesgos de pérdidas de granos almacenados en silo bolsas, algunos productores optan por medir las condiciones del material acopiado. Para realizarlo, pueden utilizar mano de obra propia o contratar servicios que realizan mediciones en los silos de forma periódica.
Ambas opciones requieren tener presencia física de una persona en las bolsas, ya sea para tomar muestras de grano y llevarlos al laboratorio o para realizar una medición de la atmósfera interna del silo (Bartosik et at, 2009a, Abalone et al, 2011). La necesidad de ir al silo en forma personal para realizar la tarea limita considerablemente la frecuencia con la que se puede medir la conservación del grano y al mismo tiempo incentiva a agrupar los silos, lo cual impide aprovechar una ventaja importante de los mismos, que es poder almacenar en el lugar de la cosecha y evitar así transportar el grano hasta el lugar de acopio. (Bartosik et al, 2009b, Bartosik et al 2008a).
La tarea de medición en el silo se simplificó gracias al trabajo del INTA que caracterizó rango de temperatura, humedad y concentración de CO2 de silos sanos y silos en peligro (Bartosik et al., 2008b). Sin embargo, la mayoría de los productores que hacen sus propias mediciones siguen analizando muestras de granos extraídos de la bolsa.
 
1.3 Detección temprana de eventualidades
Hoy en día hay empresas aseguradoras que ofrecen productos para proteger el grano acopiado en bolsas ante eventualidades como hurtos. Sin embargo, agregar esta opción a las pólisas aumenta considerablemente su costo, limita la zona donde se puede armar la bolsa y tampoco se puede recuperar el valor de la totalidad de lo almacenado. Por estos motivos, no suele ser una opción comúnmente adoptada, y se prefiere en algunos casos construir alambrados u otras protecciones físicas cuando las bolsas son armadas en lugares remotos.
Ante hurtos de silo bolsas, los perpetradores del crimen no suelen retirar la totalidad del grano, pero si dejarlo expuesto a la intemperie por romper la bolsa. Si el dueño del cereal es notificado rápidamente del acontecimiento, puede recuperar el contenido antes de que la pérdida sea catastrófica.
 
2. MÉTODO DE MEDICIÓN PROPUESTO
En el presente trabajo se presenta un nuevo método de medición de las condiciones del grano almacenado dentro de silo bolsas. Dicho método tiene como objeto solucionar los problemas identificados en las opciones de medición actuales, así como también ofrecer un mayor grado de seguridad al dueño de los granos. Se realizaron numerosas entrevistas con pequeños, mediamos y grandes productores para producir una solución adecuada para las diferentes realidades de los dueños de grano que optan por las bolsas como tecnología de acopio.
El sistema cuenta con dos componentes. Una es el hardware de medición y otra es la infraestructura Web que es utilizada para recolectar los datos de los sensores y para ofrecerle al cliente una forma rápida y simple de conocer el estado del silo, recibiendo alarmas en caso de detectar problemas.
El sistema ofrece la posibilidad de tener mediciones diarias (o incluso de mayor frecuencia) del estado del grano, incluyendo humedad, temperatura y concentración de dióxido de carbono, como así también detectar actividades extrañas como una repentina deformación de la bolsa sin que sea necesario que una persona se acerque al silo.
 
2.1 Equipo de medición

El equipo de medición, que se puede observar en la figura 1, tiene una forma similar a la de un calador, herramienta muy familiar para los encargados de tomar muestras de granos en silo bolsas. Dentro del equipo se encuentran los sensores de temperatura, humedad relativa y CO2. El equipo cuenta con un módem que le permite enviar los datos en forma inalámbrica, así como también baterías recargables y fácilmente reemplazables que, en la versión actual, ofrecen una autonomía de por lo menos 6 meses realizando mediciones diarias.
Dispositivo de Telemetría para el Monitoreo de la Calidad del Grano en un Silo Bolsa - Image 1
Figura 1. El equipo de medición.
Para hacer uso de este sistema, el productor coloca estos equipos en el silo después de armarlo, que quedan funcionando en forma autónoma. No se requiere ninguna configuración compleja. Al prenderlo se auto configura, comienza a tomar mediciones y las envía al servicio que las recolecta.
Dispositivo de Telemetría para el Monitoreo de la Calidad del Grano en un Silo Bolsa - Image 2
Figura 2. El equipo de medición instalado. Permanece colocado durante toda la vida del silo.
El productor decide cuantos puntos de medición poner por silo aunque se recomienda medir cada aproximadamente 10 metros. En la figura 2 se puede ver cómo queda colocado en un silo. El diseño asegura que la bolsa quede herméticamente sellada luego de la colocación. Una vez colocado el equipo no se remueve hasta desarmar la bolsa, evitando hacer nuevos cortes a la misma.
 
2.2 Infraestructura en línea
El sensor que se instala en el silo es complementado por una infraestructura informática que puede recolectar los datos que producen todos los sensores y ofrecerlos en forma segura al dueño del silo.

Este sistema no requiere de la instalación de ningún software especial en una PC y permite consultar el estado actual de todos los silos monitoreados desde cualquier dispositivo, incluyendo celulares y tablets de cualquier fabricante.
Además de simplificar el acceso a los datos, el sistema analiza la información recolectada por los sensores y produce resúmenes de estado de conservación de cada silo monitoreado para agilizar aún más el proceso. Por supuesto, el histórico de todos los datos recolectados está disponible y se puede descargar para poder ser analizado con herramientas externas.
Un ejemplo del análisis que se realiza en la aplicación web es el cálculo del contenido de humedad del grano a partir de la medición de la humedad relativa del aire que produce el sensor. Para esto se utilizan métodos conocidos en la literatura (Gonzales 2009) y tablas de constantes definidas por la American Society of Agricultural Engineers (ASAE 2001). Es importante destacar que para que dicho cálculo se pueda realizar correctamente, el usuario del sistema debe configurar, en la interfaz web, el grano que el equipo está midiendo. El hardware de medición no requiere ningún tipo de configuración.
En la figura 3 se puede observar la vista rápida que muestra un resumen con el estado de conservación de cada silo monitoreado. El estado resumido sólo se ve verde si todas las lanzas registradas en el mismo silo sensan valores dentro de los límites permitidos. El valor instantáneo, medido por cada sensor también está disponible para el usuario.
Dispositivo de Telemetría para el Monitoreo de la Calidad del Grano en un Silo Bolsa - Image 3
Figura 3. Vista del resumen de estado de los silos del usuario que se están monitoreando.
Desde la misma plataforma web el usuario del sistema puede administrar y verificar el estado de sus sensores, activando y desactivándolos de forma remota (Figura 4). Esto asegura que no se gasten recursos en equipos que no están instalados en silos. Por este motivo la plataforma permite crear usuarios con diferentes niveles de permisos, como consultar los datos o capacidad de administración.
Dispositivo de Telemetría para el Monitoreo de la Calidad del Grano en un Silo Bolsa - Image 4
Figura 4. Vista del panel de datos y configuración de una lanza.
Además de los valores instantáneos de medición en la plataforma web el usuario puede consultar y exportar el historial de valores de medición producidos por cada sensor. Los gráficos producidos lucen como el siguiente: Figura 5. Porcentaje de CO2 en el silo, temperatura y el porcentraje de humedad del grano en un silo de cebada durante un ensayo de 4 días, con mediciones cada 5 minutos.
Dispositivo de Telemetría para el Monitoreo de la Calidad del Grano en un Silo Bolsa - Image 5
2.3 Alarmas
Como se mencionó anteriormente, el sistema puede generar alarmas en caso de detectar condiciones fuera de lo normal en el silo, basándonos en el modelado del interior del silo (Abalone, et al. 2007). Esto puede ser que las variables monitoreadas estén fuera de los rangos seguros (Bartosik et al 2013b) como así también que se haya detectado alguna actividad inesperada, por ejemplo, el movimiento repentino del equipo de medición.
En estos casos se pueden configurar notificaciones vía SMS o correo electrónico a un grupo de usuarios del sistema. Esto garantiza que se va a poder reaccionar rápidamente ante estos eventos, sin necesidad de estar pendiente de mirar los datos de las mediciones.
 
3. RESULTADOS y TRABAJOS FUTUROS
Teniendo sensores instalados en silos de prueba se pudo comprobar que los valores de humedad temperatura y dióxido de carbono obtenido por nuestro sistema son equivalentes a los detallados en la bibliografía (Bartosik et al, 2013b). Es interesante destacar que este sistema permite tener mediciones con mucha mayor frecuencia que lo observado en trabajos previos. Por ejemplo, en la figura 6 se puede observar la evolución de la concentración de CO2 en un silo de cebada durante un ensayo de 4 días. Unas de las principales tareas a realizar es desarrollar modelos nuevos utilizando estos datos que puedan explicar fehacientemente las mediciones obtenidas.
 
 
Dispositivo de Telemetría para el Monitoreo de la Calidad del Grano en un Silo Bolsa - Image 6
Figure 6. Concentración de CO2 (en partes por millón) en un silo de cebada, medido durante 4 días. El eje x indica “Día-Hora:Minutos” de junio de 2014. Por ejemplo 8-07:12 significa muestra tomada el 8 de junio de 2014 a las 7:12 am.
Los primeros usuarios del sistema se han mostrado muy satisfechos con la facilidad de instalación y la simpleza de uso de los datos obtenidos. Asimismo, están considerando modificar sus prácticas de armado de silo bolsas, para no concentrar las bolsas innecesariamente, particularmente cuando hay que cosechar con caminos en mal estado.
Sin duda creemos que esta herramienta tiene un gran potencial para disminuir las pérdidas de grano almacenado en bolsas, resolviendo de esta manera el mayor inconveniente que se presenta al utilizarlas.
Actualmente nos encontramos mejorando el hardware de medición para aumentar su autonomía y desarrollando herramientas de análisis de datos más avanzadas.
 
4. REFERENCIAS
Abalone, R. Cassinera, A. Gastón, A. Lara, M. 2007. Modelización de la distribución de la temperatura y humedad en granos almacenados en silos-bolsa. Mecánica Computacional Vol XXVI, pp3547-3561.
Abalone, R. Bartosik, R. Cardoso, L. Gastón, A. Rodríguez, J. 2011. Gas concentration in the interstitial atmosphere of a wheat silo-bag. Part I: Model development and validation.
ASAE Standards. 2001 Equilibrium Moisture Equation Constants. ASAE D245.4
Bartosik, R. Cardoso, L. Croce, D. Ochandio, D. 2009a. Detección temprana de procesos de descomposición de granos almacenados en bolsas de plástico herméticas mediante la medición de CO2. Almacenamiento de Granos en Bolsas Plásticas. INTA Manfredi, I.S.S.N. 1667-9199.
Bartosik, R. Cardoso, L. Malinarich, H. Rodríguez, J.C. 2009b. Almacenaje de maíz, trigo, soja y girasol en bolsas plásticas herméticas. Almacenamiento de Granos en Bolsas Plásticas. INTA Manfredi, I.S.S.N. 1667-9199.
Bartosik, R. 2012. An inside look at the silobag system. Proceedings of the 9th International Conference Controlled Atmospheres and Fumigation of Stored Products, 117-128. Antalya, Turkey.
Bartosik, R. Busato, P. Berruto, R. Cardoso, L. 2011. Logistics and economics of grain harvest and transport system with the use of silobag. ASABE Annual International Meeting.
Bartosik, R. Berruto, R. Cardoso, L. Urcola, H. 2013a. Economic Analysis of Storing Grain in Silobags Through a Web Application. Proceedings of EFITA-WCCA-CIGR Conference Sustainable Agriculture through ICT Innovation. Turin, Italy, 23-27 June.
Bartosik, R. Cardoso. L. Albino, J. Busato P. 2013b. CO2 Monitoring of Grain Stored in Silobag Through a Web Application. Proceedings of EFITA-WCCA-CIGR Conference Sustainable Agriculture through ICT Innovation. Turin, Italy, 23-27 June.
Bartosik, R. Cardoso. L. Rodríguez, J. 2008a. Storage of corn, wheat soybean and sunflower in hermetic plastic bags. Proceeding of the International Grain Quality and Technology Congress. Chicago, USA.
Bartosik, R. Cardoso, L. Rodríguez, J. 2008b. Early detection of spoiled grain stored in hermetic plastic bags (silo-bags) using CO2 monitoring. Proceedings of the 8th International Conference Controlled Atmospheres and Fumigation of Stored Products. Chengdu, China, September.
Behr, E. Botta, G. Domínguez, F. Hidalgo, R. Pozzolo, O. 2012. Incidencia del Diseño de Embolsadora en la Calidad del Arroz Conservado en Silo Bolsa. X Congreso Latinoamericano y del Caribe de Ingenieria Agricola.
Gonzales, H. B. Armstrong, P. R. Maghirang, R. G. 2009. Simultaneous Monitoring of Stored Grain with Relative Humidity, Temperature, And Carbon Dioxide Sensors. American Society of Agricultural and Biological Engineers, ISSN 0883-8542.
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Autores:
Alberto Lucas Chiesa Vaccaro
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