Desenvolvimento de um nariz eletrônico no contexto de internet das coisas para medições automatizadas de parâmetros de biogás em aterro sanitário

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Marques Junior, Francisco Auriberto Ferreira
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso embargado
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual da Paraíba; Pró-Reitoria de Pós-Graduação e Pesquisa - PRPGP; Brasil; UEPB; Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental - PPGCTA
• Palavras-chave em Português: Redes neurais artificiais; Redes de sensores sem fio; Geoespacialização; Monitoramento ambiental.; ENGENHARIAS
• Link de acesso: http://tede.bc.uepb.edu.br/jspui/handle/tede/4904

O atual modelo de monitoramento ambiental de biogás em aterros sanitários caracteriza-se por medições periódicas em drenos verticais de gases e na camada de cobertura de solo compactado, com o uso de instrumentação clássica de elevado custo e constante necessidade de manutenção. Uma alternativa a essas medições são as soluções em Internet das Coisas (IoT) que possibilitam o desenvolvimento de um sistema automatizado com sensores de baixo custo e transmissão de dados em tempo real. Nesse contexto, um dispositivo denominado de Nariz Eletrônico pode ser empregado. O objetivo dessa pesquisa foi desenvolver um Nariz Eletrônico, no contexto de IoT, de baixo custo, fácil manuseio e baixo consumo de energia elétrica, para medições automatizadas de parâmetros de biogás em aterros sanitários e transmissão de dados em tempo real. Esse estudo foi realizado no Aterro Sanitário em Campina Grande - PB e a metodologia foi dividida em três etapas: medições de biogás nos drenos verticais, para o mapeamento das emissões de biogás no aterro; calibração do Nariz Eletrônico IoT, com o planejamento do sistema de calibração, da coleta de biogás no aterro e o treinamento de uma Rede Neural Artificial (RNA) para melhorar a seletividade dos sensores; e desenvolvimento do Nariz Eletrônico IoT, com a montagem do protótipo final, a instalação de uma torre de transmissão de dados com a tecnologia LoRaWAN e o planejamento da aplicação em campo. O processo de medição de biogás nos drenos resultou em mapas de geoespacialização para os gases metano (CH4), dióxido de carbono (CO2), oxigênio (O2), monóxido de carbono (CO) e gás sulfídrico (H2S), que permitiram identificar a influência de parâmetros operacionais e biodegradativos dos resíduos no processo de emissão dos gases, demonstrando que a ferramenta de análise espacial pode subsidiar o monitoramento de aterros sanitários. A RNA treinada para a calibração do Nariz Eletrônico IoT apresentou um bom desempenho, permitindo a redução da quantidade de sensores utilizados inicialmente, sem perda significativa de desempenho da rede, e apresentando Raízes Quadradas dos Erros Médios (RMSE) com valores abaixo de 1 para a maioria das saídas de gases alvo (CH4, CO2, O2 e CO), exceto para o H2S, que foi de 1,47209 com a função de ativação escolhida (ELU). O protótipo final do dispositivo desenvolvido apresentou um menor custo frente às instrumentações clássicas, podendo impactar positivamente os custos com o monitoramento ambiental de aterros sanitários.