00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) CTEC - CENTRO DE TECNOLOGIA TRABALHOS DE CONCLUSÃO DE CURSO (TCC) - GRADUAÇÃO - CTEC Trabalhos de Conclusão de Curso (TCC) - Bacharelado - ENGENHARIA QUÍMICA - CTEC
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Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso
Título: Desenvolvimento de ferramenta computacional para reconhecimento de padrões na indústria sucroenergética
Título(s) alternativo(s): Development of a computational tool for pattern recognition in the sugar-energy industry
Autor(es): Silva, Jardiel Gustavo dos Santos
Primeiro Orientador: Pimentel, Wagner Roberto de Oliveira
metadata.dc.contributor.referee1: Sodré, Cristiane Holanda
metadata.dc.contributor.referee2: Brandão, Rodolfo Junqueira
Resumo: A cor do açúcar é um dos principais parâmetros de qualidade avaliados pelos mercados interno e externo. Os precursores de cor podem ser gerados durante as etapas de produção ou encontrados na cana-de-açúcar na forma de aminoácidos, pigmentos e compostos fenólicos. A implementação de metodologias para detecção e quantificação desses corantes nem sempre é possível dentro da rotina de análises dos laboratórios industriais. Como alternativa ao monitoramento analítico, nota-se o crescente uso de ferramentas de aprendizagem de máquina para monitoramento e previsão da qualidade de alguns produtos no contexto industrial e com isso, o presente trabalho buscou o desenvolvimento de uma ferramenta computacional de reconhecimento de padrões utilizando algoritmos de aprendizagem de máquina para identificar relações entre a qualidade do açúcar produzido com as variedades de cana-de-açúcar utilizadas no processo de produção. O conjunto de dados para construção da ferramenta foi composto por sete variáveis referentes a variedades de cana-de-açúcar, cinco variáveis referentes às propriedades físico-químicas do caldo misto resultante e uma variável referente a cor do respectivo açúcar produzido. As amostras de açúcar foram previamente classificadas como “Dentro da Especificação” e “Fora da Especificação” de acordo com as especificações de cor adotadas pela Comissão Internacional para Métodos Uniformes de Análise de Açúcar (ICUMSA) para o açúcar do tipo VHP. Os dados passaram por um pré-processamento conhecido como autoescalamento e foram submetidos a uma análise exploratória por meio da análise de componentes principais (PCA). Durante a análise exploratória foi possível visualizar a estrutura dos dados, reconhecer e eliminar amostras anômalas e verificar relações entre as variáveis. Quatro modelos de classificação foram construídos em ambiente Python, utilizando a biblioteca scikit-learn e comparados; dois deles baseados no algoritmo do k-ésimo vizinho mais próximo (KNN e PCA-KNN) com k variando entre 3, 4 e 5 e os outros dois baseados no algoritmo de redes neurais artificiais (MLP e PCA-MLP). Os modelos que apresentaram menor capacidade de predição foram os KNN (k = 3 e 4) com 96,4% das amostras classificadas corretamente. Os demais modelos apresentaram 100% de eficiência na classificação de amostras do conjunto de teste. Uma interface gráfica foi desenvolvida de modo a possibilitar o uso do modelo computacional por pessoas que não dispõem de conhecimentos relacionados a linguagens de programação. O algoritmo utilizado na interface foi o PCA-KNN por apresentar 100% de eficiência e requerer menor tempo computacional para sua construção. Percebeu-se que a ferramenta desenvolvida se tornou acessível para qualquer pessoa que tenha acesso a um computador e apresentou boa capacidade para prever se um açúcar sairá dentro ou fora da especificação com base na matéria-prima processada, tornando possível sua utilização no planejamento estratégico de produção por meio da avaliação prévia dos lotes de cana-de-açúcar enviados para a indústria, evitando assim, a fabricação de produtos fora da especificação.
Abstract: Sugar color is one of the main quality parameters for domestic and foreign markets. Color precursors can be generated during production steps or found in sugarcane in the form of amino acids, pigments and phenolic compounds. The implementation of methodologies for detection and quantification of these dyes is not always possible within the routine of industrial laboratory tests. As an alternative to monitoring the use of such detailed development tools, recognizing or increasing machine learning and monitoring the quality of industrial use or a use of work analysis tools or a use of used learning work tools machine to identify quality relationships between the sugar produced and the sugarcane varieties used in the production process. The tools were composed of seven references to sugarcane varieties, five variables identified to the resultant-chemical properties of the mixed dataset and a variable referring to the color of the respective sugar produced. The sugar specifications were originally classified as “In Specification” and “Out of Specification Sugar” according to the color specifications adopted by the International Commission for Uniform Methods of Sugar Analysis (ICUMSA) for the VHP type. The component analysis data known by an autoscaling preprocessing was selected by a middle of the principal exploration (PCA). During an analysis it was possible to visualize a data structure, recognize and eliminate anomalous samples and verify relationships between variables. Four classification models were built in a Python environment, using the scikit-learn library and compared; two of them close networks in the making k-is k-is nearimmost closest (K and k-is close neighbors)3, 45 and the N LPN two N and nm k-is of closest neighbors (K-is LP-K-M-M-N) and in the k-é k-é nextimmost closer (K-ép) The models that present the lowest prediction capacity were the KNN (k = 3 and 4) with 96.4% of the dates correctly classified. The other models showed 100% efficiency in the sample classification of the test set. A graphical interface was developed computationally by people or using models unrelated to knowledge related to programming languages. The one used in the interface was the PCA-KNN for presenting 100% efficiency and requiring less computational time for its construction. The developed tool became accessible to anyone who has access to a useful tool presented and leaves for a specification based on the raw material of the process, making it possible to use it in the strategic planning Sale through the prior evaluation of the lots of sugarcane for production, thus manufacturing off-spec products.
Palavras-chave: Python (Linguagem de programação de computador)
Indústria sucroenergética - Automação
Aprendizagem de máquina
Açúcar - Produção
Açúcar - Qualidade
Cana-de-açúcar
Python (Computer Programming Language)
Sugar and energy industry - Automation
Machine learning
Sugar - Production
Sugar - Quality
Sugar cane
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.department: Curso de Engenharia Química- Bacharelado
Citação: SILVA, Jardiel Gustavo dos Santos. Desenvolvimento de ferramenta computacional para reconhecimento de padrões na indústria sucroenergética. 2025. 47 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Química) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2022.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/16166
Data do documento: 15-jun-2022
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