Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ifgoiano.edu.br/handle/prefix/3519
Tipo: Tese
Título: USO DE SENSORES DIGITAIS E MACHINE LEARNING PARA MONITORAMENTO DA AERAÇÃO DE GRÃOS ARMAZENADOS
Autor(es): Ferreira Junior, Weder
Primeiro Orientador: Resende, Osvaldo
Primeiro Membro da Banca: Zuchi, Jacson
Segundo Membro da Banca: Quirino, José
Terceiro Membro da Banca: Oliveira, Daniel
Quarto Membro da Banca: Oliveira, Daniela
Resumo: Os sensores digitais de temperatura e umidade relativa surgem como alternativa para monitoramento da temperatura da massa de grãos no interior de silos, apresentando simplicidade de instalação e utilização, manutenção mais simples e menos onerosa e facilidade de ser associado a automação do sistema de aeração. Assim, o objetivo da pesquisa foi estudar a eficiência de sensores digitais de temperatura orientando diferentes estratégias de aeração de grãos armazenados, verificar a eficiência e aplicabilidade de sensores digitais de umidade relativa intergranular no armazenamento de grãos, como estimar eficiência energética da aeração de grãos utilizando Machine learning. O experimento foi realizado em uma unidade armazenadora em dois silos metálicos verticais. A aeração nesses silos foi coordenada de forma manual no silo contendo termopares e foi automatizada no silo com sistema de termometria digital. Além dos dados da temperatura da massa de grãos, monitorou-se a qualidade dos grãos de girassol durante 90 dias de armazenamento em três alturas do silo (terços superior, médio e inferior). Para avaliar a eficiência de sensores de umidade relativa intergranular analisou-se em duas amostragens de grãos de soja no terço superior, médio e inferior do silo, para a temperatura da massa de grãos, umidade relativa intergranular, teor de água de equilíbrio estimado conforme dados coletados e teor de água dos grãos amostrados. Realizou-se a comparação dos valores de teor de água obtidos pela estimativa do sistema usando a equação do equilíbrio higroscópico e pela determinação pelo método de estufa. Realizou-se a comparação da estimativa do teor de água de equilíbrio das diferentes equações com o método de determinação direta e estimado pelo sistema. Para investigar a eficiência energética do manejo da aeração e propor um modelo de estimativa a partir do machine learning utilizou-se um banco de dados do armazenamento de grãos de girassol. O banco de dados foi composto pelas informações da temperatura média do nível dos sensores, temperatura média do silo, temperatura ambiente externa, ocorrência de aeração, se houve: resfriamento, aquecimento, aquecimento direto durante aeração, e a eficiência energética do processo de aeração. A predição dos modelos pelos algoritmos e a obtenção dos clusters, no aprendizado de máquinas não supervisionado, respectivamente, foi processada pela ferramenta Weka 3.8.5. As estratégias de aeração influenciaram na temperatura da massa de grãos e, consequentemente, na qualidade do produto armazenado, principalmente no teor de água. Não se identificou influência das estratégias de aeração para o teor de proteína, óleo e índice de iodo do óleo dos grãos de girassol armazenados. A automatização da aeração contribui no aproveitamento de melhores condições climáticas para realização do processo, comparativamente ao sistema manual utilizado. As estratégias de aeração adotadas: resfriamento e conservação, apresentaram-se eficientes para amenizar a temperatura da massa de grãos no processo automatizado. O silo com aeração automatizada apresentou melhor conservação da qualidade dos grãos de girassol armazenados. O teor de água de equilíbrio estimado pelos dados fornecidos pelos sensores não diferenciou do teor de água determinado pela estufa. Os sensores digitais de temperatura e umidade relativa demonstraram-se eficientes, visto que contribuem para estimativa do teor de água de equilíbrio com precisão satisfatória. O modelo de estimativa da eficiência energética do processo de aeração demonstrou-se eficiente, identificando que durante a aeração de grãos de girassol armazenados a eficiência energética foi de 97,78%. O modelo proposto de avaliação de eficiência da aeração apresenta aplicabilidade de utilização em análises preditivas do processo. Dentre os algoritmos classificadores testados o SVM-Poly apresentou as melhores métricas e indicadores sendo esse recomendado para implementação em redes neurais.
Abstract: Digital temperature and relative humidity sensors emerge as an alternative for monitoring the grain mass temperature inside silos, as they are simple to install and use, simpler and less costly to maintain, and are easy to associate with the automation of the aeration system. Thus, the objective of the research was to study the efficiency of digital temperature sensors guiding different aeration strategies of stored grains, to verify the efficiency and applicability of digital sensors of intergranular relative humidity in the storage of grains, as well as to estimate energy efficiency of the aeration of grains. using Machine learning. The experiment was carried out in a storage unit in two metallic silos. The aeration in these silos was manually coordinated in the silo containing thermocouples, and was automated in the silo with a digital thermometry system. In addition to grain mass temperature data, the quality of sunflower grains was monitored during 90 days of storage in three silo heights (upper, middle and lower thirds). To evaluate the efficiency of intergranular relative humidity sensors, two samples of soybean grains were analyzed in the upper, middle and lower third of the silo, for grain mass temperature, intergranular relative humidity, equilibrium moisture content estimated according to data collected and moisture content of the sampled grains. The moisture content values obtained by estimating the system using the hygroscopic equilibrium equation and by the oven method were compared. The estimation of the equilibrium moisture content of the different equations was compared with the method of direct determination and estimated by the system. To investigate the aeration management energy efficiency and propose an estimation model based on machine learning, a sunflower grain storage database was used. The database consisted of information about the average temperature of the sensors, average temperature of the silo, external ambient temperature, occurrence of aeration, if any: cooling, heating, direct heating during aeration, and the energy efficiency of the aeration process. The models prediction by the algorithms and the obtaining of the clusters, in unsupervised machine learning, respectively, were processed by the Weka 3.8.5. The aeration strategies influenced the grain mass temperature and, consequently, the quality of the stored product, mainly in the moisture content. No influence of aeration strategies was identified for protein, oil and iodine content of the stored sunflower oil. The automation of aeration contributes to the use of better climatic conditions to carry out the process, compared to the manual system used. The aeration strategies adopted: cooling and conservation, proved to be efficient to soften the grain mass temperature in the automated process. The silo with automated aeration better preserved the quality of stored sunflower seeds. The equilibrium moisture content estimated by the data provided by the sensors did not differ from the moisture content determined by the oven. Digital temperature and relative humidity sensors proved to be efficient, as they contribute to the estimation of equilibrium moisture content with satisfactory accuracy. The model for estimating the energy efficiency of the aeration process proved to be efficient, identifying that during the aeration of stored sunflower grains the energy efficiency was 97.78%. The proposed aeration efficiency assessment model has applicability for use in predictive analysis of the process. Among the classifier algorithms tested in the SVM-Poly presented the best metrics and indicators, which is recommended for implementation in neural networks.
Palavras-chave: Termometria
Umidade relativa intrangular
Machine learning
Modelagem
Área do CNPq: CIENCIAS AGRARIAS::ENGENHARIA AGRICOLA::ENGENHARIA DE PROCESSAMENTO DE PRODUTOS AGRICOLAS
Idioma: por
Pais: Brasil
Editor: Instituto Federal Goiano
Sigla da Instituição: IF Goiano
Campus: Campus Rio Verde
Programa/Curso: Programa de Pós-Graduação em Ciências Agrárias – Agronomia
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/br/
URI: https://repositorio.ifgoiano.edu.br/handle/prefix/3519
Data do documento: 30-Set-2022
Aparece nas coleções:Doutorado em Ciências Agrárias - Agronomia

Arquivos associados a este item:
Arquivo Descrição TamanhoFormato 
TESE - WEDER NUNES FINAL.pdf1,54 MBAdobe PDFVisualizar/Abrir
termo_de_autorizacao .pdf93,92 kBAdobe PDFVisualizar/Abrir


Este item está licenciada sob uma Licença Creative Commons Creative Commons