A capacitive sensor evaluation to loss monitoring during mechanical harvesting of sugar cane

Orientador: Carlos Alberto dos Reis FilhoDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: O plantio e a colheita da cana-de-açúcar são atividades da agroindústria brasileira que ainda possuem uma série de desafios tecnológicos. Dentre esses desafios destaca se a busca de uma solução adequada para a redução das perdas associadas à separação da cana da palha durante a colheita. O trabalho que foi desenvolvido buscou solucionar este particular problema, avaliando a adequação de um sistema de placas condutoras paralelas ao monitoramento contínuo do fluxo da mistura entre elas. Considerando que a cana-de-açúcar possui alto teor de umidade, foram realizadas simulações com o software COMSOL para avaliar o impacto da adição de um material com constante dielétrica próxima à da água com diferentes orientações em um meio formado predominantemente por ar. Um circuito com excitação DC foi projetado e os resultados da medição comparados com os de um circuito AC. Os valores obtidos com cana e palha recém-colhidas mostraram que a palha seca não altera significativamente a capacitância medida, mas a palha verde e a cana influenciam de forma determinante. Apesar da interferência alta, que chegou ao patamar de 50 mV, a presença dos toletes de cana foi detectável dependendo da sua orientação e distribuição no interior do sistema de placas. A variação de capacitância encontrada para um único tolete com comprimento de 86 cm na direção longitudinal ao campo chegou a 61fF. Por outro lado, os testes e simulações também mostraram que a distribuição de material na direção do campo elétrico aplicado influencia de maneira mais importante que a diferença entre as constantes elétricas do meio e do material adicionadoAbstract: Plantation and harvesting of sugar cane are agricultural activities in Brazil that still have a number of technological challenges. Among them the search for a suitable solution to reduce losses in the separation of cane and dry or fresh leaves during harvesting shows up. The developed work searched for a solution to this specific problem and evaluated a system of parallel conducting plates to continuous monitoring the flux between them of a mixture of sugar cane and vegetable impurities. Considering a high moisture content for sugar cane, simulations with COMSOL software were conducted to evaluate the impacts of a material with a dielectric constant near to that of water in different orientations and distributions in a medium formed mainly by air. A circuit with DC excitation was developed and the measuring results were compared to those of an AC circuit. The values with cane and fresh leaves showed that when dried leaves are present capacitance variations are negligible, but cane and green leaves are determinants. Despite of strong interferences, which reached voltage oscillations up to 50mV the presence of cane billets was detectable depending on its orientation and distribution within the sensor arrangement. Capacitance variations due to a single cane billet with 86cm in length on a longitudinal orientation to the field reached 61fF. On the other hand, tests and simulations showed that material distribution in the direction of the electric field influences in a stronger way than the difference between dielectric constants of the medium and the added materialMestradoEletrônica, Microeletrônica e OptoeletrônicaMestra em Engenharia Elétric