Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/61776
Type: Dissertação
Title: Avaliação de parâmetros da qualidade do carvão vegetal, utilizando de espectroscopia no infravermelho próximo e de aprendizado de máquina
Authors: Thalles Loiola Dias
First Advisor: Edy Eime Pereira Baraúna
Abstract: Os setores que incorporam o uso de carvão vegetal em seus processos industriais devem investir em caracterização desse material, à medida que a busca por métodos ágeis e precisos, especialmente no ambiente de chão de fábrica, se intensifica. Entre as tecnologias aplicadas na caracterização, destacam-se a espectroscopia no infravermelho próximo (NIR) e o aprendizado de máquina. Nesse contexto, o objetivo deste estudo foi desenvolver modelos multivariados e de aprendizado de máquina para estimar as propriedades químicas imediatas do carvão vegetal, que incluem teor de carbono fixo, matéria volátil, cinzas e umidade. Para a construção do modelo NIR, utilizaram-se amostras de carvão de três clones pertencentes ao gênero Eucalyptus, produzidas no sistema de fornos-fornalha da UFMG e provenientes de empresas privadas. Coletaram-se espectros nas superfícies transversal e tangencial das peças de carvão vegetal e determinaram-se os valores das características, por meio de técnicas de laboratório convencionais. A partir desses dados, foram desenvolvidos os modelos, empregando tanto a técnica dos Mínimos Quadrados Parciais (PLS) quanto a regressão de Vetor de Suporte (SVR). Durante a etapa de validação, os modelos demonstraram ajustes satisfatórios, com ênfase na superfície tangencial. Para os parâmetros de umidade, matéria volátil e carbono fixo, os modelos PLS atingiram valores de R² de 89,52%, 88,8% e 94,09%, respectivamente, além de apresentarem baixos valores de RMSE, altos RPD e um número apropriado de variáveis latentes. Os modelos SVR também obtiveram resultados expressivos na superfície tangencial, com R² de 95,57% para umidade, 90,48% para matéria volátil e 95,10% para carbono fixo. No entanto, é importante ressaltar que os modelos de cinzas não atingiram significância, com um R² inferior a 1%. A aplicação da técnica de espectroscopia no infravermelho próximo, especialmente em conjunto com o aprendizado de máquina, revelou-se altamente promissora. Além disso, a superfície tangencial do carvão vegetal destacou-se como a mais adequada para a determinação dos teores de material volátil, carbono fixo e umidade, em ambientes de produção de energia no chão de fábrica.
Abstract: Sectors that incorporate the use of charcoal in their industrial processes must invest in the characterization of this material, as the search for agile and precise methods, especially in the factory floor environment, intensifies itself. Among the technologies applied, it stands out near-infrared spectroscopy (NIR) and machine learning. In this context, the objective of this study was to develop multivariate and machine learning models to estimate the immediate chemical properties of charcoal, which include fixed carbon content, volatile matter, ash and moisture. To build the NIR model, they were used charcoal samples from three clones belonging to the Eucalyptus genus, produced in the UFMG oven -furnace system and from private companies. They were collected spectra on the transverse and tangential surfaces of the charcoal pieces and the we determined values of the characteristics using conventional laboratory techniques. From this data, models were developed, using both the Partial Least Squares (PLS) technique and Support Vector regression (SVR). During the validation stage, the models demonstrated satisfactory adjustments, with emphasis on the tangential surface. For the moisture, volatile matter and fixed carbon parameters, the PLS models achieved R² values of 89.52%, 88.8% and 94.09%, respectively, in addition to presenting low RMSE values, high RPD and an appropriate number of latent variables. The SVR models also obtained impressive results on the tangential surface, with R² of 95.57% for moisture, 90.48% for volatile matter and 95.10% for fixed carbon. However, it is important to highlight that the ash models did not reach significance, with a R² of less than 1%. The application of the near-infrared spectroscopy technique, especially in conjunction with machine learning, has proven to be highly promising. Furthermore, the tangential surface of charcoal stood out as the most suitable for determining the contents of volatile material, fixed carbon and moisture in energy production environments on the factory floor.
Subject: Análise de regressão
Mínimos quadrados
Logística empresarial
Análise rápida
Espectroscopia de infravermelho
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICA - INSTITUTO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Ciências Florestais
Rights: Acesso Restrito
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/61776
Issue Date: 6-Jan-2023
metadata.dc.description.embargo: 6-Jan-2025
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

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