BR102019003242A2 - Etilômetro sem fluxo de gás contínuo - Google Patents

Abstract

etilômetro sem fluxo de gás contínuo o teste do etanol é um método utilizado para avaliar a qualidade de sementes, porém, este teste limita-se à metodologias passíveis de contestação, já que utiliza-se de aferições a partir de equipamentos adaptados. assim, a presente invenção refere-se a um etilômetro de baixo custo para sementes. para o início do desenvolvimento do equipamento de medição do etanol, foi adquirido um kit pic intermediate, além de um sensor mq-3 datasheet, e microntrolador atmega 328p, acompanhado de uma série de componentes eletrônicos para o desenvolvimento de um circuito base, capaz de medir as variações de resistência. os dados gerados serão armazenados em um microcontrolador, sendo este conectado a um display para que seja possível visualizar os resultados. o sistema como um todo será ligado a uma corrente elétrica para garantir autonomia ao sistema durante sua utilização. as sementes permaneceram em um frasco na qual será retirado uma quantidade de ar conhecida que será colocado em outro frasco contendo o sensor, após o ar em contato com o sensor, ter-se-á a leitura da quantidade de etanol presente, sendo assim, possível verificar o estado qualitativo da semente através da quantidade de etanol liberado pela semente em anaerobiose.

Description

ETILÔMETRO SEM FLUXO DE GÁS CONTÍNUO RELATÓRIO DESCRITIVO

[001] A avaliação do de vigor sementes é rotineiramente utilizada para determinar o desempenho de cultivares e lotes, sendo a mensuração deste conjunto de parâmetros, avaliada pela associação entre viabilidade e vigor. O vigor de sementes é a expressão de um conjunto de processos fisiológicos, que são determinados por mecanismos de sinalização celular, envolvendo alocação, hidrólise e translocação de assimilados para o embrião. A avaliação da capacidade de reorganização de membranas celulares, que expressa os processos envolvidos na retomada do crescimento, como mecanismos enzimáticos e quantificação de compostos de reserva, pode ser estimado, por exemplo pelo teste de emergência de plântulas.

[002] Os testes de vigor de sementes e o conceito de sementes vigorosas são utilizados durante os programas de produção de sementes como uma estratégia primordial no controle interno da qualidade, bem como ferramentas de marketing, uma vez que ajuda a estimar a população de plantas no campo de maneira mais confiável. Os testes de vigor de sementes fornecem informações adicionais fornecidas pelo teste de germinação, o que facilita a tomada de decisão no destino dos lotes de sementes de acordo com seu potencial fisiológico.

[003] Diante da necessidade e rigor no controle de qualidade de sementes das empresas produtoras, existe a carência do desenvolvimento de novos testes para a avaliação do vigor em sementes e/ou o aperfeiçoamento de testes já existentes, bem como a padronização destes, visto que os mesmos constituem uma ferramenta essencial para um eficiente controle de qualidade no setor sementeiro. Estes devem ser cada vez mais eficientes e práticos, incluindo testes que avaliem rapidamente o potencial fisiológico e que permitam classificar os lotes em níveis de vigor.

[004] Assim, o teste do etanol é um método promissor para a análise de sementes, capaz de diferenciar lotes com distintos níveis de vigor, permitindo a obtenção de informações relacionadas ao metabolismo do etanol, sendo este, um indicador precoce do processo de deterioração de sementes durante o armazenamento e uma ferramenta para avaliar, em um curto espaço de tempo, a qualidade de sementes de diversas espécies.

[005] Porém, o teste do etanol baseia-se na teoria da fermentação alcoólica onde as enzimas piruvato descarboxilase e álcool desidrogenase agem sobre o piruvato, produzindo etanol e CO2 e oxidando NADH no processo. A álcool desidrogenase e a lactato desidrogenase são essenciais para operar o ciclo glicolítico em condições anaeróbicas, uma vez que reciclam NAD+, reduzindo piruvato a etanol e lactato, respectivamente. Esse processo de acúmulo de etanol envolve a oxidação do NADH e resulta em pequena, mas essencial, produção de ATP para a sobrevivência de algumas espécies durante a ausência de oxigênio.

[006] Mesmo sendo um método promissor, o teste do etanol limita-se à metodologias passíveis de contestação, já que utiliza-se de métodos de aferições a partir da adaptação de equipamentos (etilometros análogicos), e isso pode comprometer a veracidade dos resultados. Nesse sentido, torna-se essencial o desenvolvimento de um equipamento específico que facilite o cotidiano dos produtores, visando uma determinação rápida e eficiente do vigor das sementes, ou ainda, para ser utilizado em laboratórios de análises de sementes.

[007] O teste do etanol, bem como o novo equipamento, também pode ser utilizado para outras finalidades, tais como: monitorar o processo de fermentação durante o armazenamento hermético de produtos agrícolas (grãos, sementes e frutas das mais diversas espécies de interesse agrícola). Além disso, tal equipamento pode ser empregado no processo produtivo de bebidas alcoólicas, para identificar o momento em que as atividades das bactérias fermentativas estejam ativas, ou seja, em plena atividade metabólica, como uma forma de monitorar se as mesmas estão ativas. Com isso, este equipamento em questão pode se tornar uma alternativa viável para este tipo de finalidade.

[008] Diante de tais circunstancias e com o objtivo de superá-las, foi criado a presente invenção, referindo-se a um etilômetro para sementes, desenvolvido com baixo custo financeiro e de uma forma simples, na qual utilizou-se de matérias de fácil acesso para compra, tornando-o acessível principalmente para o setor sementeiro e para laboratórios de sementes, fisiologia, bioquímica e tecnologia de alimentos. Uma ferramenta para determinar com precisão a quantidade de etanol liberada por sementes de diversas espécies em um curto espaço de tempo.

[009] Os objetivos anteriormente citados e outros desta invenção são alcançados totalmente, já que o presente processo, conforme Figura 1: Diagrama do sistema eletrônico (1-sistema de alimentação; 2-Microcontrolador, 3-Display; 4-Botão liga/desliga; 5-Sensor de temperatura e umidade; 6-Sensor de gás álcool/etanol do etilômetro) e equipamento conforme Figura 2 ( Esquema do etilômetro para verificar a presença de etanol (a e b- frascos; c-sensor MQ-3; d-tubos de ligação; e-ampola; f-registro) obedecem a seguinte especificação, por fases:

[010] SISTEMA DE ALIMENTAÇÃO: O sistema de alimentação do equipamento tem como objetivo fornecer energia ao sistema para que o microcontrolador, o display e os sensores do sistema funcionem de maneira adequada. Este sistema não só deve fornecer energia, também deve fazê-lo funcionar da forma mais estável possível, evitando oscilações no sistema. O diagrama esquemático do sistema de alimentação está ilustrado na Figura 1.1.

[011] O sistema de alimentação foi conectado a rede elétrica através de uma fonte externa (Figura 2) sendo esta de 7 a 20 volts. A conexão entre a fonte externa e o sistema de alimentação foi realizada através de um conector Jack P4 (Figura 3). O Jack P4 insere no sistema uma carga positiva (denominada VCC) e uma carga negativa/nível lógico 0 (denominada GND).

[012] O diodo 1N4007 tem como função proteger o sistema, pois só permite a passagem de corrente em um sentido. Caso haja uma inversão entre o VCC e o GND no conector da fonte externa, e consequentemente no conector Jack P4, o diodo irá proteger o sistema, pois não irá possibilitar a passagem de corrente no sentido inverso ao qual o sistema foi projetado.

[013] O regulador de tensão 7805 tem como função oferecer em seu terminal de saída (terminal 3) 5 volts. Este componente pode receber tensões entre 7 e 20 V. Se o mesmo receber sinais menores que 7 V não irá funcionar corretamente, pois irá entregar sinais menores que 5 V em seu terminal de saída. Caso o sinal recebido seja maior que 20 V, o componente será danificado.

[014] O funcionamento deste componente é simples, a carga positiva entra no regulador de tensão através do terminal VI (Voltage In, teminal 1), e o terminal VO (Voltage Out, terminal 3) fornece ao sistema uma carga positiva de 5 V. O terminal 2 do componente é ligado ao GND do sistema.

[015] No sistema de alimentação também existem dois capacitores, um capacitor eletrolítico e um capacitor de poliéster (Figura 6), estes componentes tem como função evitar ruídos e oscilações no sistema de alimentação.

[016] E por fim, existem um LED ligado ao sistema através de um resistor de 220 ohms. O resistor tem como objetivo limitar a corrente que irá passar pelo LED. Já o LED serve como um indicador do sistema de alimentação, informando que o mesmo se encontra energizado.

[017] MICROCONTROLADOR: microcontrolador ATmega 328P (Figura 1.2) apresenta 14 portas de entrada/saída digital (d0, d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7, d8, d9, d10, d11, d12 e d13), sendo que 6 destas podendo ser utilizadas como saída Pulse Widht Modulation (PWM) (d3, d5, d6, d9, d10 e d11), estas saídas PWM apresentam uma resolução de 8 bits. Também apresenta 6 portas de entrada analógica (a0, a1, a2, a3, a4 e a5), cada uma destas com uma resolução de 10 bits. A tensão de operação deste componente é de 5V, logo a conversão analógica digital será de 1024 valores, ou seja, os valores analógicos lidos nas portas analógicas serão entre 0 e 1023.

[018] Um resistor de 10k foi conectado ao terminal 1 do ATmega 328P (terminal de reset) afim de manter o microcontrolador sempre energizado, evitando que o sistema reinicie periodicamente. Da mesma forma, também foi adicionado um capacitor cerâmico de 100nF, para evitar oscilações no sistema que venham a comprometer as leituras.

[019] Ainda foi acoplado ao microprocessador um cristal oscilador de 16MHz (Figura 12) com a função de determinar com precisão a sincronia de tempo (clock) das operações executadas pelo microcontrolador. Em outras palavras, o oscilador garante que cada tarefa seja executada no momento que foi proposto pela programação do microcontrolador. Os capacitores cerâmicos de 22Pf faz parte do circuito do cristal oscilador e garantem o bom funcionamento do mesmo.

[020] DISPLAY: foi utilizado um display Liquid Crystal Display (LCD) 16X2 de 16 pinos (Figura 1.3), que apresenta 16 colunas a cada duas linhas, com fundo azul e leituras descritas na cor branca.

[021] Os pinos 1 e 16 do display foram conectados no Graduated Neutral Density (GND). Os pinos 2 e 15 foram conectados no Voltage Common Collector (VCC) do sistema. Já os pinos 4, 6, 11, 12, 13 e 14 foram conectados ao microcontrolador, cada um destes sendo conectado a uma porta digital específica, na qual o pino 4 na porta digital 2 (4-d2), e assim por diante, 6-d3, 11-d4, 12-d5, 13-d6, 14-d7, respectivamente. Os pinos 7, 8, 9 e 10 do display não foram conectados a nenhuma parte do sistema. O pino 5 está conectado a um conector, este conector está ligado ao GND através de um fio, este é um recurso utilizado no momento da definição das trilhas e posicionamento dos componentes na placa de circuito impresso.

[022] O pino 3 foi conectado a um trimpot multivoltas de 10k. No trimpot, o pino 1 foi conectado ao VCC do sistema, e o pino 3 está conectado ao GND do sistema através de um fio (o fio é utilizado para conectar a trilha do pino 3 do trimpot ao GND). O trimpot tem como objetivo ajustar o brilho da tela do display.

[023] Todas as conexões entre a placa de circuito impresso e o display foram realizados via fiação.

[024] BOTÃO LIGA/DESLIGA: o botão (Figura 1.4) teve um dos seus terminais (1) conectado ao VCC do sistema, e o outro terminal (2) está conectado ao pino digital 8 do microcontrolador. O terminal 2 do botão só será energizado quando o botão for pressionado pelo usuário.

[025] O resistor de 10k é um resistor de Pull Down e tem como função garantir que o nível lógico no pino digital 7 permaneça em zero quando o botão não estiver pressionado, e desta forma evitando que o sistema interprete que o botão foi pressionado quando o mesmo não foi.

[026] A conexão entre o botão propriamente dito e a placa de circuito impresso é feita via fiação.

[027] SENSOR DE TEMPERATURA E UMIDADE DHT11: o pino 1 do sensor na placa de circuito impresso é conectado via fiação ao pino VCC do sensor DHT11 (Figura 1.5) que é conectado a placa via fiação). O pino 2 do sensor (na placa de circuito impresso) é conectado via fiação ao pino DADOS do sensor DHT11. O pino 3 do sensor (na placa de circuito impresso) é conectado via fiação ao pino GND do sensor DHT11.

[028] Este sensor é um sensor de temperatura e umidade com sinal de saída digital. O pino 1 do sensor (na placa de circuito impresso) é conectado ao VCC do sistema e o pino 3 do sensor (na placa de circuito impresso) é conectado ao GND do sistema.

[029] O pino 2 do sensor (na placa de circuito impresso) é o responsável por enviar os dados para o microcontrolador. Existe um fio no sistema que é utilizado para conectar a trilha de saída do pino 2 do sensor (na placa de circuito impresso) com a trilha da porta analógica 1 do microcontrolador. As informações de temperatura e umidade serão enviadas ao microcontrolador através da porta analógica 1.

[030] Já o DHT11 é capaz de medir a temperatura entre 0 e 50°C com precisão de +/- 2°C e a umidade relativa do ar entre 20 e 90% com precisão de +/- 5%.

[031] SENSOR DE GÁS ÁLCOOL/ETANOL: foi utilizado um sensor MQ-3 de 4 pinos em seu módulo (Figura 17), porém, sendo neste projeto utilizados apenas três (VCC, GND e saída analógica). O pino não utilizado é um de saída digital regulado por um trimpot interno do módulo do sensor.

[032] O pino 1 do sensor (na placa de circuito impresso) é conectado via fiação ao pino referente ao VCC do módulo do sensor, já o pino 2 do sensor (na placa de circuito impresso) é conectado via fiação ao pino referente a AOUT (saída analógica) do módulo do sensor, e por fim, o pino 3 do sensor (na placa de circuito impresso) foi conectado via fiação ao GND do módulo do sensor.

[033] O pino 2 do sensor (na placa de circuito impresso) é o responsável por transmitir as informações para o microcontrolador. O resistor 10k e o capacitor de poliéster 470nF compõem um filtro passa baixa no sistema, e desta forma, filtram ruídos de frequências acima de 33,88 Hz, ou seja, ruídos acima desta frequência não irão interferir nas leituras do sensor.

[034] FRASCOS DE ARMAZENAMENTO DE ÁLCOOL/ETANOL: o sensor MQ-3 (Figura 18a) foi acoplado a um frasco b (Figura 18b) de recebimento de ar contendo o etanol liberado pelas sementes que estão acondicionadas em outro frasco b (Figura 18c), ambas estão interligadas por um sistema de tubos (Figura 18d) com cerca de 5mm de diâmetro, afim de fazer o transporte do etanol presente no frasco b para o frasco a, sendo este transporte realizado com auxílio de uma ampola pneumática (Figura 18e) acoplada na parte superior da câmara B. Assim, retira-se o ar do frasco b com a ampola, fecha-se um registro (Figura 18f) abaixo da ampola e pressiona a mesma até que o ar contendo o etanol seja transferido pela a frasco A contendo o sensor. Assim, a condutividade elétrica do sensor de álcool se altera quando o mesmo está em um ambiente com maior concentração de etanol gasoso, ou seja, quanto maior a concentração de etanol no ar, maior será a condutividade elétrica do sensor. Logo, os resultados são expressos diretamente no display.

[035] Além dos valores serem expressos no display, foi realizado a comunicação do microcontrolador com outro dispositivo (software em um computador ou dispositivo móvel) via wifi, na qual foi utilizado um módulo wireless ESP8266. Este equipamento trabalha com uma tensão de operação de 3,3 V, portanto, foi adicionado ao sistema um divisor de tensão composto por um resistor de 330 ohms (R1) e um resistor de 660 ohms (R2) (dois sensores de 330 ohms em série). A comunicação do microcontrolador e do módulo wireless foi realizada utilizando a comunicação serial, onde a porta RX do módulo é conectada a porta TX do microcontrolador (d1), e a porta TX do módulo é conectada a porta RX do microcontrolador (d0). Também foi conectado a porta RST do módulo ao terminal 1 do microcontrolador, por meio de um capacitor de 0,1 uF.

[036] O período necessário para o sensor estabilizar e notar a alteração da concentração de álcool no ambiente é de 23 segundos, então, a cada nova leitura a ser realizada, tem-se que respeitar o período supracitado para que seja possível realizar uma nova leitura.

Claims (7)

1. Etilômetro caracterizado por um sistema de aferição da concentração de álcool no ar, sem a necessidade de um fluxo contínuo de gás para obter as mensurações.
2. Etilômetro conforme reivindicação 1 caracterizado por conter um sensor resistivo capaz de mensurar álcool em forma de gás de 10 a 10.000 ppm, sendo este interligado a um sistema eletrônico que é responsável pela recepção, manipulação e exposição dos resultados.
3. Etilômetro conforme reivindicação 1 e 2 caracterizado por captar gás através de uma ampola acoplada a um frasco de vidro, de forma hermética com registro, sendo esta acoplada a um outro frasco com registro de mesma natureza por meio de um tubo, conforme figura 2. Sendo que o ultimo frasco consta o sistema eletrônico citado anteriormente.
4. Etilômetro caracterizado por monitorar o controle de qualidade de sementes em processo de fermentação anaeróbica.
5. Etilômetro caracterizado por ser capaz de monitorar o processo de fermentação durante o armazenamento hermético de produtos agrícolas, tais como: grãos, sementes e frutas das mais diversas espécies.
6. Etilômetro caracterizado por possibilitar mensuração do metabolismo anaeróbico de tecidos vegetais para fins de pesquisas relacionadas ao entendimento do processo metabólico de produção de álcool.
7. Etilômetro caracterizado por oferecer os resultados ao usuário através de três maneiras: um display LCD (Liquid Crystal Display), comunicação serial com um software instalado em um computador ou via aplicativo instalado em celulares ou tablets .

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