UM MODELO EM DINÂMICA DE SISTEMAS PARA CONTROLE DE SISTEMAS DE AERAÇÃO DE GRÃOS EM SILOS

Grain quality is decisive in determining its added value, requiring adequate measures in post-harvest processes. The aeration technique has become the main process for managing bulk storage systems, aiming to preserve product quality through control that modifies the intergranular microclimate of stored products. This control makes it possible to reduce or eliminate the proliferation of microorganisms and pests that are harmful to the quality of the stored product. Aeration makes this process possible by maintaining the temperature and relative humidity of the intergranular air and, consequently, the moisture content of the grains at safe levels for storage. In this work, a control system for aeration of stored grains was developed, providing automatic starts and stops, which took into account the system dynamics technique, considering an aeration model and predictive microbiology. The control strategy used for aeration management prioritized the cooling of the grain mass, tested in four scenarios based on different parameters to turn the fan on or off. The first three scenarios proved to be undesirable, as there was an increase in the temperature of the product and its moisture content in the first layers, in addition to conditions that favored biological growth. In the last scenario, it was established, as a parameter, that the temperature of the external air was, at most, 3 below the average intergranular temperature, and the results showed a decrease in the temperature of the intergranular environment, absence of product wetting and, therefore, a continuing decline in conditions unsuitable for biological reproduction.La calidad del grano es decisiva para determinar su valor agregado, requiriendo medidas adecuadas en los procesos de poscosecha. La técnica de aireación se ha convertido en el principal proceso de gestión de los sistemas de almacenamiento a granel, con el objetivo de preservar la calidad del producto a través de un control que modifica el microclima intergranular de los productos almacenados. Este control permite reducir o eliminar la proliferación de microorganismos y plagas perjudiciales para la calidad del producto almacenado. La aireación hace posible este proceso al mantener la temperatura y la humedad relativa del aire intergranular y, en consecuencia, el contenido de humedad de los granos en niveles seguros para el almacenamiento. En este trabajo se desarrolló un sistema de control para la aireación de granos almacenados, proporcionando arranques y paradas automáticas, que tuvo en cuenta la técnica de dinámica del sistema, considerando un modelo de aireación y microbiología predictiva. La estrategia de control utilizada para la gestión de la aireación priorizó el enfriamiento de la masa de grano, probada en cuatro escenarios basados en diferentes parámetros para encender o apagar el ventilador. Los tres primeros escenarios resultaron ser indeseables, ya que hubo un aumento en la temperatura del producto y su contenido de humedad en las primeras capas, además de condiciones que favorecieron el crecimiento biológico. En el último escenario, se estableció, como parámetro, que la temperatura del aire externo era, como máximo, 3 por debajo de la temperatura intergranular promedio, y los resultados mostraron una disminución de la temperatura del ambiente intergranular, ausencia de humectación del producto y, por lo tanto, una disminución continua de las condiciones inadecuadas para la reproducción biológica.A qualidade do grão é decisiva na determinação do seu valor agregado, exigindo medidas adequadas nos processos de pós-colheita. A técnica de aeração tornou-se o principal processo para o gerenciamento de sistemas de armazenamento a granel, visando preservar a qualidade do produto por meio do controle que modifica o microclima intergranular dos produtos armazenados. Esse controle permite reduzir ou eliminar a proliferação de microrganismos e pragas prejudiciais à qualidade do produto armazenado. A aeração possibilita esse processo mantendo a temperatura e a umidade relativa do ar intergranular e, consequentemente, o teor de água dos grãos em níveis seguros para o armazenamento. Neste trabalho, foi desenvolvido um sistema de controle para aeração de grãos armazenados, proporcionando partidas e paradas automáticas, que levou em consideração a técnica de dinâmica de sistemas, considerando um modelo de aeração e microbiologia preditiva. A estratégia de controle utilizada para o gerenciamento da aeração priorizou o resfriamento da massa de grãos, testado em quatro cenários baseados em diferentes parâmetros para ligar ou desligar o ventilador. Os três primeiros cenários mostraram-se indesejáveis, pois houve aumento da temperatura do produto e do seu teor de água nas primeiras camadas, além de condições que favoreceram o crescimento biológico. No último cenário, estabeleceu-se, como parâmetro, que a temperatura do ar externo fosse, no máximo, 3 abaixo da temperatura média intergranular, e os resultados mostraram diminuição da temperatura do ambiente intergranular, ausência de umedecimento do produto e, portanto, um declínio contínuo nas condições impróprias para a reprodução biológica

Modeling and experimental validation to estimate the energy balance for a poultry house with misting cooling

The aim of this study was to develop and validate a simplified steady state mathematical model to predict temperature distribution in a commercial poultry house equipped with a negative pressure ventilation system and internal misting. The model was validated with data obtained experimentally during the summer. For external temperature conditions of 26, 27, and 29 °C, the best combinations of energy generated by misting (qmisting), ventilation rate (V), global heat loss coefficient for the roof (Ut), and global heat loss coefficient for the wall (Upar) were encountered to maintain the majority of the installation with temperatures within the optimal thermal comfort range for the birds (24 to 29 °C)

ASPERSÃO DE ÁGUA DE CHUVA ARMAZENADA SOBRE A COBERTURA DE AVIÁRIOS COM TELHAS DE AÇO NA REGIÃO CENTRO OESTE DO BRASIL

Objetivou-se com este trabalho estudar os principais efeitos da aspersão de água de chuva armazenada sobre a cobertura de telhas de aço de instalações comerciais para produção de frangos de corte, na região centro-oeste do Brasil. Foram avaliados variáveis climáticas, temperatura da superfície inferior das telhas, índices zootécnicos e índices de conforto térmico. Adicionalmente, foram avaliados o tempo de funcionamento, o consumo de água e o consumo de energia pelo sistema de resfriamento. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado com dois tratamentos e três repetições: Tratamento um - três aviários equipados com sistema de resfriamento interno, modo túnel com pressão negativa, e aspersão de água de chuva armazenada sobre a cobertura de telhas de aço (CA); Tratamento dois - três aviários idênticos aos do tratamento 1 embora, sem aspersão de água sobre a cobertura (SA). O tratamento CA, em média, proporcionou a redução de 19,5°C na temperatura média da superfície interna das telhas no horário mais critico do dia às 15:00h e reduziu a temperatura média do ambiente ao nível das aves em 1,9 °C. Ademais, os índices de conforto térmico no tratamento CA apresentaram valores inferiores durante todo período experimental, houve redução no tempo de funcionamento do segundo grupo de exaustor em 4,8 %, no terceiro grupo em 7,5 % e na bomba de nebulização interna em 9,6 %, reduzindo assim o consumo de energia elétrica, redução na mortalidade, melhoria na conversão alimentar e aumento no ganho de massa corporal média das aves ao abat

Modelamiento del ambiente térmico y aéreo de un galpón de presión negativa tipo túnel para pollitos / modeling of the thermal environments in shed negative pressure tunnel type of chicks

La optimización de los procesos productivos tiene granimportancia en el mundo actual debido al continuo desarrollo y avance. Con la finalidad de evaluar el desempeño productivo en el sector avícola, se hace necesaria la adecuación del ambiente interno de las instalaciones avícolas con técnicas que atiendan las exigencias de confort térmico con mayor eficiencia energética. En este trabajo, se evaluó el ambiente térmico interno de un galpón de presión negativa tipo túnel durante la primera fase de crecimiento de pollos de engorde. La evaluación de comportamiento térmico en este período fue realizada utilizando la dinámica de fluidos computacionales (CFD). El modelo computacional demostró ser una herramienta eficaz para el entendimiento y mejora de diseños bioclimáticos de ambientes internos de galpones avícolas. / The optimization of production processes hasgreat importance in the world due to the development andadvancement. In order to evaluate the productive performance in poultry production, it becomes necessary the indoor environmental adequacy of the poultry buildings by technologies that attend the requirements of thermal comfort with major energy efficiency. This study evaluated the thermal environment of a domestic shed of negative pressure tunnel type, during the first growth phase of broilers. The evaluation of the thermal behavior model during this period was made using the computational fluid dynamics (CFD). The computational model proved to be an effective tool forunderstanding and improving of bioclimatic designs of indoorenvironments to create this kind of sheds

Saraz method adjustment for the quantification of ammonia emissions generated in opened or hybrid animal production facilities

The objective of this study was to evaluate the efficiency of the Saraz method in order to quantify ammonia emissions generated in opened or hybrid animal production facilities, and to determine an equation for the adjustment method. To do this, we developed beacon equipment, with input and output gas sectors, hoods and absorbent porous material. After the collection, the amount of ammonia captured in the environment was determined in the laboratory. Different ammonia concentrations were evaluated in addition to the different speeds of the exhaust air. Considering the results, it can be concluded that for the situations analyzed the Saraz method is efficient, but as with other methods, with an increase of air velocity and concentration, its efficiency decreases. An equation for the adjustment of the Saraz method was generated to determine the concentration and the rate of ammonia emissions inside animal facilities

Zootechnical and physiological performance of broilers in the final stage of growth subjected to different levels of heat stress

The objective of this work was to study the influence of different levels of thermal stress from the environment, including comfort levels (25 °C), heat stress (28 °C), moderate heat(31 °C), high heat (34 °C) and severe heat (37 °C), on the performance of broilers in the late growth (22-42 days), housed in environmental chambers. It has been determined the physiological and behavioral parameters of chickens (weight gain (WG), day weight gain (DWG), feed intake (FI), feed conversion ratio (FC), mortality (MORT), percentage of carcass of age as body weight (BW), carcass (CAR), breast (Bre), drumstick (Drum), wings (Win)), according the specific ranges of temperature; and was calculated the Temperature Index Black Globe Humidity (BGHI), for control and evaluation of the thermal environment of the treatments. In general, birds kept in temperature between 25-28 °C, during the three last week of life, performed better than those exposed to other situations, and indicating this would be the ambient temperature to the desired setting for birds in its final phase, compared with the other treatments, including those who remained at recommended temperature as thermal comfort throughout the experimental period.El objetivo de este trabajo fue estudiar la influencia de diferentes niveles de estrés térmico del ambiente, incluyendo niveles de confort (25 °C), estrés por calor (28 °C), calor moderado (31 °C), calor alto (34 °C) y calor severo (37 °C), en el desempeño de pollos de engorde en el la última fase de crecimiento (22-42 días), alojados en cámaras climáticas. Se determinaron los parámetros fisiológicos y de comportamiento de los pollos (ganancia de peso (WG), ganancia de peso diaria (DWG), consumo de alimento (FI), índice de conversión alimenticia (FC), mortalidad (MORT), porcentaje de carcasa con relación a la edad y peso corporal (BW), carcasa (CAR), pecho (Bre), muslos (Drum), alas (Win)), de acuerdo a los rangos específicos de temperatura; y se calculó el Índice de Temperatura de Globo Negro y Humedad (ITGH), para el control y evaluación térmica de los tratamientos. En general, las aves mantenidas en temperatura entre 25-28 °C, durante las tres últimas semanas de vida, se comportaron mejor que las expuestas a otras situaciones, e indicando que esta podría ser la temperatura ambiente deseada para las aves en su fase final, en comparación con los otros tratamientos, incluidos los que se mantuvieron a la temperatura recomendada como confort térmico durante todo el período experimental

Multiplatform computational system for storage and remote data transmission

Com o grande avanço tecnológico em relação aos sistemas de instrumentação e medidas, são exigidos, cada vez mais, sistemas que proporcionem confiabilidade aos resultados e respostas rápidas nas diferentes formas de transferência de dados. Neste contexto, desenvolveu-se um sistema que permite transferir, armazenar e recuperar dados de experimentos por acesso remoto por meio da INTERNET. A utilização da arquitetura Cliente-Servidor, com o uso da INTERNET para armazenamento e transmissão de dados em Sistemas de Gerenciamento de Banco de Dados (SGBD), é considerada promissora devido à popularidade da Rede mundial de Computadores (Web). Sua construção dentro da idéia de código livre possibilita o seu crescimento de forma colaborativa entre os próprios usuários. Atualmente, equipamentos micro-processados como desktops, notebooks, palmtops, telefones celulares e outros, provêem algum tipo de navegador Web, não necessitando da instalação de outros programas aplicativos de acesso à INTERNET, possibilitando o acesso remoto em diversos tipos de sistemas operacionais. A utilização do Lado do Usuário da arquitetura do sistema na Web, conforme desenvolvida neste trabalho, é auto- explicativa. O acesso pelo usuário aos dados transmitidos e aos arquivos anexos torna-se simples e em ambiente amigável. A formatação desses dados nos diversos tipos de arquivos padrão como XML, xls e txt facilita a leitura e possibilita a portabilidade deles para análise. É possível anexar arquivos resultantes de outros sistemas que não possuem uma padronização comum. É exigida também pouca capacidade de processamento nos equipamentos do usuário e do Cliente do Projeto, uma vez que todos os dados estão no servidor Web e somente são apresentados pelo navegador. Um fator a ser observado é a velocidade de conexão do usuário que é variável, dependendo do seu tipo, interferindo no tempo de resposta da solicitação. Assim, o que pode prejudicar o tempo de resposta ao usuário é a qualidade de sua conexão à INTERNET. A configuração do servidor Web e do Cliente do Projeto, por sua vez, exige, de certa forma, um conhecimento especializado em tecnologias da informação, para garantir o seu funcionamento. O servidor Web necessita de uma hospedagem com suporte à linguagem PHP e MySql. O código fonte em Java, do lado do Cliente do Projeto, é disponibilizado para que o usuário possa adaptar o programa referente ao seu experimento às variáveis padrões de inclusão ao SGBD. Para isso, torna-se necessário um conhecimento básico de programação. Muitas são as possibilidades de melhorias e propostas de acréscimos futuros ao sistema proposto. Dentre elas, citam-se: (i) comunicação entre os usuários do mesmo projeto pelo sistema; (ii) segurança e controle por comunicação móvel; (iii) estudar a viabilidade de implementação, no sistema de gerenciamento e armazenamento, de um sistema de controle de dispositivos por meio da INTERNET, criando um laboratório virtual, com o objetivo de aproveitar melhor os recursos já existentes. Assim, seria possível o desenvolvimento de ferramentas relacionadas à automação por meio da INTERNET, como ferramenta fundamental para implementação de controle de ambientes remotos. Encontram-se na literatura alguns trabalhos sobre laboratórios virtuais, mas de caráter muito específico, tornando-se necessário o desenvolvimento de um sistema multiplataforma para a transmissão de dados que viabilize a comunicação remota, facilitando o processo de análise desses dados.As instrumentation and measurement system technology develops the demand for faster and more reliable data transfer increases. In this context, it was developed a system for remote management and data transmission over diverse communication interfaces. This goal was achieved by developing a protocol system that allows for remote storage, access, and data transmission by the INTERNET. The utilization of the Client/Server architecture, including the use of the INTERNET for storage and transmission of data to the database systems are promising due to popularity of the Web. The software was developed using open source code, allowing for its collaborative growth among the users. At present, micro-processed equipment such as desktops, notebooks, palmtops and cellular telephones has been used to access the INTERNET. That is, there is no need for installing other software to remote accessing of data. The user access to the collected data is simple and done in a friendly interface. The stored data can also be saved as XML, xls and txt files, making their management and analysis easier by the user. Project and server terminals can have low processing capacity since all data are stored at the Web server and are showed only by the browser. An important factor that should be observed is that the speed of user connection varies according to its type and may interfere in the response time of the request The Web server and project client settings should be done by technicians with basic knowledge about information technologies. This will guarantee that the system will work properly. The web server needs a host with PHP and MySql support. The Java font code is freely available and the user can adapt it to other software used in specific experiments by including new variables to the database. Also, for this task it is necessary logical programming knowledge. Future works should be developed to improve the system. Some suggestions are: (i) the inclusion of communication between users of the same project by the system; (ii) security and process control over mobile communications; (iii) study of the viability of implementing a management and storage system to control the devices connected to the projects by INTERNET. This will create a virtual laboratory which can improve the use of the available resources. Several works about virtual laboratory can be found in the literature, although they are for specific applications. Therefore, it is necessary the development of a multiplatform computational system for remote data transmission that turns it possible the remote communication facilitating the data analysis.Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerai

Modeling and simulation of the cooling process of grain stored in bins with trapezoidal floor through the energy and mass conservation laws

Neste trabalho, foi realizada a modelagem do efeito da interação fluido-matriz porosa, incluindo o acoplamento matemático entre as equações de transferência de calor das fases sólida e fluida, para processos de resfriamento e, ou, aquecimento de grãos armazenados. Os dados experimentais permitiram validar o modelo implementado em Dinâmica dos Fluidos Computacional e caracterizar os transportes de calor e de massa no interior da massa de grãos. Condições simuladas do ar utilizado na aeração permitiram estabelecer, computacionalmente, a temperatura e a umidade relativa do ar mais adequada para a aeração da massa de grãos. Esses procedimentos permitem predizer condições em certos cenários e torna possível minimizar as perdas causadas por infestação de insetos-praga e o uso de energia elétrica, utilizando sistema de controle inteligente que pode ser simulado para diversas situações ambientais. Essas simulações permitem projetar sistemas de aeração otimizados. Este trabalho consistiu das seguintes etapas: (1) Construção de um protótipo para testes de validação do modelo; (2) Implementação de um modelo computacional de transferência de calor, massa e quantidade de movimento para simulação de sistemas de invólucro de proteção dos sensores de temperatura e umidade relativa; (3) Implementação de um modelo computacional de transferência de calor, massa e quantidade de movimento para simulação de sistemas de resfriamento (ou de aquecimento) em silos graneleiros, utilizando a dinâmica dos fluidos computacional; (4) Simulação do processo de resfriamento da massa de grãos armazenados em silos graneleiros em dois cenários e análise dos parâmetros do modelo para otimização do sistema. Os resultados da simulação permitiram avaliar o desempenho do processo de resfriamento da massa de grãos.This work aimed at the modeling of the interaction of the fluid and porous matrix, including the coupling between the mathematical equations of heat transfer in the solid fluid phases for cooling and, or, heating process of stored grains. The experimental data allowed validating the model implemented in Computational Fluid Dynamics and characterizing the heat and mass transfer within the grain mass. Simulated conditions of the air used in aeration allowed to establish, computationally, the appropriate temperature and relative humidity the grain mass aeration. These procedures allow predicting conditions in certain scenarios and make it possible to minimize losses caused by infestation of insects and the use of electric energy by using intelligent control system which can be simulated for various environmental situations. These simulations allow for designing optimized aeration systems. This work consisted of the following steps: (1) Construction of a prototype for testing and validation of the model; (2) Implementation of a computational model of heat, mass and momentum transfer for simulating enclosures (casing) to protect the temperature and relative humidity sensors; (3) Implementation of a computational model of heat, mass and momentum transfer for simulation cooling (or heating) systems in horizontal (graneleiro) bins using computational fluid dynamics; (4) Simulation of the cooling process of the grain mass stored in horizontal bins (graneleiros) in two scenarios and analysis of the parameters model for system optimization. The simulation results allow evaluating the performance of the cooling process of the grain mass.Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerai