Monitor de rendimento de grãos - Grain yield monitor

O monitor de rendimento de grãos combinados é um dispositivo acoplado a outros sensores para calcular e registrar o rendimento da colheita ou rendimento de grãos durante o funcionamento de uma colheitadeira moderna . Os monitores de produtividade fazem parte dos produtos de agricultura de precisão disponíveis para os produtores hoje, que fornecem aos produtores as ferramentas para reduzir custos, aumentar a produtividade e aumentar a eficiência. O monitor de rendimento de grãos atual é projetado para medir o fluxo de massa de grãos colhidos, o teor de umidade e a velocidade para determinar o total de grãos colhidos. Na maioria dos casos, hoje, isso é acoplado ao sistema de posicionamento global para registrar o rendimento e outras informações espacialmente variáveis ​​em um campo. Isso permite a criação de um mapa de produtividade de grãos que fornece informações sobre a variabilidade espacial e apóia as decisões de manejo dos produtores.

Medição de fluxo de grãos

Medidor de fluxo de massa baseado em impacto localizado na parte superior do elevador de grãos limpos

Sensor de fluxo de massa com base em impacto e elevador de grãos limpos Ag Leader.

Medição de fluxo de massa baseada em impacto

O fluxo de massa de grãos é mais comumente medido usando uma célula de carga com uma placa de impacto conectada à célula de carga localizada no topo do elevador de grãos limpos. Conforme as pás do elevador de grãos limpos giram em torno do topo do elevador de grãos limpos, o grão é expelido do elevador pela força centrífuga e entra em contato com a placa de impacto fixada na célula de carga. A força aplicada pelo grão é convertida em um sinal elétrico pela célula de carga que é usada para estimar o fluxo de massa do grão. Uma calibração do sensor para desenvolver uma relação da amplitude do sinal elétrico com o fluxo de massa de grãos e é calibrada em uma base específica da colheitadeira com a massa de grãos relatada em base úmida. Essa tecnologia foi desenvolvida e comercializada pela primeira vez pela Ag Leader Technology. A velocidade do elevador de grãos limpos também é medida e usada na calibração do sinal elétrico para o fluxo de massa, pois o elevador tem um impacto direto na quantidade de força aplicada à placa de impacto e à célula de carga. Este é o método mais comum para medir o fluxo de grãos nas colheitadeiras hoje e existe em diferentes variações.

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Sensor de fluxo de massa baseado em impacto operando em milho

Precisão e calibração

O sensor de fluxo de massa de grãos deve ser calibrado para fornecer uma estimativa precisa do fluxo de grãos a partir do sinal elétrico produzido pela célula de carga. Diferentes modelos do sensor de fluxo de massa de grãos usam métodos diferentes de calibração, alguns sendo tão simples quanto uma calibração de ponto único linear. As melhorias nesta área resultaram no uso de calibração multiponto para fornecer uma caracterização mais precisa da resposta da célula de carga.

O processo de calibração envolve a colheita de safra consistente em uma velocidade constante para produzir uma taxa de fluxo de massa de grãos consistente para o sensor de fluxo de massa. Uma calibração é iniciada por meio do monitor de rendimento instalado na colheitadeira e o operador começa a colher os grãos. Uma vez colhida a quantidade recomendada de grãos colhidos de acordo com as recomendações do fabricante, os grãos são descarregados em um dispositivo de retenção de grãos equipado com uma balança precisa para medir o peso real dos grãos colhidos. Esse peso do grão é então inserido de volta no monitor de rendimento e é usado para ajustar a calibração que relaciona o sinal elétrico da célula de carga ao fluxo de massa do grão.

Vários fatores afetam a precisão da calibração além da calibração em si. O acúmulo de material na placa de impacto pode fazer com que a resposta da célula de carga seja amortecida ao impacto do grão, reduzindo a resposta da célula de carga. O desgaste da placa de impacto também pode causar redução na precisão de uma calibração. A tensão da corrente do elevador de grãos limpos afeta a velocidade com que os grãos são expelidos do elevador, o que muda a força que é aplicada na placa de impacto. Os fabricantes geralmente aconselham tensionar adequadamente o elevador de grãos limpos antes de calibrar o monitor de rendimento de grãos. O desgaste excessivo das pás do elevador de grãos limpos ao longo do tempo também afetará a calibração do fluxo de massa. Algumas colheitadeiras usam uma pá de plástico sólido sobre uma pá de borracha para melhor consistência ao longo do tempo, já que as pás gastas mudam a trajetória do grão à medida que sai do elevador, mudando o local em que o grão entra em contato com a placa de impacto.

A colheita em declives diminui a precisão do sistema de detecção de fluxo de massa na maioria dos casos. Devido às diferentes variações na colocação da placa de impacto por diferentes fabricantes, a mudança na resposta dos ângulos de inclinação e rotação pode ser ligeiramente diferente. Nos casos em que a placa de impacto está localizada de forma semelhante à vista na imagem "Sensor de fluxo de massa com base em impacto e elevador de grãos limpos", se a máquina for lançada para frente, o fluxo de massa aumentará, pois a gravidade ajudará na aplicação de força adicional ao fluxo de massa sensor. Quando o harvester é inclinado para trás, a resposta do sensor é reduzida, pois a gravidade reduz a quantidade de força aplicada ao sensor de fluxo de massa. Rolar causa erro semelhante, mas de magnitude menor do que o passo da colheitadeira.

Medidas alternativas

Radiométrico

As taxas de transmissão de raios gama são medidas através do fluxo de grãos no topo do elevador de grãos limpos com um detector no lado oposto do fluxo de grãos. A absorção de radiação é proporcional ao fluxo de grãos. Este método de detecção fornece alta precisão de 2% quando calibrado, mas expõe os operadores a uma possível exposição à radiação.

Sensor fotoelétrico

Uma fonte de emissão de luz acoplada a um receptor é colocada oposta uma da outra no topo do elevador de grãos limpos. A magnitude do sinal do receptor de luz é usada para determinar a taxa de fluxo do grão. As medições precisam ser sincronizadas com as pás elevadoras de grãos limpos para que as medições sejam feitas apenas nos grãos. As dificuldades desse sistema são a menor precisão em taxas de fluxo de grãos mais altas e o carregamento desigual das pás do elevador.

Medição de umidade

O teor de umidade do grão na colheita é uma parte importante do processo de monitoramento da produção. É usado em muitos casos, dependendo do fabricante, na calibração do sensor de fluxo de massa de grãos e fornece aos produtores informações adicionais sobre a variabilidade espacial dentro de um campo. A umidade do grão é detectada medindo-se a capacitância do grão, passando um volume de grão conhecido entre duas placas eletricamente condutoras. Normalmente, este sensor é montado no elevador de grãos limpos e uma amostra dosada no sensor e de volta ao elevador de grãos limpos após ter sido processada. Esta orientação do sensor permite a amostragem da umidade do grão em todo o campo durante as operações de colheita.

Medição de rendimento de grãos

A medição do rendimento de grãos vem do fluxo de massa de grãos medido, da velocidade da colheitadeira e da largura da plataforma. A umidade do grão conforme determinada pelo sensor de umidade ou pela entrada do operador no monitor de rendimento também pode ser incluída para estimar a massa seca do grão. Nos Estados Unidos, o rendimento de grãos é normalmente relatado como alqueires por acre . As unidades SI para medição do rendimento de grãos são normalmente relatadas como toneladas por hectare ou, em alguns casos, m ³ . A velocidade da colheitadeira pode ser obtida pela medição da velocidade do solo a partir da medição da velocidade da roda da colheitadeira, radar montado na colheitadeira ou por GPS. O cabeçote, como é referido, é o dispositivo montado na frente da colheitadeira por meio do qual a colheita é recolhida na colheitadeira. A largura da cabeça é determinada pela largura efetiva da colheita que pode ser colhida à medida que a colheitadeira se move para a frente.

Variável	Unidades SI	Imperial	Descrição
${\ displaystyle {\ dot {m}}}$	kg / s	lbs / s	Fluxo de massa de grãos
${\ displaystyle v}$	${\ displaystyle {\ tfrac {quilômetro} {hr}}}$	${\ displaystyle {\ tfrac {milha} {hr}}}$	Velocidade da colheitadeira
${\ displaystyle w}$	m	ft	Largura da cabeça
Produção	${\ displaystyle {\ tfrac {tonne} {ha}}}$	${\ displaystyle {\ tfrac {bu} {acre}}}$	Rendimento de grãos como mais comumente relatado

Grain Yield as calculated for corn at 56 lb/bu in imperial units.

${\ displaystyle Yield = {\ dfrac {{\ dot {m}} * {\ dfrac {bu} {56lb}} * {\ dfrac {3600s} {hr}}} {w * v * {\ dfrac {5280ft} {mi}} * {\ dfrac {acre} {43560 pés ^ {2}}}}}}$

Grain Yield as calculated in SI units.

${\ displaystyle Yield = {\ dfrac {{\ dot {m}} * {\ dfrac {tonne} {1,000kg}} * {\ dfrac {3600s} {hr}}} {w * v * {\ dfrac {1000m } {km}} * {\ dfrac {ha} {10.000m ^ {2}}}}}}$

Monitor de rendimento

O monitor de rendimento é o dispositivo que registra os dados que determinam o rendimento de grãos e o próprio rendimento de grãos. Os monitores de rendimento atuais fornecem aos operadores uma interface de usuário que exibe o rendimento de grãos, a umidade dos grãos e um mapa espacial codificado por cores que exibe o rendimento de grãos das porções colhidas do campo. O operador pode inserir informações adicionais para separar e identificar dados de produção de diferentes campos e fazendas. Os dados de rendimento podem ser baixados de um monitor de rendimento por meio do método de armazenamento de memória usado pelo fabricante e carregados em um sistema de gerenciamento de dados espaciais. Esses pacotes de software permitem a visualização dos mapas de produtividade e a conclusão de outras análises dos dados.

Mapa de rendimento

Mapa de rendimento do campo de soja

Os mapas de rendimento de grãos podem ser exibidos em um monitor de rendimento ou por meio de um software de gerenciamento de dados espaciais, como SMS ou Apex . Os mapas de rendimento são usados ​​em decisões de manejo, como taxas de aplicação de fertilizantes e taxas de população de semeadura para apoiar a agricultura específica do local. Mapas de produtividade também são utilizados para tomar decisões sobre as melhores práticas de manejo em termos de comparação de variedades de culturas, tipos de fertilizantes e taxas de aplicação e aplicação de pesticidas. Essas outras práticas de agricultura de precisão podem ser registradas como mapas espaciais e sobrepostas a mapas de produção de grãos para análise posterior e tomada de decisão.

Os monitores de rendimento de grãos estão em produção desde que os monitores de rendimento foram introduzidos no início da década de 1990 e foram progressivamente atualizados com um hardware melhor que fornece ao operador da colheitadeira uma interface de usuário melhor e torna as informações dos dados registrados mais prontamente disponíveis. Esses monitores são normalmente chamados de monitores em referência à sua finalidade, em muitos casos, de exibir as informações de produção em um mapa espacial codificado por cores.

Variabilidade do monitor de rendimento de grãos

Distribuição da precisão do monitor de rendimento de grãos para cargas múltiplas

O monitor de produção de grãos é uma excelente ferramenta que fornece aos produtores uma ferramenta de avaliação eficaz no campo e na fazenda. A precisão do monitor de rendimento é de aproximadamente 1-3% quando calibrado corretamente, mas está em uma base média para essa precisão. Em uma base de passagem para aprovação, a precisão diminui significativamente com uma faixa de precisão de 0-10% de erro na maioria dos estudos. A média de cargas múltiplas permanece dentro dos 1-3% projetados, mas as cargas individuais têm uma variabilidade muito maior. Esses erros estão presentes em problemas listados na seção "Medição de fluxo de massa com base no impacto" desta página. Os efeitos da variabilidade de carga individual limitam sua capacidade de ser usado para comparação em escala menor, como comparações de plotagem de teste. Os talhões de teste são geralmente tiras de plantio único de um híbrido de cultura única com aproximadamente a largura da cabeça da colheitadeira. A colheita de uma parcela de teste resulta em carga de colheita única e estimativa de rendimento para o único híbrido. Comparar um híbrido com outro com base em cargas únicas pode ser difícil, pois a carga é essencialmente uma subamostra de uma média maior.

Referências

Patente US 6899616 , David L. Murray, "Mass Flow Grain Monitor and Method", publicado em 31/05/2005, atribuído a ACOO Coroporation, Duluth, GA (US) 

Patente US 5686671 , FW Nelson; WF Smith & KR Hawk et al., "Grain Mass Flow Sensor For An Agricultural Combine", publicado em 1997-11-11, atribuído a Deere & Company, Moline, IL (US)