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Systems Engineering Treatment of Ammonia Emission from Solid Manure
No full textZiel dieser Arbeit ist es, die NH3-Freisetzung aus Festmist zu untersuchen. Dabei stellen die Emissionsvorgänge im Stall und während der Lagerung den Schwerpunkt dieser Arbeit dar, da an diesen Emissionsorten der NH3-Verlust aus Festmist am größten ist. Wegen der Komplexität des Systems wird das systemtechnische Verfahren der Bildung und Simulation eines Systemmodells gewählt. Die durch die Modellsimulation ermittelten wesentlichen Systemgrößen sind dann Grundlage für Überlegungen, wie durch verfahrenstechnische Maßnahmen eine Verringerung der NH3-Emission zu erreichen ist.
Ausgangspunkt der Systemanalyse und -modellierung sind zwei in der Literatur angegebene Modelle für die NH3-Emissionen aus Flüssigmist Diese Modelle werden zunächst analysiert und auf die Übertragbarkeit auf Festmist überprüft. Da im Festmist aerobe Prozesse zur Selbsterwärmung führen, und weil einige Emissionsprozesse exponentiell von der Temperatur abhängen, ist es erforderlich, die Temperaturverteilung in das Modell einzubeziehen. Wegen der ständigen Systemveränderungen muß die Emissionsmodellierung dynamisch mit der Temperaturfeldberechnung gekoppelt werden. Die Berechnung der Stoff- und Energieströme erfolgt mit der Finite-Element-Methode. Die Schnittstellen, wie die Kopplung der Feldgrößen und die Ein- und Ausgabe, werden mit FORTRAN realisiert.
Zwei Überprüfungsmethoden validieren das RechenmodelL Zum einem wird das Rechenprogramm auf innere Konsistenz überprüft. Dazu dienen sowohl das Gesetz der Massenerhaltung als auch bekanntes Systemverhalten bei der Parametervariation. Zum anderen werden einzelne Systemvariablen mit Meßergebnissen verglichen, um den Wertebereich der Veränderlichen zu kontrollieren.
Ein Haupteinflußfaktor mit großem verfahrenstechnischen Minderungspotential ist der Stoffübergangskoeffizient der NH3-Freisetzung aus Festmist. Eine Senkung dieses Stoffübergangskoeffizienten bewirkt eine Emissionsminderung. Verfahrenstechnisch ist eine Verringerung des Stoffübergangskoeffizienten durch zwei Maßnahmen realisierbar. Eine Absenkung der Luftgeschwindigkeit über der Emissionsquelle vermindert den Stoffübergangskoeffizienten durch eine Veränderung der Freisetzungsprozesse in der Luft. Auf der Festmistseite ist der Stoffübergangskoeffizient durch eine lose Einstreuschicht an der Oberfläche reduzierbar.
Eine weitere Möglichkeit, den NH3-Emissionsstrom zu senken, ist die Verringerung des pH-Wertes durch Säurezugabe. Eine Senkung unter pH-Wert 6 führt zum völligen Rückgang der Emission. Jedoch ist eine Senkung verfahrenstechnisch sehr kompliziert, da der Festmist Säure-Base-Puffer enthält. Zudem hat eine zu starke pH-Wert-Senkung nachteilige Folgen, wie Materialverätzungen und Tierschädigungen.
Das vorgestellte Modell kann Ausgangspunkt für ein Systemmodell sein, das die NH3-Emission aus Festmist genau quantifiziert. Ein solches weiterführende Modell könnte sich eignen, um verfahrenstechnische Konzepte zur NH3-Emissionsminderung im Vorfeld auf Wirksamkeit zu optimieren. Effiziente Maßnahmen zur Reduzierung der Emissionen können auf diese Weise schnell und mit einem verminderten Versuchsaufwand gefunden werden.
Der verwendete Modellansatz kann auch auf andere Gasemissionen der Tierhaltung angewandt werden. Eine Berechnung verschiedener Gasströme in einem Modell ist möglich. Allgemein ist die Anwendung dieses Modellansatzes auf Systeme vorteilhaft, bei denen eine Kopplung von Stoff- und Energieströmen vorliegt.A system-model had been to developed for measurements of NH3-emission from solid manure. It describes the formation, transportation and the emission of NH3. The starting points of systems analysing and modelling were two models for the NH3-emission from liquid manure indicated in the literature (ELLIOTT and COLLINS, ZHANG et al.). These were analysed whether the processes of liquid manure can be transferred to solid manure. The finite element analysis (FEA) was used to solve the balance equations for the NH3-mass-flows and the heat flows, which can be considered with solid manure. Model assumptions enabled to simplify the complexity of the system, so a system-model could be created for solid manure. The model parameters were varied independently (ceteris paribus) in the analysis of sensitivity. Thus the mass-transfer coefficient and the pH value were found as main measured variables of the emission. These parameters are discussed on realisation of process engineering
Management and technology assessment of maize production in the USA
No full text1. Die vorliegende Arbeit baut auf Untersuchungen und Erfahrungen auf, die während einer Studienreise nach USA im Jahre 1954 angestellt und gewonnen werden konnten. Untersuchungsgebiet waren die drei Staaten der nördlichen Hälfte des Maisgürtels, lowa, Wisconsin und Minnesota.
2. Untersucht wurden die Anbau-, Ernte- und Lagerungstechnik für Mais und die Betriebsorganisation von 66 Farmen.
3. Die Fragen der Erfolge der Hybridmaiszüchtung, der Bodenbearbeitung, Düngung, Saat, Pflege, Ernte und der Erträge bei verschiedenartiger Nutzung, der Lagerung der Ernteerträge und der künstlichen Trocknung sowie der Organisation der Feld-, Vieh- und Arbeitswirtschaft und des Betriebserfolges von Farmen der Grössenklassen 20 - 50 ha LN und 50 - 100 ha LN wurden besonders berücksichtigt.
4. Die Technik des Anbaues, der Ernte, der Lagerung und der Trocknung wurde nach den vorgefundenen Gegebenheiten in der Praxis und naoh der Literatur erläutert.
Die Betriebsorganisation wurde nach betriebswirtschaftlichen Erhebungen, die in der Betriebsstatistik zusammengestellt sind, zur Darstellung gebracht
Berührungslose Höhen- und Seitenführung von Traktoranbaugeräten in Beetkulturen
No full textIn order to develop the correct automated equipment, the demands and condi-tions for their use must be comprehensively defined. The initial development of the equipment, therefore, should be investigated closely in connection with the process of the different plant types and rows. A method to determine the average level was used to generate a control signal for an automated machine. Laser sensor as well as two different ultrasonic sensors were tested in static and dynamic studies. Contrary to a laser sensor, which delivers an almost permanent signal, the ultrasonic sensor only provides intermittent test values. he characteristics of the developed test device were analysed at the begin-ning of the control period. The main factor which effects the behaviour of an automated side drive proves to be the speed. Other parameters, for example the type of soil or its condition, play a secondary role. A model controller was developed on the basis of analysis of simple control s2ructures. A mathematical drive model, which describes the theoretical drive run of the test device, was used as the basis for the model controller. he economical examination of the implementation of an automated drive device is realised with a model calculation with two different farm sizes. Two differ-ent machines and four different crops were taken into account in the model trial. The trail only covers the implementation in the automated weed control. By both types of activity, the implementation of an automated device proved to bring economical advantages in comparison to traditional methods
Geräte- und verfahrenstechnische Optimierung der thermischen Unkrautbekämpfung
No full textDie Richtlinien für den Integrierten Anbau von Obst und Gemüse in der Bundesrepublik Deutschland fordern bei der Unkrautregulierung eine verstärkte Berücksichtigung physikalischer Methoden. Die "Abflammtechnik" wird für die Unkrautbekämpfung im Vorauflauf und für die selektive Unkrautbekämpfung in der Kulturreihe eingesetzt. Der Einsatz der "Abflammtechnik" ist mit hohen Verfahrenskosten verbunden. Auf der Basis eines thermodynamischen Rechenmodells und unter Einsatz standardisierter Meßmethoden wurden verschiedene geräte- und verfahrenstechnische Ansätze zur Erhöhung der möglichen Fahrgeschwindigkeit und zur Reduzierung des flächenbezogenen Energieeinsatzes erarbeitet und überprüft. Für die Unkrautregulierung im Vorauflauf empfiehlt sich die Anbringung einer flachen und langgezogenen Abdeckung. Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades ist durch die Anbringung einer guten Isolierung und durch den Einsatz von Gebläsebrennern möglich. Der Flammenaustritt sollte gegen die Fahrtrichtung erfolgen. Durch die Erhöhung des Gasdurchsatzes am Brenner kann die Fahrgeschwindigkeit deutlich gesteigert werden, dafür muß aber mit einem höheren flächenbezogenen Energieeinsatz gerechnet werden. Durch den Einsatz eines neuen Gerätekonzeptes (Low Temperature Weeder) wird ein hoher Wirkungsgrad auch bei hohen Fahrgeschwindigkeiten erreicht. Gegenüber einem optimierten Abflammgerät kann bei gleicher Fahrgeschwindigkeit mit einem um 50 % reduzierten flächenbezogenen Energieeinsatz gerechnet werden
Arbeitswirtschaftliche Simulation der Feldarbeiten auf Wochenbasis unter besonderer Berücksichtigung klimatischer Verhältnisse
No full textDie Betriebsplanung ist eine ständige Aufgabe von Beratung und Praxis. Im entwickelten Kalkulationsprogramm werden aus den Wetterdaten des Bayerischen Agrarmeteorologi-schen Messnetzes und von Schlagkarteidaten der Bayerischen Schlagkartei standardisierte Produktionsverfahren erarbeitet. Diese erlauben mit der dem Programm hinterlegten Daten-bank eine einfache Anpassung an betriebsindividuelle Gegebenheiten. Damit wird ein schneller Arbeitszeitvoranschlag und eine detaillierte Planung von landwirtschaftlichen Be-trieben möglich
Experimentelle Untersuchungen zur Beeinflussung der Milchabgabe durch Melkmaschinen mit konstanter bzw. kontrollierter Vakuumapplikation
No full textFür zwei neue Melksysteme, die eine konstante (Milch-Luft-Trennung im Abscheidersammelstück) bzw. kontrollierte (Periodischer Lufteinlaß) Vakuumapplikation am Euter gewährleisten, wurde erstmalig im Kurzzeit-Change-Over eine Optimalkombination für Vakuumhöhe und Pulsierung ermittelt: 40 bzw. 42,5 kPa Nennvakuum, 60 Z/min, 70 % Saugphasenlänge. Im Vergleich mit einem Standardmelkzeug war der Periodische Lufteinlaß im Kriterium „Vollständigkeit“, die Milch-Luft-Trennung in der „Melkgeschwindigkeit“ überlegen
Verfahrenstechnische Voraussetzungen zur Ernte der Zuckerhirse als Energiepflanze
No full textIn drei Jahren wurden der Ertragsverlauf, die Anteile der Pflanzenteile am Ertrag und der Zukkerabbau
bei der Lagerung von Zuckerhirse untersucht. Die Ergebnisse dienten der Ermittlung
des Verarbeitungszeitraums sowie der Definition der Anforderungen an die Erntetechnik.
Für die Verarbeitung der Zuckerhirse stehen in Süddeutschland maximal 10 Wochen zur
Verfügung. Das Erntegut sollte in Form von Stengelstücken oder unzerkleinerten Stengeln
vorliegen. Eine Nutzung der Zuckerhirse als Energiepflanze in Deutschland setzt die Entwicklung
einer geeigneten Erntetechnik voraus
Untersuchungen zur Integration kontinuierlich arbeitender Feuchtemeßsysteme in ausgewählte Futtererntemaschinen
No full textDer Strukturwandel zu größeren Betrieben und wachsende Anforderungen an Informations- und Kommunikationstechnik erfordern neue Werkzeuge, diese komplexen Systeme zu regeln. Bei der Einführung moderner Managementsysteme in der Landwirtschaft entwickelt sich die Feuchtemessung zu einer der Schlüsseltechnologien im Bereich der Qualitätskontrolle. Aufgrund der physikalischen Eigenschaften des Wassers kann dieses in Feststoffen mit unterschiedlichen Prinzipien gemessen werden. Die zu messenden Feststoffe - Futtererntegüter- lassen sich durch einen Feuchtegehalt zwischen 8 % und 90 % und ihre inhomogene Struktur charakterisieren. Im Zusammenhang mit den stark schwankenden Durchsätzen in Erntemaschinen ergeben sich Meßbedingungen, die die Genauigkeit der bekannten Feuchtemeßverfahren stark herabsetzen können. Die wenigen bekannten Forschungsarbeiten auf diesem Gebiet und die geringe Anzahl der auf dem Markt verfügbaren Feuchtemeßsysteme zur kontinuierlichen Feuchtemessung in Futtererntegütern zeigen, daß diese Meßaufgabe zahlreiche Schwierigkeiten in sich birgt. Einige Verfahren wurden von vorneherein aufgrund des eingeschränkten Meßbereichs, ihrer Größe oder ihrer Zulassung im landwirtschaftlichen Bereich von weiteren Untersuchungen ausgeschlossen. Der theoretische Vergleich zwischen den Einflußfaktoren auf die grundsätzlich möglichen Meßprinzipien und den Rahmenbedingungen ergibt eine theoretische Eignung der Meßverfahren in folgender Reihenfolge: Nahinfrarot-Reflexion, Mikrowellenreflexion, Kapazitive Meßverfahren, Dielektrische Meßverfahren, Mikrowellenresonator, Mikrowellentransmission und Nahinfrarottransmlssion. Die Zusammensetzung der getesteten Systeme stellt einen Kompromiß aus dem theoretischen Optimum und den von Herstellerseite verfügbaren Systemen dar.
Der Test der einzelnen Feuchtemeßsysteme wurde zweistufig durchgeführt: als erstes erfolgte eine Versuchsreihe im Labor, die zum Ziel hatte, die grundsätzliche Eignung und den maximal erfaßbaren Feuchtebereich zu zeigen . Die definierten Bedingungen im Labor ermöglichten zudem die Erstellung von Grundkalibrierungen, die Evaluierung des Einflusses von Parametern wie Dichte und Schichtdicke auf die Meßergebnisse und eine Aussage über die mögliche Genauigkeit des jeweiligen Systems. Der Versuch, die im Labor erfolgreich getesteten Systeme in die Erntemaschine zu integrieren, warf neue Probleme auf.
Für die Ballenpresse konnte während der gesamten Versuchszeit keine geeignete Anbauposition gefunden werden, was unter anderem an den eingeschränkten Zugangsmöglichkeiten zum Materialstrom in der verfügbaren Rundballenpresse lag. Am Feldhäcksler dagegen erwies sich die Anbauposition im Auswurfkamin als nahezu optimal. Mit Ausnahme der Gewichtseinschränkung bezüglich einsetzbarer Sensoren herrschten gute Bedingungen hinsichtlich Zugänglichkeit und Materialflußhomogenität. Einzig die Referenzierung der Maßergebnisse stellte sich problematisch dar.
Die hohen Durchsatze im selbstfahrenden Feldhäcksler von 100 t/h und mehr erschwerten die Entnahme repräsentativen Probenmaterials. Streuungen innerhalb der Referenzergebnisse von bis zu ±5 % verminderten die Aussagekräftigkeit der Genauigkeitsuntersuchung. Für eine Berechnung der Gesamtfeuchte wäre zudem ein genaues Verfahren zur Durchflußmessung notwendig, was derzeit für Futtererntemaschinen ebenfalls nicht verfügbar ist.
Bei den Laboruntersuchungen kristallisierten sich bereits die NIR-Meßverfahren als beste Verfahren für die Feuchtemessung in Futtererntegütern heraus. Mit einer Genauigkeit teilweise besser als ±1 % und einem Bestimmtheitsmaß von 0,99 über den gesamten Feuchtebereich, unabhängig von Dichte und Schichtdicke, wurden sehr gute Ergebnisse erzielt. Sowohl Kapazitive- als auch Mikrowellenreflexions-Systeme zeigten im Labor unter konstanten Bedingungen Ergebnisse, die nur knapp innerhalb der geforderten Genauigkeit von ±5 % lagen. Es wurde eine Abhängigkeit zwischen den Maßergebnissen dieser Verfahren, der Dichte und der Schichtdicke des Meßgutes festgestellt, die jedoch für die Erstellung eines Korrekturalgorithmus nicht deutlich genug war. Ursache für die starke Streuung der Ergebnisse dürfte unter anderem die lnhomogenität (Korngröße) der Erntematerialien sein.
Mit einer Standardabweichung von 4,40 % und einen Bestimmtheitsmaß von 0,823 des MESA MM55 und von 1,39 % und 0,774 des Perten DA7000 lagen die Ergebnisse der Feldtests mit den NIR-Meßsystemen trotz der fehlerbehafteten Referenzierung innerhalb der Genauigkeitsanforderungen. Dabei wurde Maissilage aus einem Bereich von 47 % bis 72 % Feuchte mit einer einzigen Kalibrierung gemessen.
Die Ergebnisse der kapazitiven Meßsysteme waren abhängig von Materialdichte, Schichtdicke und Stellung des Auswurfkamins, was nicht zu kompensieren war. Bei der Erstellung von Kalibrierungen ist dar auf zu achten, daß diese für den typischen Feuchtebereich des jeweiligen Erntegutes aufgebaut werden.
Grundlegende Untersuchungen zur kontinuierlichen Inhaltsstoffbestimmung auf Feldhäckslern haben gezeigt, daß dies für Stärke und Rohprotein beziehungsweise Stickstoff möglich ist. Für weitere Parameter wäre der explizite Beweis der Meßbarkeit noch zu führen. Dies erfordert aufgrund der schwierigen Referenzierbarkeit einen sehr großen Probenumfang sowie umfangreiche Kenntnisse der Chemie. Ein solches komplexes System konfrontiert den Benutzer mit der Problematik, daß eine schnelle, einfache Kontrolle der Funktionsfähigkeit und Genauigkeit des Meßsystems nicht mehr möglich ist
Zusammenfassend läßt sich sagen, daß die NIR-Technologie eine geeignete Basis für eine kontinuierliche Feuchtemessung und eventuell auch Inhaltsstoffbestimmung auf Futtererntemaschinen darstellt. Mit der schnellen Weiterentwicklung elektronischer Komponenten und Sensoren ist zu erwarten, daß innerhalb weniger Jahre kostengünstige, robuste NIR-Meßsysteme auf dem Markt zu finden sind, die die Anforderungen aus dem Bereich der Qualitätskontrolle für Futtererntegüter erfüllen. Um optimale Maßergebnisse erzielen zu können, müßten die Landmaschinen an die Erfordernisse der Meßtechnik angepaßt werden und nicht umgekehrt - wie heute üblich.ln the last few years, one of the trends in production agriculture has been in the area of Information gathering and management. One key trend is the emphasis more on quality aspects of crop, rather than on mass of crop. To ensure that a high Ievei of seed or grain quality is deliverable, a widespread control system is required. This system needs to collect Information through all steps of the crop production process. One of the most important parameters for crop harvestlng is molsture content of the grain itself. Continuously working maisture measurement sensors are available for combine harvesters, but the development of a complimentary system for self propelled forage harvesters (SPFH) and balers is needed. Harvested materials from a SPFH are characterised with having typical molsture contents from 9 % to 90 %. These materials are normally very inhomogeneaus in structure. A material flow analysis for SPFH and round balers was completed for different mounting configurations within the material flow sections. Using this Information a performance specification for maisture measurement on SPFH was prepared. The results of this analysis determined the optimum location for the moisture sensor is on the spout of the SPFH, and between 2 belts of the round baler. Maisture measurement requires stable conditions for representative data sampling, and care in design was taken to minimise negative influences, which could impact sensor and measurement accuracy. To date, only a few research projects in this area have been completed. Commercially, manufacturers of moisture sensors have little experience measuring organic materials continuously under field conditions. Therefore, basic evaluations of different principles of measurement were evaluated to fulfill the performance specification. Using the physical makeup of water, it is possible to measure the moisture content of solids through different measurement principles. A theoretical comparison of sensor capabilities and knowledge of material flow conditions was used to rank different measurement principles: near infrared reflectance, microwave reflectance, capacitance systems, dielectric systems, microwave resonator, microwave transmittance and near infrared transmittance. Selection of systems for evaluation was driven by theoretical inspection, and those systems commercially available. Through evaluation and testing, the sensor systems were referenced to the oven drying method for comparison. Specifically, samples were dried in an oven at 105 °C for a period of 24 hours. A labaratory evaluation was completed prior to field evaluation. Through labaratory testing, the measurement device was located on the test fixture to simulate the harvesting machine as close as possible. This test fixture allowed the possibility to vary material type, moisture content, material density, and layer thickness presented to the sensor. Tests were completed for grass silage, maize silage and hemp. Labtests quickly showed that NIR technology was capable of making accurate moisture readings of +1 - 1 %. Capacitance sensors were seen to be within +/- 5 % under certain conditions. When operating over 9 % to 90 % moisture content however, the accuracy was only +/-10 %. A John Deere 6950 SPFH and John Deere 580 round baler equipped with yield measurement systems were available for field testing. ln addition to the known systems up to three moisture measurement systems were installed on both machines simultaneously. This allowed for direct comparison of different measuring principles directly. Calibrations from the lab testing were available and used for field sensor evaluation. Due to the rough and altering conditions normal to agricultural harvesting equipment, the field results were not as positive. Problems occurred in the method for taking representative samples from the silage trailer for reference measurements in the drying oven. Testing determined that varying density and layer thickness had large influences on the results, especially for the capacitance measurement systems. Field results proved that a NIR based sensing systems are capable of +/-5 % accuracy for maisture measurement in silage. Field tests with the Perten DA7000 diode array system delivered the possibility for moisture and ingredient measurements such as: protein, raw fibre, raw profe in, nitrogen ar energy. Calibration development and the ability far reference measurements is needed for further tests and evaluations. Knowledge of exact molsture content for harvested materials offers many improvements for the feed production process. This Information opens the following opportunities: • Harvesting of crops with optimum maisture content. • Application of silage additives based on throughput and molsture content. • Determination of weather safe drying is needed. • Feeding rations based on dry mass. • Yiefd mapping based on dry yield. • Knowledge about non-homogeneaus soil within a fiefd. Further research and evaluation needs to be completed to arrive at a production ready moisture measurement system. The sensor system must be integrated into the electrical system of the harvesting machine, and design modifications may be needed for mounting the sensor system. Also, specialised calibrations for different crops must be developed. Continuously working ingredient measurement on harvestlng machines will be a challenging project for the future. This system has the potential for being a great quafity control tool for production agriculture. To make this type of a system work, further work on calibration development, referencing methods and standardisation of sampling must be completed. ln addition, certification of these measuring techniques needs to occur
Schlepperausstattung und Schlepperverwendung in der Landwirtschaft bei unterschiedlichen betrieblichen Verhältnissen
No full textGenaue Kenntnisse über die betriebliche Schlepperausstattung und Schlepperverwendung
sind für den Schlepperhersteller sowie für die landwirtschaftliche Praxis und Beratung von
großer Bedeutung. Auf der Basis zweier Erhebungen wird der Einfluß betrieblicher Faktoren
(Betriebsgröße, Arbeitskräftebesatz, Produktionsstruktur, Bodenart, Schlaggröße) auf die
Zahl der auf den Betrieben eingesetzten Schlepper, deren Nennleistung, Alter, jährliche
Einsatzzeit und Verwendung für verschiedene Arbeiten untersucht
Mechanische Belastungen bei der Ernte und Aufbereitung von Möhren
No full textMöhren sind bei Ernte und Aufbereitung erheblichen mechanischen Belastungen ausgesetzt, die zu einer Verminderung der inneren und äußeren Qualität führen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, Beziehungen zwischen Art und Intensität der mechanischen Belastungen und dem Grad der Beschädigung zu erarbeiten. Neben äußerlich sichtbaren Schäden, die direkt zum Verlust der Handelsqualität führen, kommt es zu Qualitätsbeeinträchtigungen, die zum Zeitpunkt der Belastung nicht erkennbar sind. Zur Bewertung der Produktqualität solcher nahezu unverletzten Möhren wurden. die Atmungs- und Transpirationsraten sowie das Wasserpotential und das Elastizitätsmodul gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass bereits mechanische Belastungen geringer Intensität Veränderungen der physiologischen und mechanischen Gewebeeigenschaften und dadurch einen vorzeitigen Frischeverlust zur Folge haben