Sistema de baixo custo para determinação do teor de água e massa específica aparente de feijão e milho | Low ost system for determination of moisture content and bulk density of bean and maize.

Os recentes avanços das tecnologias de sensores e automação de sistemas tornaram possível o desenvolvimento de máquinas e implementos para aplicação de insumos à taxa variável, e viabilizaram o desenvolvimento da agricultura de precisão. Um componente essencial da agricultura de precisão é o monitor de produtividade, sistema composto por diversos sensores com objetivo de medir a produtividade em cada ponto da lavoura, durante a colheita. Os dados medidos no campo permitem gerar mapas de produtividade, auxiliando ao produtor a planejar a safra seguinte e decidir qual o melhor uso/manejo de sua terra. No Brasil, apenas as máquinas colhedoras autopropelidas são comercializadas com monitores de produtividade sendo empregadas apenas em grandes fazendas, devido ao seu elevado custo de aquisição. Dentre os componentes do monitor de produtividade destacam-se o sensor de teor de água. O sensor de massa específica aparente geralmente não é utilizado em máquinas com base em fluxo volumétrico, o fluxo mássico é determinado utilizando uma massa específica única para todo o campo fornecida pelo usuário do sistema, o que reduz a exatidão da determinação da produtividade. Nesse sentido, esse trabalho foi realizado com o objetivo de desenvolver um sistema de baixo custo, capaz de determinar a massa específica aparente e o teor de água para grãos de milho e feijão. Além disso, o sistema desenvolvido deveria apresentar potencial para implementação em monitores de produtividade de colhedoras tracionadas por tratores. O sistema proposto foi desenvolvido e calibrado no laboratório de mecanização agrícola da Universidade Federal de Viçosa. Um conjunto de células de carga e um recipiente de volume conhecido foram utilizados para desenvolver um sensor de massa específica aparente. Já o sensor de teor de água foi desenvolvido com base em duas metodologias distintas: método dielétrico e método que utilizava equações de equilíbrio higroscópico. Para construção do sensor com base no método dielétrico foi utilizado um par de eletrodos cilíndricos. O sensor com base na segunda metodologia foi desenvolvido utilizando as medições realizadas por um sensor de temperatura de umidade relativa do ar modelo AM2302. O sistema desenvolvido processava os dados no microcontrolador Arduino UNO ® , armazenava-os em um cartão de memória e informava ao usuário os valores medidos por meio de um display LCD. Ambos os sensores foram validados utilizando-se grãos de milho e de feijão e tiveram seus respectivos tempos de resposta determinados. O sensor de massa específica aparente apresentou erro quadrático médio (RMSE) de 14,58 e 16,17 kg m -3 para os grãos de feijão e de milho, respectivamente. Já as medições teor de água pelo sensor que utilizou o método dielétrico resultou em RMSE de 0,46 e 1,53 %, para os grãos de feijão e de milho, respectivamente. O RMSE pelo método das equações de equilíbrio higroscópico foi de 1,36 %. O tempo de resposta foi de 8 s para o sensor de massa específica aparente; 63 s para o sensor de teor de água pelo método dielétrico; e 41 min para o sensor de teor de água pelo método as equações de equilíbrio higroscópico. Foi construído um equipamento de fácil replicação e atualização, com custo total de construção de R$ 314,74. O equipamento desenvolvido era condizente com a abordagem de código aberto, na qual o compartilhamento de informações sobre hardware e software de equipamentos facilita a implementação e a melhoria contínua das tecnologias existentes.

Recent advances in sensor technologies and systems automation have allowed the development of machines and implements for variable rate application and they have enabled the development of precision agriculture. An essential component of precision agriculture is the yield monitor, a system composed of several sensors to measure yield at each point of the field during harvesting. The data measured in the field allow generating yield maps, helping the producer to plan the next crop and to decide which is the best management for the land. In Brazil, only self-propelled harvesters are sold with yield monitors being used only on huge farms, due to their high acquisition cost. One of the most important components of a yield monitor is the moisture content sensor. The bulk density sensor is generally not used in volumetric flow-based machines, the mass flow is determined using a unique test weight value for the entire field. This value is provided by the user of the system, which reduces the accuracy of the determination of yield. Therefore, the objective of this work was to develop a low-cost system capable of determining the bulk density and moisture content for corn and beans. In addition, the developed system should present potential for implementation in yield monitors of harvesters pulled by tractors. The proposed system was developed and calibrated in the agricultural mechanization laboratory of the Federal University of Viçosa. A set of load cells and a container of known volume was used to develop the bulk density sensor. The moisture content sensor was developed based on two different approaches: using the dielectric method and using the equilibrium moisture content equations. For the construction of the sensor based on the dielectric method, a pair of cylindrical electrodes was used. The sensor based on the second methodology was developed using measurements made by an air relative humidity and temperature sensor, model AM2302. The developed system processed the data in the Arduino UNO ® microcontroller, stored the data in a memory card and informed the user the measured values through an LCD display.Both sensors were validated using maize and bean grains and had their respective response times determined. The bulk density sensor showed a root mean square error of 14.58 and 16.17 kg m -3 for bean and maize grains, respectively. The measurements of moisture content by the sensor using the dielectric method resulted in errors of 0.46 and 1.53 % for beans and maize, respectively. The error by the equilibrium moisture content equation method was 1.36 %. The response time was determined as 8 s for the bulk density sensor; 63 s for the moisture content sensor by the dielectric method; and 41 min for the moisture content sensor by the equilibrium moisture content equations method. It was built an equipment of easy replication and update, with a total development cost of 314.74 BRL (approximately 80.00 USD). The equipment developed was consistent with the open source approach in which sharing hardware and software equipment information facilitates the implementation and continuous improvement of existing technologies.