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Análise da secagem de grãos de milho por modelos não lineares: abordagem bayesiana e estudo dos pontos influentes
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Programa de Pós-Graduação em Estatística e Experimentação Agropecuária
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Tecnológico
Econômicos
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Tecnologia e produção
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ODS 9: Indústria, inovação e infraestrutura
ODS 12: Consumo e produção responsáveis
ODS 17: Parcerias e meios de implementação
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Dados abertos
Resumo
A análise da cinética de secagem de grãos é amplamente utilizada em estudos aplicados, por ser uma etapa essencial para garantir a qualidade dos grãos e reduzir perdas pós-colheita. Modelos estatísticos são empregados para descrever esse processo, representando a perda de umidade ao longo do tempo. Nesta tese, dois artigos foram desenvolvidos com o objetivo de analisar a secagem de grãos de milho, abordando a estimação dos parâmetros de modelos não lineares utilizando as inferências frequentista e bayesiana, bem como a identificação de pontos influentes nas curvas de decrescimento associadas à secagem. No primeiro artigo, destaca-se como contribuição original a aplicação da inferência bayesiana com distribuições a priori baseadas no princípio da máxima entropia, uma abordagem inovadora na secagem de alimentos voltada à estimação dos parâmetros de três modelos não lineares (Lewis, Henderson e Pabis e Overhults). Essa escolha permite incorporar de forma objetiva o conhecimento prévio disponível, maximizando a imparcialidade da informação prévia. As distribuições a posteriori foram obtidas por meio do método de Monte Carlo via Cadeias de Markov (MCMC),viabilizando a inferência mesmo em situações de alta complexidade computacional. Para selecionar o modelo que melhor representa os dados, foi utilizada a medida de Kullback-Leibler (KL). No segundo artigo, além da estimação frequentista dos parâmetros de cinco modelos não lineares (Lewis, Overhults, Page, Exponencial Simples com Três Parâmetros e Midilli), foi conduzida uma análise aprofundada para identificação e interpretação de pontos influentes nas curvas de decrescimento. Como principal contribuição desse estudo, propõe-se a definição de um novo ponto influente, denominado P1, com base em critérios técnicos relacionados à umidade final desejada. Além disso, pontos críticos como o ponto de inflexão, ponto de máxima aceleração e o ponto de desaceleração assintótica foram identificados por meio da análise das derivadas das funções ajustadas. A incerteza associada à localização desses pontos foi quantificada por meio de intervalos de confiança construídos via bootstrap. Nesse caso, para selecionar o melhor modelo foi utilizado coeficiente de determinação ajustado (R2aj) e o critério de informação de Akaike (AIC). Os resultados desta tese evidenciam que a aplicação de modelos não lineares, combinada a métodos estatísticos robustos e inovadores, como o uso de prioris de máxima entropia e a definição de novos pontos críticos, proporciona uma descrição mais precisa e informativa do processo de secagem. Tais avanços oferecem subsídios relevantes para a tomada de decisões no controle e na otimização desse processo em contextos aplicados.
Abstract
The analysis of grain drying kinetics is widely used in applied studies, as it is an essential step to ensure grain quality and reduce post-harvest losses. Statistical models are employed to describe this process, representing moisture loss over time. In this thesis, two articles were developed with the aim of analyzing the drying of corn grains, focusing on the estimation of parameters in nonlinear models using both frequentist and Bayesian inference approaches, as well as the identification of influential points on the decreasing curves associated with drying. In the first article, the main original contribution is the application of Bayesian inference with prior distributions based on the principle of maximum entropy,an innovative approach in food drying aimed at estimating the parameters of three nonlinear models (Lewis, Henderson and Pabis, and Overhults). This choice allows for the objective incorporation of available prior knowledge, maximizing the impartiality of prior information. The posterior distributions were obtained using the Markov Chain Monte Carlo (MCMC) method, enabling inference even in scenarios of high computational complexity. The Kullback-Leibler (KL) divergence was used to select the model that best represented the data. In the second article, in addition to the frequentist estimation of the parameters of five nonlinear models (Lewis, Overhults, Page, Simple Exponential with Three Parameters, and Midilli), an in-depth analysis was carried out to identify and interpret influential points on the decreasing curves. As the main contribution of this study, a new influential point, named P1, is proposed based on technical criteria related to the desired final moisture content. Moreover, critical points such as the inflection point, maximum acceleration point, and asymptotic deceleration point were identified through the analysis of derivatives of the fitted functions. The uncertainty associated with the location of these points was quantified using confidence intervals constructed via the bootstrap method. In this case, model selection was based on the adjusted coefficient of determination (R²adj) and the Akaike Information Criterion (AIC). The results of this thesis demonstrate that the application of nonlinear models, combined with robust and innovative statistical methods such as the use of maximum entropy priors and the definition of new critical points provides a more accurate and informative description of the drying process. These advances offer valuable support for decision-making in the control and optimization of this process in applied contexts.
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Citação
GONZAGA, Natiele de Almeida. Análise da secagem de grãos de milho por modelos não lineares: abordagem bayesiana e estudo dos pontos influentes. 2025. 119 p. Tese (Doutorado em Estatística e Experimentação Agropecuária) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2025.
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