Monitoring temperatury ziarna jest powszechną metodą kontroli jego jakości i jednocześnie sposobem na wykrycie wczesne stanu gnicia w celu utrzymania jego dobrej jakości.
Podróżując po kraju czasem na terenie zakładów przemysłowych oraz gospodarstwach rolnych można zobaczyć duże stalowe zbiorniki zwane silosami. Ich zastosowanie może być różne, jednak najczęściej służą do magazynowania produktów rolno – spożywczych, biomasy, czy nawet materiałów budowlanych. Spośród surowców magazynowych w silosach to zboże jest najbardziej wrażliwe na zmienne warunki. Dlatego ciągły monitoring temperatury oraz wilgotności zboża jest bardzo istotny ze względu na utrzymanie jego dobrych właściwości, oraz zapobieganie procesom gnicia. To właśnie temperatura świadczy o stanie ziarna przechowywanego w silosie zbożowym.
Monitoring temperatury ziarna — czy zboże może oddychać?
Przechowywanie zboża nie jest sprawą tak prostą jak może się wydawać. W zbożu, znajdującym się z silosie, cały czas zachodzą procesy biologiczne. Najistotniejszym procesem zachodzącym w zbożu jest oddychanie — proces pobierania tlenu z otoczenia i oddawania dwutlenek, ciepła i wody węgla. Proces oddychania przez ziarno powoduje utratę masy. Wilgotność oraz temperatura zboża są głównymi parametrami decydującymi o szybkości, oraz intensywności tego procesu. Wzrost temperatury i wilgotności powoduje przyśpieszenie procesu oddychania. Ze względu na to, że powietrze znajdujące się między ziarnami ma słabą przewodność cieplną, odprowadzanie ciepła z ziaren jest bardzo trudne. Wydzielane ciepło potęguje dalsze wydzielanie ciepła, które nie może wydostać się z przestrzeni między ziarnowej. Prowadzi to do jeszcze szybszego wzrost jego temperatury, a cały ten proces nazywamy samozagrzewaniem się zboża.
Monitoring temperatury ziarna — samozagrzewanie się ziarna i jego skutki
W masie składowanego ziarna wzrasta jego temperatura tym szybciej, im wyższa jest jego temperatura początkowa. Szybkość reakcji chemicznej wzrasta 2-3-krotnie wraz z podwyższeniem temperatury ziarna o 100°C. Proces samozagrzewania, powoduje straty ilościowe i jakościowe wyrażające się ubytkiem suchej masy i obniżeniem wartości użytkowej ziarna.
W skrajnych przypadkach może dojść do tak dużego wzrostu temperatury, że nastąpi samozapłon i eksplozja. Szczególnie groźny jest pył zbożowy, który w porównaniu z takim ładunkiem wybuchowym jak TNT – trotyl ma energię eksplozji 2-3 razy większą, a podatność eksplozyjna pyłu zbożowego jest 20-50 razy wyższa niż np. pyłu węglowego. Samozagrzewanie się górnej poziomej warstwy ziarna (70-150 cm od powierzchni pryzmy), ma miejsce przede wszystkim jesienią i wiosną. Jesienią, kiedy do magazynu wsypuje się świeżo zebrane i niedostatecznie ochłodzone ziarno, występują w nim z jeszcze większą siłą procesy chemiczne i nagrzane powietrze przestrzeni międzyziarnowych unosi się do górnych części pryzmy. Tutaj wydzielone ciepło i wilgotne powietrze styka się z chłodniejszą warstwą ziarna, następuje częściowa kondensacja pary wodnej i powstają warunki dla rozwoju drobnoustrojów i tym samym przyspieszenia funkcji życiowych ziarna.
Wiosną, kiedy wnętrze masy ziarna ma jeszcze niską temperaturę a górne warstwy nagrzewają się od ciepłego powietrza, możliwa jest również kondensacja pary wodnej i wzmożony rozwój procesów biologicznych. Samozagrzewanie się głębszych warstw pryzmy jest charakterystyczne dla wilgotnego i mokrego ziarna w jesiennym okresie magazynowania, nawet przy niedużej wysokości pryzmy (2-3 m).
Optymalna temperatura i wilgotność zboża
Podwyższona temperatura ziarna utrzymująca się przez dłuższy czas w silosie skutkuje pogorszeniem parametrów ziarna, a więc obniżeniem jego klasyfikacji i w konsekwencji wartości rynkowej. Optymalna wartości wilgotności magazynowanego zboża powinna zawierać się w przedziale 13-14%. Temperatura może osiągać większe rozpiętości, istnieje jednak tendencja do utrzymywania jej poniżej 13°C. W takich warunkach rozmnażanie się i żerowanie szkodników owadzich oraz rozwój pleśni jest bardzo ograniczony. Wartość temperatury ma również decydujący wpływ na czas magazynowania ziarna. Im niższa temperatura ziarna, tym dłuższy czas możliwego przechowywania zboża bez pogorszenia jego jakości. Także utrzymywanie niskiej temperatury ziarna pozwala na przechowanie zboża do momentu wystąpienia atrakcyjnych cen skupu na rynku.
Wpływ owadów na jakość przechowywanego ziarna
Zdarza się, że ziarno ulega zagrzaniu przy wilgotności poniżej 15%, inicjowane przez owady, takie jak żuki czy wołki, a nawet przez roztocza. Lokalne nagromadzenie owadów powoduje miejscowy wzrost temperatury i wilgotności. Aktywność grzybów i sprzyjające warunki, w których gwałtownie rozmnażają się owady, mogą wywoływać tworzenie się „ognisk zagrzania”, ale w tym przypadku ich temperatura jest niższa i zazwyczaj nie przekracza 43°C.
Ogniska zagrzania ziarna początkowo trudne są do wykrycia, ponieważ mogą być niewielkie i oddalone od czujników temperatury. Jeżeli wykryto insekty, można ziarno potraktować fumigantami, przemieścić ziarno w celu przemieszania lub najlepiej, przeczyścić i podsuszyć.
Efekt migracji wilgoci
Pojawiające się ogniska samozagrzania powodują różnice temperatur w objętości składowanego ziarna. Rożnicę temperatur dalej powodują ruchy wznoszące powietrza przenoszące wilgoć z cieplejszych do chłodniejszych miejsc. Efekt ruchu wilgoci pogłębia zmiana pór roku.
Zimą i jesienią gdy temperatura na zewnątrz maleje, zewnętrzne warstwy zboża w zbiorniku ulegają ochłodzeniu. Powietrze pomiędzy nimi chłodzi się również i jako „cięższe” zaczyna opadać w dół, przemieszczając jednocześnie w górę cieplejsze powietrze, znajdujące się w centralnej części zbiornika. Na powierzchni ciepłe powietrze chłodzi się, wytrącając wilgoć, przemieszczając ją w ten sposób z miejsca cieplejszego w chłodniejsze.
Latem natomiast zbiornik zaczyna grzać się przy ścianach. Część zewnętrzna ziarna w silosie staje się cieplejsza od centralnej, więc kierunek ruchu powietrza będzie odwrotny i transport wilgoci będzie również występował. Metodą na zminimalizowanie efektu migracji wilgoci jest okresowe napowietrzanie zwana aktywną wentylacją ziarna.
Suszenie i wietrzenie ziarna
Suszenie ziarna jest procesem stosunkowo drogim w porównaniu do całkowitych kosztów uprawy. Kluczowe jest dokładne mierzenie wilgotności ziarna w trakcie procesu suszenia, gdyż i decyduje o momencie zakończeniu suszenia. W efekcie pomiary wilgotności prowadzą do oszczędności w zużyciu energii, czyli oszczędności kosztowych. Często stosowane przez rolników tzw. przesuszenie ziarna, wpływa na nieuzasadnione podwyższenie kosztów suszenia, a w efekcie tak prowadzonego procesu nie zapewnia się utrzymania wilgotności na odpowiednio niskim poziomie z uwagi na tzw. wilgotność równowagową, czyli taką, do której dąży ziarno w określonych warunkach atmosferycznych (temperatura i wilgotność powietrza).
W gospodarstwach rolnych, od szeregu lat upowszechniły się dwa zasadnicze systemy suszenia: suszenie poprzez wentylację i suszenie termiczne. W dużych gospodarstwach farmerskich najczęściej stosowane są suszarki o pracy ciągłej. Najpopularniejszymi są suszarki kolumnowe o zabudowie daszkowej. Urządzenia te odznaczają się prostotą konstrukcji łatwością obsługi, dobrym dostępem do miejsc regulacji. Niekorzystną cechą tych suszarek jest ich wrażliwość na zanieczyszczenia ziarna – zwłaszcza pozostałości słomiaste powodujące nierównomierny przepływ ziarna. Suszenie termiczne jest metodą energochłonną, wymagającą kapitałochłonnych inwestycji oraz odpowiednio wykwalifikowanej obsługi.
Monitoring temperatury ziarna.
Jak widać z poprzednich części wpisu. Powodów, dla których powinniśmy monitorować temperaturę przechowywanego ziarna w silosach zbożowych, jest wiele. Do tych podstawowych zaliczamy:
- szkodniki i gryzonie
- grzyby i rozwój pleśni
- migracje wilgoci
- optymalna wentylacja i suszenie ziarna
Wilgotność ziarna jest ściśle związana z jego temperaturą. Tylko przez systematyczne monitorowanie temperatury ziarna w silosie zbożowym, możemy utrzymać pożądany poziom wilgotności ziarna. A to pozwoli zapewnić odpowiednie warunki zabezpieczające przed obniżeniem jakości ziarna, a nawet jego zniszczeniem. Pozwoli także na zachowanie wysokiej wartości rynkowej ziarna.
W Ntronic oferujemy urządzenie do pomiaru temperatury ziarna w silosach zbożowych.
System monitoringu wilgotności ziarna składa się z:
Sonda temperaturowa do silosu ↗
Zawiera w sobie sieć czujników temperatury rozmieszczonych co 1 m. Czujniki łączone są równolegle i zamknięte w szczelnej rurce o właściwościach obojętnych dla ziarna.
Klient przy zamówieniu musi określić długość. Długość sondy powinna być tak dobrana, że przy swobodnym zwisie jej koniec kończy powyżej 1 m od dołu silosu.
Przetwornik TD2 ↗
Urządzenie odczytujące wartości z czujników. Jest to tzw. moduł OneWire. Posiada izolowany galwanicznie port RS-485 z Protokołem Modbus — RTU do łatwej integracji ze sterownikiem PLC.
Wyjście przekaźnikowe sygnalizujące przekroczenia temperatur.
System monitoringu temperatury w silosie zbożowym od Ntronic, może działać na dwa sposoby:
- Samoczynnie. Odczyty temperatury mogą odbywać się za pomocą komputera PC.
- Z udziałem zewnętrznego systemu nadrzędnego (np. sterownika PLC) odczytującego temperatury przez protokół Modbus – RTU.
Istnieje możliwość przygotowania przez Ntronic specjalnego urządzenia z wyświetlaczem. Pozwalające na wizualizacje i archiwizacje wartości temperatur z silosów.
Poniżej jeszcze zdjęcie przykładowego połączenia przetwornika TD2 ze sterownikiem Siemens S7-1200
