controle estatístico de processo

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Controle Estatístico do Processo

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  • Autor correspondente: Pedro Jos Rolim Neto - Laboratrio de Tecnologia dos Medicamentos - Departamento de Cincias Farmacuticas Universidade Federal de Pernambuco, UFPE - Av. Prof. Arthur de S, s/n - Cidade Universitria - CEP.50740-521 - Recife - PE, Brasil - telefone /fax: (81) 3272-1383 - e-mail: [email protected]

    Revista de CinciasFarmacuticas

    Bsica e AplicadaJournal of Basic and Applied Pharmaceutical Sciences

    Rev Cinc Farm Bsica Apl., 2011;32(1):55-62ISSN 1808-4532

    Controle estatstico de processo univariado: monitoramento da produo de comprimidos

    de dipirona

    Lima, A.A.N.1; Silva, J.L.1; Severo, A.A.L.1; Soares Sobrinho, J.L.1; Silva, K.E.R.1; Rolim, L.A.1; Lima, J.R.1; Lima, L.G.2; Rolim Neto, P.J.1*

    1Laboratrio de Tecnologia dos Medicamentos LTM, Departamento de Cincias Farmacuticas, Universidade Federal de Pernambuco UFPE. Recife, Brasil.

    2Laboratrio Farmacutico do Estado de Pernambuco S/A LAFEPE. Recife, Brasil.

    Recebido 23/04/2010 / Aceito 03/12/2010

    RESUMO

    Investigou-se, atravs de histogramas e cartas de controle X e S, a ferramenta do Controle Estatstico de Processo (CEP) univariado e os parmetros fsicos dureza, peso mdio e friabilidade da produo de dez lotes de dipirona sdica comprimidos. Por sua complexidade e influncia no processo, a etapa de granulao de cada lote foi concomitantemente caracterizada atravs de determinaes de densidade bruta, densidade compactada, ndice de compressibilidade e fator de Hausner, alm dos ngulos de repouso, tempos de escoamento e reparties granulomtricas. As caracterizaes dos granulados serviram como base na investigao da possvel influncia da etapa de granulao como uma das provveis causas que poderiam levar o processo a se apresentar fora de controle estatstico. Os resultados da caracterizao indicaram certa uniformidade entre os granulados, o que pode significar que no h ligao aparente entre a etapa de granulao e a falta de controle estatstico do processo, demonstrada na avaliao das cartas de controle. Na medida em que permitiu uma maior compreenso do processo, o CEP univariado mostrou sua importncia no monitoramento da produo de comprimidos.Palavras-chave: Controle Estatstico de Processo univariado. Monitoramento da produo. Indstria farmacutica. Validao.

    INTRODUO

    O Controle Estatstico de Processo (CEP) pode ser descrito como um conjunto de ferramentas de monitoramento on-line da qualidade. Com tais ferramentas, consegue-se uma descrio detalhada do comportamento do processo, identificando sua variabilidade e possibilitando seu controle ao longo do tempo, atravs da coleta continuada de dados e da anlise e bloqueio de possveis causas (Lima, et al. 2006). Segundo Alencar (2007), no CEP univariado cada varivel ou caracterstica de qualidade plotada em grficos de controle separados. O processo de fabricao de comprimidos de dipirona realizado atravs da granulao por via mida, motivo pelo qual foi escolhido para ser analisado estatisticamente, devido s suas vrias etapas, como granulao, calibrao do granulado e secagem em estufa, entre outras. Essas diversas etapas crticas do processo exigem um mximo de controle em muitos fatores, como temperatura, tamanho dos grnulos e umidade do ambiente, fatores estes que podem ser visualizados no diagrama de Ishikawa (Montgomery, 2004) (Figura 1). Esse diagrama uma das ferramentas que auxiliam no CEP, pois relaciona causa e efeito. Com ele, mquinas, ambiente, operadores e outros fatores extrnsecos, que so determinantes na reprodutibilidade de um processo, tambm podem ser alvo de maior ateno. Na aplicao do CEP (Controle Estatstico de Processo), diversas metodologias so usadas para entender, modelar e reduzir a variabilidade de um processo industrial durante todo seu perodo (Fournier, et al., 2006). Atravs do CEP, processos so controlados efetuando-se medies de variveis de interesse em pontos espaados no tempo e registrando-se os resultados em cartas de controle (grficos de controle), podendo assim avaliar possveis desvios de fabricao, determinando provveis problemas e tentando gerar possveis solues (Lima, et al., 2006; Antony & Taner, 2003).

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    comum monitorar tanto o valor mdio das variveis quanto a sua variabilidade, sendo o controle da mdia do processo usualmente feito atravs do grfico de controle para mdias ou grfico de . A variabilidade do processo pode ser monitorada tanto atravs do grfico de controle para o desvio padro, chamado grfico S, como pelo grfico para a amplitude, chamado grfico R. Segundo Montgomery (2004), a diferena bsica entre os grficos S e R que o primeiro, no o segundo, se aplica a casos em que o nmero de amostras moderadamente grande. Exemplificando melhor a funo de cada grfico, observa-se que, atravs do grfico de , monitora-se a variabilidade entre amostras e, atravs do grfico de S, monitora-se a variabilidade dentro da amostra. As cartas de controle clssicas, tambm conhecidas como cartas de controle de Shewhart, so grficos temporais que apresentam os valores de medio da varivel de interesse no eixo vertical e os pontos no tempo em que as medies so efetuadas no eixo horizontal, bem como so interpretados em funo de linhas horizontais, chamados de limite superior de controle (LSC), linha mdia (LM) e limite inferior de controle (LIC), dados pelas equaes [1], [2] e [3] para o grfico da mdia e [4], [5], e [6] para o grfico dos desvios (Alencar, et al., 2005).

    onde a mdia das mdias do processo, o desvio padro mdio do processo (dado, respectivamente, pelas equaes [7], [8] e [9]), n o tamanho da amostra, C4, B3 e B4 so fatores tabulados que dependem do n e m o nmero de pontos utilizados na construo do grfico de controle (Montgomery, 2004).

    Observa-se, a partir das equaes acima, que tanto os limites do grfico de controle da mdia como os limites do grfico de controle dos desvios dependem da variabilidade do processo representada por

    O objetivo deste trabalho foi utilizar o CEP univariado atravs de ferramentas como carta X, carta S e histogramas e, juntamente com a caracterizao de uma etapa crtica (etapa de granulao), gerar uma melhor compreenso do processo de produo de comprimidos, demonstrando a aplicabilidade do CEP univariado.

    MATERIAL E MTODOS

    O produto estudado (comprimidos com dipirona) contm, alm do frmaco dipirona (Mcassab), os excipientes amido de milho (Idealfarma), estearato de

    Umidade

    Supervisores

    Pessoal Controle de Qualidade

    Insumos

    Operadores

    Granulometria

    Teor

    Analista

    Metodologia

    Velocidade

    Fora de Compresso

    Mquinas & Equipamentos Condies

    Ambientais

    Temperatura

    Peso

    Lote

    Friabilidade

    Dureza

    Desintegrao

    Modelo

    Distribuidor

    Fabricante

    Excipientes

    Eficcia Teraputica

    Processo

    Validao

    Figura 1. Diagrama de Ishikawa para produo de comprimidos.

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    magnsio (Blanver) e talco magnesita (Valderqumica). A tabela 1 apresenta as especificaes do produto acabado.

    Tabela 1. Especificaes utilizadas nos registros dos lotes.

    Parmetros Especificaes

    Peso mdio 560 mg 5%Dureza Mn 5 kgf (5 a 12 kgf*)Friabilidade Mx 1,5

    * Especificao utilizada no tratamento estatstico.

    O medicamento obtido por mtodo de granulao via mida, em lotes de 336 Kg (600.000 unidades). Nenhuma alterao foi realizada no processo de produo j existente, que composto pelas seguintes etapas e equipamentos:

    Mistura I - ocorreu a mistura da matria-prima dipirona com o amido de milho por 40 minutos no misturador tipo V, marca Lawes, com capacidade para 1000 L;

    Gelatinizao do amido - a mistura de amido e gua foi aquecida temperatura de 80 C sob agitao em amassadeira tipo sigma, marca Lawes, com capacidade para 200 L;

    Molhagem - nessa etapa, ocorreu a mistura do amido gelatinizado, temperatura de 40C, com amido e dipirona sdica por cerca de dez minutos, utilizando-se a amassadeira tipo sigma, marca Lawes, com capacidade para 200 L.

    Granulao - a massa mida da mistura foi adicionada em granulador oscilante, com malha perfurada 3 mm, marca Lawes;

    Secagem - em estufa de secagem com ar circulante, dois compartimentos com capacidade para quinze bandejas cada (marca Lawes) e temperatura mdia de 50 C.

    Calibrao - em granulador oscilante da marca Lawes, com malha perfurada 2 mm;

    Mistura II - ocorreu a adio de lubrificantes estearato de magnsio e talco magnesita em misturador tipo V, marca Lawes, com capacidade para 1000 L total;

    Compresso - foi executada em mquinas compressoras rotativas, Lawes PSC 25/2000 e PSC 50/2000 com 25 e 50 punes respectivamente. Utilizaram-se punes plano liso, de 13 mm, da marca Neuberger.

    Embalagem primria - em mquina envelopadeira dupla de marca Fabrisul em laminado de alumnio.

    Foram analisados dez lotes do comprimido de dipirona, utilizando como fonte de informao registros feitos pelo acompanhamento direto. Foram avaliados o granulado e tambm a forma farmacutica final comprimidos, sendo estes ltimos avaliados estatisticamente por meio do software WinCEP Plus 3.

    Para as anlises realizadas com o granulado preparado para compresso (caracterizao do granulado), foram utilizados os seguintes aparelhos: Tap dansity (marca Varian) para determinao da densidade bruta e compactada; Balana digital semianaltica (marca Denver, modelo APX-3202); Funil padronizado (Figura.2) para determinao do tempo de escoamento e ngulo de repouso; Tamisador completo (marca Bertel) para anlise de repartio granulomtrica.

    Figura 2. Funil padronizado para determinao do tempo de escoamento e ngulo de repouso.

    Determinao da granulometria dos granulados

    A determinao da granulometria (tamanho e distribuio de partculas) foi realizada seguindo a metodologia prevista na Farmacopeia Brasileira (4a. ed.). O procedimento foi desenvolvido no tamisador, empregando-se tamises padronizados superpostos, partindo-se do maior dimetro (malha 850 m) ao menor (< 75 m). Uma amostra de 100,0 g foi colocada no tamis de maior malha e submetida tamisao por 30 minutos. Aps aplicao da metodologia prevista, foram realizados os clculos para a determinao da homogeneidade das partculas representantes de cada lote (Wanczinski, et al., 2002).

    Determinao das densidades bruta e de compactao

    Estes ensaios seguiram metodologia proposta por Guo (1985), em que amostras de 100,0 g, representando diferentes lotes, foram colocadas em provetas previamente pesadas. O granulado foi submetido a 500 quedas, segundo norma DIN 53194. As densidades bruta (db) e de compactao (dc) foram calculadas pelas equaes (Hegedus, et al. 2007) [10] e [11]:

    db = Ma [10] dc = Ma [11] Vc Vc

    Determinao do fator de Hausner, ndice de compressibilidade e compactabilidade

    As amostras utilizadas no experimento anterior determinaram o fator de Hausner, ndice de compressibilidade e compactabilidade, conforme metodologia referendada por Guo A (Guo, 1985). O fator de Hausner foi determinado atravs do quociente entre as densidades de compactao e bruta, conforme equao [12] abaixo:

    FH = dc [12] db

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    Os materiais com razo de Hausner inferior a 1,25 so facilmente compressveis, ao contrrio dos que apresentam valor superior. O ndice de compressibilidade (IC) foi determinado segundo a equao [13]:

    IC = dc - db [13] dc

    Onde: dc: densidade de compactao (g/cm3); db: densidade bruta (g/cm3).

    Em regra, os materiais cujo ndice de compressibilidade (IC) for inferior a 15% apresentam boas caractersticas de compresso, ao contrrio dos produtos em que aquele valor superior a 25% (Guo, 1985). A compactabilidade (C) foi calculada atravs da diferena entre os volumes aps 10 (V10) e 500 quedas (V500) em volume de compactao, conforme a equao abaixo [14], utilizando-se aproximadamente 30,0 g; os resultados foram extrapolados para massa de 100,0g, obtendo-se os volumes (mL) aps 10 e 500 quedas.

    C =V10 V500 [14]

    Para os testes feitos com os comprimidos, foram utilizadas as metodologias descritas pela Farmacopeia Brasileira 4 ed (1988), e os aparelhos utilizados foram: Balana analtica da marca Bioprecisa, modelo FA2104N (peso mdio); durmetro da marca Venkel, modelo VK200 (dureza); friabilmetro da marca Priss List (friabilidade).

    Determinao do peso mdio

    Usando faixa de tolerncia de 5% para comprimidos com peso mdio acima de 250,0 mg, Foram pesados, individualmente, 20 comprimidos, determinando-se assim o peso mdio.

    Determinao da dureza

    A determinao da dureza dos comprimidos, em anlise, foi realizada em durmetro, o qual mede o grau

    de fora necessria para quebr-los. A dureza mnima, estabelecida em Farmacopeia para comprimidos, de 3 Kgf. Internamente, no LAFEPE, adota-se para o comprimido de dipirona 5 Kgf como especificao mnima e 12 kgf como especificao mxima. Utilizaram-se 20 comprimidos em cada determinao.

    Determinao da friabilidade

    Seguindo procedimento previsto na 4a edio da Farmacopeia Brasileira (1988), pesaram-se, exatamente, 20 unidades de comprimidos, os quais foram submetidos ao de um friabilmetro. Aps cem rotaes, durante cinco minutos, foram novamente pesados. A diferena entre o peso inicial e final representou a friabilidade, em funo da percentagem de p perdido. O valor aceitvel deve ser inferior a 1,5% do peso estabelecido.

    Amostragem para construo das Cartas de controle

    Para as cartas de controle dos parmetros peso mdio e dureza, foram realizadas 10 amostragens de cada um dos dez lotes, totalizando 100 amostragens. Para as cartas de controle do parmetro friabilidade, foi realizada uma amostragem de cada lote, totalizando dez amostragens.

    RESULTADOS

    Caracterizao do granulado

    Os resultados de ngulo de repouso (40) e tempo de escoamento menor que 10 s, alm dos resultados de Fator de Hausner (FH) e ndice de compresibilidade (IC), calculados a partir da densidade compactada e densidade bruta, esto demonstrados na tabela 2. Com relao repartio granulomtrica, todos os valores encontrados nas anlises esto representados na tabela 3.

    Pde-se notar na Tabela 2 e Figura 4 que os valores de ngulo de repouso dos granulados, para todos os lotes estudados, foram menores que 40. O valor do Fator de Hausner, para todos os lotes, foi abaixo de 1,25. Apenas o

    Tabela 2. Resultados da anlise do fluxo e densidade do granulado de dipirona.

    Lote Tempo de escoamento (s)ngulo de repouso()

    Densidade bruta(g/cm3)

    Densidade compactada(g/cm3)

    Fator de Hausnerndice de Compressibilidade%

    7041473 2,63 22,4 0,656 0,753 1,15 12,887041474 2,5 22,84 0,653 0,763 1,17 14,427041475 3,1 25,29 0,66 0,756 1,15 12,707041476 2,68 21,15 0,68 0,773 1,14 12,037041477 2,83 22,15 0,656 0,743 1,13 11,717041478 2,58 22,62 0,646 0,743 1,15 13,067041479 2,4 22,88 0,603 0,683 1,13 11,717041480 2,52 26,15 0,626 0,743 1,19 15,757041481 2,73 25,08 0,606 0,686 1,13 11,667041482 2,72 21,15 0,656 0,69 1,05 14,93Mdia 2,67 23,17 0,64 0,73 1,14 13,09S 0,20 1,74 0,02 0,03 0,04 1,47

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    granulado do lote 7041480 teve ndice de compressibilidade maior que 15 (15,75); os demais apresentaram ndices menores que 15.

    Tabela 3. Resultados da distribuio granulomtrica dos lotes analisados.

    MalhaLote

    Mdia S7041473 7041474 7041475 7041476 7041477 7041478 7041479 7041480 7041481 7041482

    850 21,20 19,05 25,24 22,20 18,56 18,21 17,87 26,82 22,20 23,49 21,48 3,09

    500 25,46 24,63 22,65 23,99 23,71 23,36 22,51 27,62 23,99 23,48 24,14 1,50

    250 22,25 22,82 23,23 22,84 24,17 24,73 24,10 22,36 22,84 22,53 23,19 0,85

    150 11,00 11,95 12,05 12,23 17,07 14,14 14,27 10,55 12,23 12,09 12,76 1,91

    90 6,75 7,77 7,59 7,61 10,64 9,37 9,69 6,17 7,61 8,18 8,14 1,37

    75 1,50 2,17 2,29 2,75 2,51 2,26 2,48 1,54 2,75 2,43 2,27 0,44

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    Avaliao do peso mdio dos comprimidos

    A Figura 5 representa os resultados.

    Figura 5. Carta X, S e histograma do peso mdio dos comprimidos.

    Na figura 5, apresentam-se as cartas de controle para as mdias e o desvio padro dos comprimidos dos dez lotes estudados. Nos grficos, esto representados 100 pontos, referentes a cada uma das dez amostragens feitas para cada um dos lotes. Observa-se que a mdia geral do processo de 564,29 mg, um pouco acima do valor nominal de especificao (560 mg), portanto levemente descentralizada. O desvio padro mdio do processo foi

    Figura 6. Carta X, S e histograma da dureza dos comprimidos.

    de 6,88 mg. Os pontos 34 a 38 chamam ateno, pois so reproduzidos tanto no grfico das mdias do peso mdio como no da dureza.

    Avaliao da dureza dos comprimidos

    A Figura 6 demonstra a variao da dureza entre os lotes produzidos.

    Observou-se diversos pontos fora dos limites e com linhas de tendncia no processo em diversos pontos. O mesmo reproduzido na anlise de , o qual demonstrou aleatoriedade nos resultados, mas com diversos pontos fora de controle. No histograma se v a mdia descentralizada, mais prxima do LIE (Limite Inferior de Especificao).

    Avaliao da friabilidade dos comprimidos

    A Figura 7 demonstra a variao da friabilidade entre os lotes investigados.

    Observamos um processo fora de controle estatstico, apesar da especificao farmacopeica, em que o

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    limite mximo de 1,5%, o que bem superior aos valores fora dos limites de controle gerados pelos resultados estatsticos. A carta S tambm demonstrou pontos fora dos limites de controle e de forma bem desordenada. O histograma mostrou um processo com resultados descentralizados dos limites de especificao.

    DISCUSSO

    Este trabalho teve como objetivo a aplicao do CEP univariado no monitoramento da produo de comprimidos de dipirona no Laboratrio Farmacutico do Estado de Pernambuco S/A LAFEPE (Recife-PE, Brasil). Concomitantemente, na busca de identificao e entendimento das causas que poderiam levar instabilidade do processo, realizou-se anlises mais ntimas (caracterizao) de uma etapa considerada crtica no processo (etapa de granulao).

    A caracterizao da etapa de granulao empregou diversas tcnicas reconhecidas (Guo, 1985; Farmacopeia, 1988), que indicaram que os granulados dos lotes analisados apresentaram certa uniformidade de distribuio granulomtrica (Farmacopeia, 1988). Notou-se que a proporo de distribuio dos granulados entre as diferentes malhas se manteve relativamente constante (Figura 3). Os valores de ngulo de repouso dos granulados menores que 40 para todos os lotes estudados significam que os granulados apresentaram um bom fluxo (Prista, 1995). Os valores do Fator de Hausner, abaixo de 1,25, em todos os lotes, significam, segundo Guo (1985), que todos os granulados estudados apresentaram uma boa compressibilidade. Os ndices de compressibilidade, inferiores a 15 na grande maioria dos lotes (com exceo apenas do lote 7041480), ratifica, segundo Guo (1985), as boas caractersticas de compresso dos granulados. Diante das boas caractersticas tecnolgicas apresentadas pelos granulados, permite-se a hiptese de que a etapa de granulao no foi determinante para que o processo se apresentasse fora de controle estatstico e que provavelmente outros fatores, como operadores e/ou equipamentos, devem ser averiguados como responsveis.

    Figura 7. Carta X, S e histograma da friabilidade dos comprimidos.

    Na avaliao do peso mdio, da dureza e da friabilidade dos compridos, os grficos revelaram pontos fora dos limites de controle, o que sugere uma situao de processo fora de controle estatstico. Segundo Alencar (2005), para um processo ser considerado estatisticamente estvel, os pontos nos grficos de controle deveriam distribuir-se aleatoriamente em torno da linha mdia sem que haja padres estranhos, como tendncias crescentes ou decrescentes, ciclos, estratificaes ou misturas e pontos fora dos limites de controle. Todos os pontos fora de controle alertam para que sejam feitas investigaes no sentido da identificao das causas e definir quais aes devero ser tomadas dentro do processo. O fato de os pontos 34 e 38, na avaliao do peso mdio, terem sido reproduzidos tanto no grfico das mdias do peso mdio como no da dureza, sugere-se uma provvel ligao entre os fenmenos, visto que o aumento brusco do peso mdio para uma mesma condio de ajuste do equipamento de compresso poderia causar, consequentemente, um aumento na dureza do comprimido. Essa correlao poder ser investigada melhor no futuro. Particularmente na avaliao da dureza, em que se percebe no histograma uma mdia com tendncia ao LIE, a centralizao da mdia aumentaria a probabilidade de se produzir unidades dentro das especificaes (Montgomery, 2004). No caso especial da friabilidade, em que no existe um LIE, a descentralizao da mdia em direo oposta ao LSC significa que os resultados se aproximam de 0%, o que pode ser favorvel.

    Por fim, a anlise estatstica atravs do CEP permitiu a revelao de dados em informaes de produo e, portanto, o aproveitamento eficaz desta na medida em que possibilitou uma maior compreenso do processo e sua correlao com etapa crtica para consequentes estratgias de atuao corretiva na busca da melhoria contnua.

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    ABSTRACT

    Univariate Statistical Process Control: monitoring the production of dipyrone tablets

    In this study, by means of histograms and and s control charts, the production control tool, univariate Statistical Process Control (SPC), was assessed for monitoring the physical variables hardness, weight and friability during the production of ten batches of sodium dipyrone tablets. In view of its complexity and influence on the process, the granulation step was concurrently characterized by determining the gross density, compacted density, compressibility index and Hausner factor, plus the angle of repose, flow time and particle size distributions of each batch. The properties of the granules were used as a basis for testing the hypothesis that the granulation step is probably the cause when the process runs out of statistical control. The results of the characterization indicated a degree of uniformity among the granules, which may mean that the lack of statistical process control demonstrated in the control charts does not arise from the granulation step. To the extent that it enabled a greater understanding of the process, univariate SCP proved its importance in the monitoring of tablet production.Keywords: Univariate Statistical Process Control. Production monitoring. Pharmaceutical industry. Validation.

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