Automação de um torrador de leito fluidizado utilizando algoritmo de detecção de objetos

Projeto 06 – Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (Cefet-MG)

O processo de torrefação do café desempenha um papel fundamental na formação de seu aroma e é uma das etapas mais complexas e cruciais da cadeia produtiva. Entre as diversas tecnologias utilizadas, destacam-se os torradores de tambor, assadores de ar (ou de leito fluidizado), tangenciais e centrífugos. O torrador de leito fluidizado, introduzido na década de 1970, surgiu como alternativa às limitações dos modelos de tambor, proporcionando uma torra mais uniforme ao distribuir o calor de forma eficiente ao redor dos grãos. Uma de suas principais vantagens é o controle mais preciso da temperatura, o que contribui para a consistência do produto final.

Apesar de seus benefícios, a maioria dos torradores de leito fluidizado não permite o monitoramento visual dos grãos durante o processo, uma vez que dependem exclusivamente da convecção para aquecer os grãos, dificultando a inspeção direta. Nesse contexto, a implementação de um sistema automatizado com tecnologia de visão computacional representa um avanço significativo. Pensando nisso, o Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais (Cefet-MG), campus Varginha, desenvolveu um sistema capaz de monitorar visualmente os grãos durante a torra e fornecer informações valiosas sobre seu estágio de desenvolvimento, utilizando o Agtron — um instrumento que mede a cor do café ao longo do processo.

Com o apoio do edital 109/2022 da Setec/MEC, o projeto propõe o desenvolvimento de um protótipo que simula o processo de torrefação por leito fluidizado utilizando uma pipoqueira elétrica comercial. Algumas dessas pipoqueiras já possuem tampa transparente, o que permite a visualização do alimento em preparo — característica que será aproveitada para observar os grãos de café durante a torra. Nessa tampa, será acoplado um módulo ESP32-CAM, com câmera OV2640, conectividade Wi-Fi e Bluetooth. A câmera captará imagens em intervalos programados, e essas imagens serão analisadas por um algoritmo de detecção de objetos que identificará o padrão de torra com base na escala Agtron.

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A análise será realizada utilizando a ferramenta de visão computacional YOLO (You Only Look Once), uma rede neural eficiente para processamento de imagens em tempo real. A integração entre o sistema de visão e o microcontrolador Arduino será feita por meio da biblioteca pyFirmata, permitindo o controle de dispositivos externos e a comunicação entre hardware e plataforma de processamento de dados. O protótipo funcionará de maneira simples: o usuário insere os grãos verdes, define o nível desejado na escala Agtron e, ao final do processo, os grãos estarão prontos para a moagem.

O objetivo principal do projeto é desenvolver uma plataforma de prototipagem que utilize redes neurais para reconhecer diferentes níveis de torra, com base no método Agtron, em torradores de leito fluidizado. Os objetivos específicos incluem:

  • Desenvolver um protótipo utilizando Arduino para o processamento das imagens dos grãos;

  • Implementar o algoritmo de detecção de objetos para identificar os níveis de torra segundo a escala Agtron.

Essa proposta se insere no contexto da Economia 4.0, marcada pela transformação digital dos setores produtivos — agricultura, indústria e serviços. A torrefação, tradicionalmente uma atividade artesanal que exige habilidade do operador, pode se beneficiar enormemente da automação, aumentando a eficiência e reduzindo falhas humanas. A torra a ar, quando automatizada, tende a ser mais rápida e eficaz, mantendo a qualidade do café. No entanto, ainda são raros os torradores com monitoramento embutido. Nesse sentido, o sistema proposto contribui não apenas para a melhoria do processo, mas também para a digitalização da agroindústria, alinhando-se às diretrizes da nova economia.

Ao integrar tecnologias digitais ao processo de torra, o projeto oferece uma solução inovadora para a indústria cafeeira, ampliando o controle sobre a qualidade e a eficiência do produto final. Dessa forma, contribui não só para o aprimoramento da qualidade do café torrado, mas também para a modernização da agroindústria brasileira, fortalecendo sua competitividade no mercado global.