LEB5051 - Sensores em Biossistemas

Carga Horária

Docentes responsáveis
Tiago Bueno de Moraes

Objetivo
Capacitar estudantes nos fundamentos e técnicas de uma série de instrumentos e sensores espectrais utilizados no contexto da engenharia de biossistemas, discutindo aplicações no campo, na agroindústria e na pesquisa científica. Fundamentos de eletrônica, instrumentação, controle e automação são apresentados, e como estes são aplicados com diversos sensores espectrais no controle de processos. O conhecimento dessas técnicas e instrumentos capacitará o estudante com uma visão crítica dos potenciais de aplicação dessas técnicas no campo e na agroindústria.

Conteúdo
1. Fundamentos de eletricidade e eletrônica; Histórico de aplicações na agricultura; Leis básicas e dispositivos eletrônicos; tipos de corrente, resistores; capacitores; indutores; fontes de tensão; diodo; led; transistor; microprocessadores;
2. Princípios de Instrumentação; Instrumentos de medidas elétricas; multímetro; osciloscópio; Grandezas e unidades; Tipos de sensores e suas características; Métodos destrutivos e não-destrutivos;
3. Fundamentos de Controle e Automação de processos; Tipos de Atuadores e suas características; Exemplos de dispositivos utilizados no campo e na agroindústria;
4. Sensores baseados em espectroscopias ópticas; Radiação eletromagnética; Espectro eletromagnético; UV-Vis; Princípios de funcionamento dos Instrumentos; Lei de Beer-Lambert; Calibração;
5. Sensores de espectroscopias no infravermelho: IR, Near-infrared spectroscopy (NIR), Raman; Instrumentação; Espectroscopia de emissão atômica: Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS); X-ray fluorescence (XRF); Instrumentos; Métodos e aplicações no campo e agroindústria;
6. Sensores de espectroscopia de Ressonância Magnética: RMN de imagem, RMN, e EPR; Princípio de
funcionamentos dos instrumentos; Discussão de métodos e aplicações em Biossistemas;
7. Processamento de dados, sinais espectrais e no domínio do tempo; Aplicações com métodos estatísticos, Análises multivariadas e Aprendizado de máquina;
8. Aplicações na Agricultura; Análise de solos, alimentos e insumos; Determinação de porosidade; argila, matéria orgânica, íons, pH, e nutrientes;
9. Aplicações na análise de plantas e sementes; Teor de óleo e umidade; Detecção de doenças e danos; Aplicações na análise não-destrutiva de alimentos, controle de qualidade e pós-colheita;
10. Métodos recentes na literatura científica com aplicações no campo e na agroindústria no contexto da Agricultura Digital.

Bibliografia
BALBINOT, A; BRUSAMARELLO, V.J.; Instrumentação e Fundamentos de Medidas. 2 ed.; vol. 1, Rio de Janeiro: LTC, 2010.
BALBINOT, A; BRUSAMARELLO, V.J.; Instrumentação e Fundamentos de Medidas. 2 ed.; vol. 2, Rio de Janeiro: LTC, 2011.
MORAES, C.C.; CASTRUCCI, P.L.; Engenharia de automação industrial. 2 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2007.
Practical Spectroscopy in Agriculture and Food Science, Yuriy I. Posudin, Nacional Agricultural University, Kiev, Ukraine, ISBN 13:978-1-57808-505-7, Science Publishers, 2007.
Introdução à espectroscopia, Pavia, D; Lampman, G.; Kriz, G.; Vyvyan, J.; 2° ed., ISBN 10 85-221-2338-1, Cengage Learning, 736p., 2015.
Análises Espectroscópicas da Matéria Orgânica de Solos sob Aplicação de Águas Residuárias, Boletim de Pesquisa e Desenvolvimento: EMBRAPA Instrumentação, ISSN 1678-0434, Novembro, 2010.
NOVOTNY, E. H. Estudos espectroscópicos e cromatográficos de substâncias húmicas de solos sob diferentes sistemas de preparo. 2002. 231 f. Tese (Doutorado em Físico-Química) – Instituto de Química de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos.
Daniel H. Lysak, Myrna J. Simpson, Andre J. Simpson, Applications of nuclear magnetic resonance for the study of soils, Reference Module in Earth Systems and Environmental Sciences, Elsevier, 2022.
Colnago, L.A.; Andrade, F. D.; RMN no domínio do tempo: fundamentos e aplicações offline e online, Biotecnologia Aplicada à Agro&Indústria, Blucher, Embrapa Instrumentação, 2017.
DEMATTÊ et al. Morphological Interpretation of Reflectance Spectrum (MIRS) using libraries looking towards soil classification. Scientia Agricola, v. 71, n. 6, p. 509-520, 2014.
Ozaki, Y.; Huck, C.W.; Tsuchikawa, S.; Engelsen, S.B. (Eds.) Near-Infrared Spectroscopy; Springer: Singapore, 2021
Bec, K.B.; Grabska, J.; Huck, C.W. Miniaturized NIR Spectroscopy in Food Analysis and Quality Control: Promises, Challenges, and Perspectives. Foods 2022, 11, 1465. https://doi.org/10.3390/foods11101465
Cozzolino, D. Food adulteration. In Spectroscopic Methods in Food Analysis; Franca, A.S., Nollet, L., Eds.; CRC Press: Boca Raton, FL, USA, 2017; pp. 353–361.
Bec, K.B.; Grabska, J.; Huck, C.W. Portable spectroscopy applications in food, feed and agriculture. In Portable Spectroscopy and Spectrometry 2: Applications; Crocombre, R.A., Leary, P.E., Kammrath, B.W., Eds.; John Wiley & Sons, Ltd.: Hoboken, NJ, USA, 2021; pp. 299–324.
VISCARRA ROSSEL, R.A. et al. Visible, near infrared, mid infrared or combined diffuse reflectance spectroscopy for simultaneous assessment of various soil properties. Geoderma, v. 131, n. 1-2, p. 59-75, 2006.
Revistas científicas:
COMPUTERS AND ELECTRONICS IN AGRICULTURE; Elsevier Inc. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/journal/computers-and-electronics-in-agriculture
BIOSYSTEMS ENGINEERING; Elsevier Inc. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/journal/biosystems-engineering
Scientia Agrícola; Publicação de: Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz", Disponível em: https://www.scielo.br/j/sa/