UFLA - Teses
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Resultados da Pesquisa
Item Remotely piloted aircraft and computer vision applied to coffee growing management(Universidade Federal de Lavras, 2022-11-25) Santana, Lucas Santos; Ferraz, Gabriel Araújo e SilvaDigital and precision agriculture technologies used in coffee farming have gained space and have become necessary in many coffee production stages. Among the emerging technologies, the Remotely Piloted Aircraft (RPA) can be highlighted because their products can be used as data providers for machine learning techniques and automated monitoring forms. This study aimed to apply cartographic and photogrammetric products from RPAs submitted to machine learning techniques and image analysis in digital and precision coffee farming. Three types of research were built: Application of RPA cartographic products for the coffee plant implantation project; Identification and counting of plants in PRA images and Investigations of plants development in renewal areas. (I)The first study evaluated different flight mission composition efficiency and point cloud levels for Digital Terrain Models generation applied in coffee plantations. Flights performed at 120 m Above Ground Land (AGL) and 80 × 80% overlap showed higher assertiveness and efficiency. The 90 m AGL flight showed great terrain detail, causing significant surface differences concerning the topography obtained by Global Navigation Satellite System (GNSS) receivers. Slope ranges up to 20% are considered reliable for precision coffee growing projects. Changes in flight settings and image processing are satisfactory for precision coffee projects. Image overlap reduction significantly lowed the processing time without influencing Digital Terrain Model DTM's quality. (II) The second research aimed to develop an algorithm for automatic counting coffee plants and define the plant's best age to carry the monitoring using RPA images. Plants with four months of development showed 86.5% count assertiveness. The best results were observed in plantations with six months of development, presenting an average of 96.8% of assertiveness in automatically counting plants. This analysis enables an algorithm development for automated counting of coffee plants through RGB images obtained by remotely piloted aircraft and machine learning applications. (III) The objective of the third research was to monitor the coffee plants' development planted on ash from crop residues through vegetative indices in RPA images, analysis of chemical elements presents in the ash and soil analysis. Preliminary results indicate the high presence of aluminum and potassium in the ash, causing significant differences in coffee development beginning. In addition, variations were observed in vegetative indices values in regions with ash presence, highlighting the NGI and NNIRI indices. The research developed by this paper provides essential information for digital agriculture technologies advancement in coffee growing.Item Visão computacional para classificar a maturação dos frutos de café no processo de colheita mecanizada(Universidade Federal de Lavras, 2023-04-28) Zanella, Marco Antonio; Silva, Fábio Moreira daO café é um dos produtos agrícolas mais comercializados e consumidos no mundo, fundamental para o desenvolvimento socioeconômico do Brasil. A colheita do café é um processo essencial na cadeia produtiva e, corresponde por aproximadamente metade dos custos totais de produção. Nesse sentido, esta pesquisa teve como objetivo classificar frutos de café quanto ao grau de maturação durante o processo de colheita mecanizada utilizando técnicas de visão computacional. Vídeos dos frutos de café colhidos foram obtidos durante o processo de colheita mecanizada na safra de 2022. A coleta de dados ocorreu sobre a espécie arábica, variedade Bourbon Amarelo, cultivada na Fazenda Cafua no município de Ijaci, localizada na região Sul de Minas Gerais. Para a coleta de imagens, foi desenvolvido um dispositivo instalado sobre a esteira transversal da colhedora, com acoplamento de uma câmera em um suporte para reduzir os efeitos da vibração da colhedora de café e com um sistema iluminação por led para a iluminação dos frutos durante a obtenção dos vídeos. Para o processamento das imagens coletadas foram realizadas duas abordagens, (i) com o desenvolvimento de um algoritmo utilizando técnicas de visão computacional e (ii) utilizando um algoritmo de detecção de objetos de última geração o YOLOv7. O algoritmo de visão computacional foi capaz de detectar e classificar frutos de café de acordo com os seguintes graus de maturação: não maduro e maduro. A precisão média para as classes de maturação do café não maduro e maduro foi de 72% e 70%. Com algoritmo não foi possível classificar os frutos da classe demasiado maduro. O algoritmo de detecção de objetos denominado YOLOv7 foi implementado para a detecção e classificação dos frutos de café em três classes: não maduro, maduro e demasiado maduro. A rede YOLOv7 apresentou capacidade superior com valores de F1-score de 90%, 95% e 75% para as classes não maduro, maduro e demasiado maduro, respectivamente. Com a classificação da maturação dos frutos de café colhidos é possível obter um índice de maturação dos frutos durante o processo de colheita mecanizada. Além disso, os resultados desse estudo podem contribuir para o desenvolvimento de sistema embarcado para ser utilizado na coleta de dados durante a colheita mecanizada do café.Item Análise de particulados sólidos suspensos em cooperativas de cafés(Universidade Federal de Lavras, 2022-09-01) Moreira, Kátia Soares; Andrade, Ednilton Tavares deA geração de poeira pela movimentação de grãos em cooperativas armazenadoras, pode apresentar riscos ocupacionais ao sistema respiratório. O objetivo deste estudo foi analisar ambientalmente e ocupacionalmente a poeira presente em duas unidades armazenadoras de café, analisando as características físicas e químicas destes. A análise de particulados sólidos suspensos foi realizada em outubro de 2021, em duas cooperativas agroindustriais armazenadoras de cafés commodities e especiais, com grande capacidade de armazenagem, localizadas no Sul de Minas Gerais. As coletas foram feitas em três alturas para cada área, nos pontos localizados à aproximadamente 2, 5 e 8m, na agroindústria de café commodity, e 1, 2 e 8m de altura, na de café especial. As amostras foram analisadas em laboratório por Difratometria de Raio-X e gravimetria, pelas metodologias NIOSH 7500, descritas pela National Institute for Occupacional Safety and Health. Os mapeamentos da distribuição de materiais particulados nas cooperativas foram feitos com a utilização do Software Surfer 14®, com método de interpolação de Krigagem (Kriging Method). A granulometria das partículas sólidas foi determinada com a utilização de agitador de peneiras com vibração durante 10 min, com velocidade/intensidade 4, com malhas de 12, 20, 40, 60, 70, e 100 mesh. Para a caracterização química da poeira foi realizada a análise de bioativos, sendo a cafeína, trigonelina e ácidos clorogênicos, por meio de cromatografia líquida de alta eficiência. A determinação quantitativa e qualitativa de pesticidas nas amostras foi realizada no Laboratório de Resíduos de Pesticidas do Instituto Biológico, utilizando o método QuEChERS. A quantidade de poeira gerada nas cooperativas de café especial e commodity foi maior nos setores de recebimento e beneficiamento, com a maior concentração até a altura de 5m, sendo intensificada na unidade de cafés especiais. A análise do risco químico ambiental apresentou maior quantidade de poeira total para cooperativa de cafés especiais, entretanto o limite de sílica livre cristalizada foi inferior ao de detecção para as duas agroindústrias. De acordo com a análise granulométrica das partículas, observou-se que 5,8% da poeira é menor que 0,150 mm, podendo conter particulados com dimensões inferiores a 0,025mm, passíveis de chegar até o pulmão. Os bioativos de trigonelina, ácido clorogênico e cafeína tiveram maior teor na poeira da unidade de cafés especiais. A quantificação dos resíduos de agrotóxicos presentes na poeira demonstrou valores superiores ao limite máximo para a Tiametoxam e Lambida-cialotrina, na cooperativa de café especial, e de Ciproconazole para a de café commodity.Item Desenvolvimento e avaliação de um mecanismo para o desprendimento seletivo de frutos do cafeeiro(Universidade Federal de Lavras, 2021-11-25) Díaz Herrera, Miguel Ángel; Silva, Fábio Moreira daA colheita seletiva de frutos maduros de café se justifica na produção de cafés finos, considerando ainda que os frutos imaturos que ficam nas plantas, após cada colheita seletiva, conseguem chegar ao estádio ótimo de maturação, para colheita posterior. Focando a colheita seletiva em pequenas glebas e ou lavouras de declividades mais elevadas, os sistemas de colheita disponíveis são o manual e o semimecanizado (máquinas portáteis). O sistema manual seletivo, no entanto consegue uma seletividade próxima de 100%, porem apresenta limitações pelo alto custo e baixa oferta de mão de obra. Para o sistema semimecanizado, a tecnologia oferecida comercialmente foi desenvolvida para a colheita plena e não seletiva. A procura de uma alternativa semimecanizada, para a colheita seletiva de frutos de café, levou aos objetivos deste trabalho, com desenvolvimento de soluções de um mecanismo portátil, mediante metodologia de projeto conceitual de engenharia e avaliação científica dessas soluções, com experimentos de campo de lavouras localizadas no Brasil e na Colômbia. Foram desenvolvidas quatro soluções conceituais que foram avaliadas mediante delineamento experimental inteiramente casualiza do, determinando as variáveis resposta: eficácia de seletividade, eficácia de desprendimento, capacidade de produção efetiva, volume total desprendido e danos causados às plantas. A metodologia de projeto conceitual mostrou-se útil ao desenvolvimento objetivo e estruturado das soluções propostas. A melhor das soluções desenvolvidas no projeto conceitual, apresentou eficácia de seletividade de 92% para a frequência de 40Hz. A eficácia de desprendimento média foi de 33%, chegando a 52% do volume total de frutos maduros nas plantas, na frequência de 42Hz. A capacidade produtiva foi de 28,4 Litros por hora, também para a frequência de 42Hz e os danos causados às plantas foi de 91 a 125 gramas de folhas e ramos destacados, para as frequências de 40 a 42Hz. A simplicidade do mecanismo desenvolvido permitiu a fácil e rápida alteração das frequências e amplitudes nos ensaios de campo.Item Desenvolvimento de uma derriçadora semimecanizada para a colheita seletiva do café(Universidade Federal de Lavras, 2020-01-23) Maciel, Diogo Tubertini; Silva, Fábio Moreira da; Santos, Fábio LúcioNo Brasil, os fatores geográficos são de suma importância para a produção de café de qualidade. O manejo dessas lavouras e, principalmente a colheita, necessitam do uso de máquinas portáteis, em virtude da impossibilidade de mecanização para ganho de eficiência. Este trabalho busca o desenvolvimento de um equipamento, para a validação de uma metodologia, que propõe a colheita seletiva semimecanizada. Para esse desenvolvimento, foram utilizados equipamentos comerciais com alguma adaptação e um conjunto eletrônico para controle de frequência. Para os testes, utilizou-se lavouras de café no Sul de Minas e, na Colômbia. Para validação dessas lavouras quanto a possibilidade de colheita seletiva, medimos a força de desprendimento dos frutos, em seus diferentes estádios de maturação e o mínimo aceitável para um intervalo de confiança de 90% e uma diferença de 1,5 N conforme adotado. Os testes finais foram executados, em uma lavoura com a proporção de 54% de frutos verdes, para 46% de cereja. Os resultados demonstram que, para a amplitude de 9,4mm, mesmo na frequência mais alta, 33Hz, não colhe de forma efetiva. Para as amplitudes de 16,5mm e 23,7mm, a eficiência de seletividade ocorreu nas frequências 22,5Hz, 25,57Hz e 27,93Hz, na frequência 33,4Hz a colheita se tornou plena. O melhor resultado obtido foi de 10,31% de frutos verdes na frequência de 27,45Hz e amplitude 16,5mm, seguida de 10,81% da frequência 22,5Hz e amplitude 16,5mm. O conjunto de repetições com menor desvio-padrão, ou seja, mais preciso, foi com uma média de 11,76% na amplitude de 16,5mm e frequência de 22,5Hz. Os dados comprovam a possibilidade da colheita seletiva semimecanizada e com percentual de verdes inferior a 20% conforme proposto. A relação amplitude e frequência são os fatores relevantes, para uma colheita seletiva e sua eficiência de colheita. Os dados demonstram que não existe uma frequência ideal, o importante é ajustar a relação amplitude e frequência. Comprovou-se que quanto maior a amplitude, menor será a frequência de início de seletividade, mas a transmissão energética cinemática ideal aproxima-se da frequência de 25Hz, e a frequência é o fator principal para a eficiência de colheita.Item Avaliação do desprendimento do fruto do cafeeiro por vibração: um estudo de caso(Universidade Federal de Lavras, 2017-09-15) Gomes, Jader Bôsco; Rabelo, Giovanni FranciscoA fase cereja do fruto do café é a mais utilizada para a comercialização e sua colheita é realizada de várias maneiras, sendo as mais comuns a manual, a semimecanizada e a mecanizada. Com o intuito de contribuir para a eficiência desse processo, objetivou-se neste trabalho avaliar, em um sistema de colheita semimecanizado, no qual um vibrador é acoplado ao ramo da planta de café, qual a frequência de vibração responsável pela colheita da maior quantidade de frutos nessa fase. Para isso, vários instrumentos de captação foram testados e o microfone de eletreto foi o que melhor se adaptou às condições dos ramos e frutos das plantas instaladas no laboratório do Centro de Desenvolvimento de Instrumentação Aplicada à Agropecuária, da Universidade Federal de Lavras. Nesse local, sob condições reais de plantio, foi realizado um estudo preliminar com frutos nas fases verde, cereja e passas, a fim de conhecer as características de forma, peso, dimensão, cor e, sobretudo, condições de resistência ao desprendimento do pedúnculo. Os valores encontrados nessa análise foram base para a determinação dos parâmetros de operação do instrumento para o experimento principal. Neste último, as vibrações, cujas frequências foram medidas por meio do equipamento, associadas às diversas posições em que o grão foi encontrado nas plantas, foram adaptadas a um conjunto de dispositivos mecânicos que, com a interface do software “LabVIEW”, executaram oscilações avaliadas qualitativa e comparativamente de forma experimental. Isso permitiu a descoberta dos valores ideais para os parâmetros de operação das colhedoras e outros equipamentos envolvidos no processo. Portanto, as vibrações realizadas no experimento que proporcionaram as melhores condições para a coleta foram as de oscilações com frequência de 38 a 88 Hz, o que reduziu esforços na colheita de frutos de melhor qualidade, além de possibilitar uma análise das condições naturais de oscilação da planta.Item Projeto estrutural de uma colhedora de café operando em terrenos declivosos(Universidade Federal de Lavras, 2018-04-23) Silva, Evandro Pereira da; Silva, Fábio Moreira daEste trabalho tem como objeto de estudo a realização de um projeto estrutural de uma colhedora de café que opere em terrenos declivosos, tendo em vista a importância dessa parcela de terrenos presentes em várias regiões e também a falta de projetos de colhedoras que operem nessas condições. O objetivo principal deste trabalho foi obter resultados de projeto, ao se realizar análises na estrutura de um de uma nova concepção de máquina colhedora de café, que opere em terrenos com declive de 50%. As simulações foram feitas com o uso de software, utilizando a técnica de elementos finitos, considerando análise estática, com geração de resultados de tensões, deslocamentos, fatores de segurança e forças de reação nas regiões da roda que compõem a estrutura. Foi realizada, também, análise modal com objetivo de determinar as diversas frequências naturais que provocam deslocamentos, com o objetivo de se evitar o fenômeno da ressonância, o qual amplia os deslocamentos/deformações dos componentes. Com o uso de simulações em software, pode-se predizer situações de trabalho dessas máquinas, reduzindo-se tempo e custos com construções de protótipos. Para esse fim, analisou-se, como primeira parte do trabalho, os componentes estruturais principais da máquina, em que modelou-se a colhedora, seguindo alguns critérios de projeto baseados em peso, dimensões reduzidas para melhor mobilidade, deslocamento nos dois sentidos, tendo como características principais: o modelamento e simulação de uma colhedora com três rodas em distribuição triangular, estrutura superior em formato também triangular, cilindros vibradores desalinhados entre si de 300 mm, altura e largura máxima de 3,0 m e principalmente alturas diferentes entre as laterais da máquina, que permitam que operem em terrenos com até 50% de declividade. Foram obtidos alguns resultados de projeto que propiciaram importantes informações para uma nova simulação, que foi realizada após o modelamento mais completo da colhedora e foram aplicadas cargas em sua estrutura considerando componentes como: reservatório de café cheio, motor principal, cilindros vibradores, radiador, tanque de combustível, sistemas de transporte de café horizontais e verticais, motorista, dentre outros. Como resultados, obteve-se um fator de segurança mínimo dentro do aceitável para materiais dúcteis, distribuição desigual de carga entre as duas rodas do lado direito, quando comparada com a roda do lado esquerdo, que apresentou menores valores de carga sobre ela, sugerindo-se uma melhor distribuição de pesos entre as rodas. Os valores de deslocamentos foram de pequena intensidade, mas os valores dos deslocamentos, em algumas frequências naturais determinadas, foram considerados de grande magnitude. Na segunda parte do trabalho, na qual publicou-se um artigo, foram geradas vinte formas modais, após análise modal, considerando o reservatório da colhedora vazio e cheio de café. As simulações foram realizadas pelo método dos elementos finitos em que foram aplicadas condições de contorno reais no chassi motor da colhedora. Como resultados, observaram-se regiões dos componentes com tensões acima do limite de escoamento do material. Observou- se também, na parte traseira do chassi, maiores deslocamentos, o que sugere novo posicionamento da roda traseira para obtenção de distribuição uniforme das cargas. Algumas frequências naturais, que apresentaram maiores deslocamentos/deformações, podem ser alcançadas pelo funcionamento do motor principal associado também ao sistema de vibradores na derriça do café, podendo causar falha de componentes.Item Ajuste do freio dos vibradores na colheita mecanizada do café em lavouras com diferentes manejos(Universidade Federal de Lavras, 2015-02-24) Sales, Ronan Souza; Silva, Fábio Moreira daA colheita do café deve ser considerada como uma das operações mais importantes no sistema de produção do café, devido ao seu alto custo, grande demanda de mão de obra e impacto direto na qualidade do produto. Neste sentido, o presente trabalho teve como objetivo verificar o efeito da regulagem do freio dos cilindros vibradores, com base na quantificação da força que gera torque no cilindro, na eficiência de derriça. O experimento foi conduzido na Fazenda Ouro Verde, localizada no município de Campos Altos, região Oeste do estado de Minas Gerais, sendo realizado nas safras de 2011/2012 e 2012/2013, em duas épocas diferentes dentro de cada safra, bem como em duas condições de lavouras na segunda safra (lavoura esqueletada e não esqueletada) sendo a lavoura formada pela cultivar Catuaí 62 1-A. Nos ensaios, utilizou-se o delineamento experimental de blocos ao acaso, com três repetições, em parcelas aleatórias contendo 14 plantas. Os resultados mostraram que a regulagem do freio dos cilindros vibradores tem influência direta na eficiência de derriça. Os maiores níveis de desfolha foram encontrados para a vibração de 15,83 Hz. Pode-se determinar a melhor configuração para a colhedora, em ambos os manejos da lavoura, sendo de 9 kgf de força, 1,6 km.h -1 de velocidade operacional e 15,83 Hz de vibração, e também sendo possível concluir que as recomendações de regulagens das colhedoras podem ser as mesmas tanto em lavouras esqueletadas quanto em lavouras não esqueletadas.Item Análise técnica e econômica da mecanização na cafeicultura(Universidade Federal de Lavras, 2014-12-15) Cunha, João Paulo Barreto; Silva, Fabio Moreira daDentre as inúmeras atividades agrícolas, a cafeicultura gera lucros desde a época imperial do Brasil. Com a sua evolução para a escala industrial, a adoção de tecnologia se faz cada vez mais presente, a exemplo da mecanização, que atualmente, tornou-se realidade entre os cafeicultores. Inúmeras operações antes realizadas de forma manual passaram a ser mecanizadas, o que permitiu a redução de custos e aumento da praticidade das operações. Estudos relacionados ao melhor aproveitamento do maquinário agrícola utilizado na cafeicultura e seu desempenho operacional ainda são escassos. Existe uma dificuldade em utilizar parâmetros de desempenho adequados à cafeicultura, desde a implantação da cultura ate' as operações que compõem a colheita mecanizada, devido à diversidade de condições existentes em uma mesma lavoura, em função do porte das plantas, declividade e formato dos talhões, dentre outras características que influenciam diretamente no desempenho das máquinas utilizadas. O presente trabalho tem por objetivos avaliar e determinar parâmetros de desempenho operacional e a viabilidade técnica de diferentes operações mecanizadas realizadas na cultura do café, como o preparo de covas e transplantio semimecanizado, que compõem as operações de implantação da cultura, a adubação, aplicação de agroquímicos, manejo de plantas invasoras e poda que compõem as operações de tratos culturais, e a colheita mecanizada, varrição e recolhimento que constituem as operações de colheita do café. Diante do exposto, com relação à determinação e avaliação dos parâmetros de desempenho em máquinas convencionais utilizadas na cafeicultura, os resultados mostram que os parâmetros de desempenho apresentam alta correlação com a velocidade operacional dos conjuntos mecanizados. Na realização da análise técnica e econômica das diferentes operações mecanizadas do ciclo produtivo do café, o estudo mostra que as operações mecanizadas são viáveis, com exceção das operações de levantamento de “café de chão”. A disponibilidade de trabalho dos conjuntos mecanizados avaliados está relacionada com a maior quantidade de tempos perdidos com reparos e manutenção.Item Produtividade e resposta de progênies de Coffea arabica L. a colheita semi-mecanizada(Universidade Federal de Lavras, 2016-09-15) Dias, Rodrigo Elias Batista Almeida; Carvalho, Gladyston RodriguesA utilização de cultivares de Coffea arabica L. mais produtivas e com atributos favoráveis à colheita semi-mecanizada é muito importante para a expansão da cafeicultura. Objetivou-se com o presente trabalho selecionar progênies de Coffea arabica L. visando à semi-mecanização da colheita. O experimento foi instalado em janeiro de 2007, nos Campos Experimentais da EPAMIG, nos municípios de Machado-MG e São Sebastião do Paraíso-MG. As colheitas dos anos de 2014 e 2015 foram utilizadas para avaliar os seguintes parâmetros: queda natural dos frutos, produtividade, desfolha, vigor vegetativo, porcentagem de maturação dos frutos, força de desprendimento dos frutos e determinação da eficiência de colheita. Foi avaliada a adaptabilidade e estabilidade das progênies nos anos de 2009 a 2015 e características agronômicas relacionadas ao rendimento: determinação de renda, rendimento e análise de peneira. O delineamento experimental utilizado foi em blocos casualizados, com quatro repetições e parcelas constituídas por 10 plantas. As análises estatísticas dos dados foram realizadas por meio do software R® versão 3.2.1 (2015). A progênie F (H 105-01-39 Cova 1) apresentou boa produtividade e alta eficiência de derriça, altos índices de confiança, e características favoráveis para a semi- mecanização, podendo ser utilizada para avanço de geração no programa de melhoramento genético do cafeeiro.