dissertação

Estimativa da umidade de toras de Eucalyptus sp. em campo a partir de espectrometros no NIR portáteis

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Arquivo retido, a pedido da autoria, até agosto de 2026.

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Editor

Universidade Federal de Lavras

Faculdade, Instituto ou Escola

Escola de Ciências Agrárias de Lavras (ESAL)

Departamento

Programa de Pós-Graduação

Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia da Madeira

Agência de fomento

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

Tipo de impacto

Tecnológico

Áreas Temáticas da Extenção

Meio ambiente
Tecnologia e produção
Trabalho

Objetivos de Desenvolvimento Sustentável

ODS 9: Indústria, inovação e infraestrutura
ODS 12: Consumo e produção responsáveis

Dados abertos

Resumo

A umidade afeta o desempenho operacional durante o processamento industrial da madeira. Apesar de moroso, o método gravimétrico tem sido amplamente utilizado para determinação da umidade da madeira. A espectroscopia no infravermelho próximo (NIR) tem sido utilizada para estimar as propriedades físicas e químicas dos materiais orgânicos de forma rápida e confiável e tem sido apontada como alternativa promissora para caracterização da madeira. O objetivo deste estudo foi desenvolver uma metodologia para aplicação da técnica NIR para monitorar a variação de umidade da madeira de toras empilhadas no campo por meio de espectrômetros portáteis. Com auxílio de uma furadeira portátil com broca e motosserra, amostras de serragem foram recolhidas de toras de Eucalyptus sp. recém abatidas e empilhadas no pátio de secagem. A serragem foi classificada em diferentes granulometrias, armazenadas em tubos falcon e utilizadas para coleta dos espectros e determinação da umidade em laboratório. Além disso, discos de madeira foram retirados das toras, seccionados em cunhas para determinação da umidade real da madeira e obtenção de espectros no NIR. Estes dados foram utilizados para calibrar e validar modelos para estimar a umidade da serragem com base nas assinaturas espectrais. O acompanhamento da secagem de toras no pátio foi realizado por meio de coletas espectrais e determinação da umidade da madeira de cunhas e de serragem produzida pelas brocas e motosserra pelo método gravimétrico durante a secagem das toras em intervalos de 15 dias. Espectros foram coletados nos equipamentos portáteis microNIR e TrinamiX na madeira amostrada da condição saturada até a umidade de equilíbrio. As informações foram avaliadas por análise de componentes principais (PCA) e os valores de umidade obtidos da serragem de madeira foram associados aos espectros no NIR por regressão dos mínimos quadrados parciais (PLS-R), a fim de ajustar modelos preditivos de umidade em tempo real. Resultados mostram que os modelos preditivos apresentaram elevado desempenho, com o MicroNIR apresentando R²cv = 0,9370 e RMSE = 4.3% para o modelo global, enquanto o modelo desenvolvido pelo TrinamiX apresentou R²cv = 0,8735 e RMSE = 6.1%. Portanto, observou-se forte relação entre a umidade da cunha e da serragem da tora, indicando que esses parâmetros podem ser usados como indicadores confiáveis de umidade da madeira. Além disso, os espectros NIR, adquiridos tanto pelo MicroNIR quanto pelo TrinamiX mostraram-se eficientes para estimativa da umidade da madeira em tempo real a partir da serragem. Esta abordagem pode ser utilizada na otimização industrial em larga escala, gerando produtos com maior qualidade tendo em vista o monitoramento da umidade do material antes do processo produtivo.

Abstract

Moisture affects operational performance during industrial wood processing. Although time-consuming, the gravimetric method has been widely used to determine wood moisture. Near-infrared (NIR) spectroscopy has been used to quickly and reliably estimate the physical and chemical properties of organic materials and has been identified as a promising alternative for wood characterization. The objective of this study was to develop a methodology for applying the NIR technique to monitor wood moisture variations in logs stacked in the field using portable spectrometers. Using a portable drill with a drill bit and a chainsaw, sawdust samples were collected from freshly felled Eucalyptus sp. logs stacked in the drying yard. The sawdust was classified into different particle sizes, stored in falcon tubes, and used for spectral collection and moisture determination in the laboratory. Furthermore, wooden discs were removed from the logs, sectioned into wedges to determine the actual wood moisture content, and obtained NIR spectra. These data were used to calibrate and validate models to estimate sawdust moisture content based on spectral signatures. Log drying in the yard was monitored through spectral collections and moisture content determination of wedge wood and sawdust produced by drills and chainsaws using the gravimetric method during log drying at 15-day intervals. Spectra were collected with portable microNIR and TrinamiX equipment on wood sampled from saturated to equilibrium moisture content. The information was evaluated by principal component analysis (PCA), and the moisture values ​​obtained from sawdust were associated with the NIR spectra using partial least squares regression (PLS-R) to fit real-time moisture predictive models. The results show that the predictive models performed well, with MicroNIR presenting R²cv = 0.9370 and RMSE = 4.3% for the global model, while the model developed by TrinamiX presented R²cv = 0.8735 and RMSE = 6.1%. Therefore, a strong relationship was observed between the moisture content of the wedge and sawdust, indicating that these parameters can be used as reliable indicators of wood moisture content. Furthermore, the NIR spectra acquired by both MicroNIR and TrinamiX proved to be efficient in estimating wood moisture content in real time from sawdust. This approach can be used in large-scale industrial optimization, generating higher-quality products by monitoring material moisture content prior to the production process.

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GOULART, Caio Palmeira. Estimativa da umidade de toras de Eucalyptus sp. em campo a partir de espectrometros no NIR portáteis. 2025. 52 p. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia da Madeira) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2025.

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