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Revista Engenho, vol.9 – Junho de 2014

EDITORIAL

O objetivo do artigo intitulado A Importância Da Qualidade No

Desenvolvimento De Software de Cristiane Candido Pereira, Carlos Eduardo Câmara e

Peter Junior Jandl é o de mostrar através de estudo de caso e aplicação de testes que a

qualidade do produto é algo extremamente importante, mas o fato é que, garantindo-se a

qualidade do processo é que se pode adquirir a qualidade no produto.

O artigo Monitoramento De Vibrações Em Mancais Com Acelerômetro de

Jefferson Peró Ormonde, Valter Roberto Pinesi e Mario Mollo Neto descreve o

desenvolvimento de um protótipo microprocessado que diagnostica vibrações de

sistemas movimentados por motores elétricos fornecendo informações importantes para

a manutenção preditiva.

Vanderlei Inácio de Paula e Denis Rafael de Souza Lima no artigo Uso De

Análise De Imagens Para Quantificação De Compostos utilizam um celular Samsung

Galaxy fit para obter imagens e analisá-las no programa de código aberto ImageJ (v

1.47) desenvolvido por Wayne Rasband em plataforma Java. Os autores propõem o uso

desta metodologia para a quantificação de espécies presentes em água e efluentes, em

métodos baseados em reações químicas desde que seja possível a formação de cor pelos

reativos em análise

Influência Dos Tratamentos Superficiais Na Adesão De Polipropileno,

Utilizando Adesivo Base Poliuretano de Fernando Beltrame Costa, Hipólito Alberto

da Silva Gomes e Ailton Cavalli avaliam o comprotamento do adesivo a base de

poliuretano em substratos de polipropileno, termosplastico quimicamente inerte, os

autores concluem que a adesao pode aumetar e 451% se a superfície do substrato for ser

limpa e preparada com primer.

Caroline Patrícia Bedim e Juliano José Fiori no artigo Caracterização Física De

Amostras De Leite Condensado Comercializadas Em Jundiaí-Sp comparam cinco

marcas de leite condensado analisando as propriedades: teor de sólidos solúveis – °Brix,

viscosidade aparente e identificação de cristais. Os autores concluem que houve uma


relativa variação entre amostras de diferentes marcas e que as amostras analisadas

possuem pouca quantidade de cristais aparentes e perceptíveis pelo tato bucal

Uma revisão, sobre a microtoxina aflatoxina, assim como os estudos realizados

para desenvolver métodos eficazes no combate a esta microtoxina no Brasil e no

mundo, é escrita por Conceição Batista da Silva e Jonh Dalton de Castro Martins no

artigo Aflatoxina em Amendoin

Ailton Cavalli

Editor

ÍNDICE

A IMPORTÂNCIA DA QUALIDADE NO DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE

1

MONITORAMENTO DE VIBRAÇÕES EM MANCAIS COM ACELEROMETRO

27

USO DE ANÁLISE DE IMAGENS PARA QUANTIFICAÇÃO DE COMPOSTOS

63

INFLUÊNCIA DOS TRATAMENTOS SUPERFICIAIS NA ADESÃO DE

POLIPROPILENO, UTILIZANDO ADESIVO BASE POLIURETANO.

78

CARACTERIZAÇÃO FÍSICA DE AMOSTRAS DE LEITE CONDENSADO

COMERCIALIZADAS EM JUNDIAÍ-SP

91

AFLATOXINA EM AMEDOIM

105


A IMPORTÂNCIA DA QUALIDADE NO DESENVOLVIMENTO

DE SOFTWARE

CRISTIANE CANDIDO PEREIRA

Centro Universitário Padre Anchieta

[email protected]

CARLOS EDUARDO CÂMARA


[email protected]

PETER JUNIOR JANDL


[email protected]

RESUMO

Qualidade no desenvolvimento de software é relacionada ao antecipar, satisfazer, estar

em conformidade com os requisitos necessários para o cliente, porem não basta ela

existir, ela deve também ser reconhecida pelo cliente. Para isso acontecer, não é apenas o

ato de desenvolver um software, este deve seguir regras, normas ou padrões, o

desenvolvedor precisa entender que o problema não está no software em si, mas sim na

forma como ele é desenvolvido, que é preciso aplicar os conceitos de qualidade. O

objetivo da presente pesquisa é o de mostrar através de estudo de caso e aplicação de

testes que a qualidade do produto é algo extremamente importante, mas o fato é que,

garantindo-se a qualidade do processo é que se pode adquirir a qualidade no produto.

Palavras-Chave: engenharia de software; qualidade de software; testes de software.

ABSTRACT

Quality in software development is related to anticipate, satisfy,

comply with the requirements for the client, however it simply does

not exist, it must also be recognized the client. For this to happen, not

just develop software, this must follow rules, norms or standards, the

developer needs to understand that this problem is not the software

itself, but in how it is developed, it is necessary to apply the concepts

of quality. The objective of this research is to show product quality is

extremely important, but the fact is, that ensuring the quality of the

process is that one can acquire quality product.

Keywords: software engineering; software quality; software testing.

mailto:[email protected]




INTRODUÇÃO

Atualmente as empresas desenvolvedoras de software buscam um objetivo comum que é

produzir software com alto nível de qualidade. A preocupação com a qualidade deixou de ser

um diferencial competitivo e passou a ser um pré-requisito básico para participação ativa no

mercado, afinal um único sistema é capaz de integrar todos os departamentos de uma empresa e

o cliente deseja um sistema que traga solução rápida e eficiente. ”A importância de um projeto

de software pode ser definida com uma única palavra – Qualidade” (Pressman, 2006).

É exatamente nesse contexto que a engenharia de software tem ganho espaço dentro das

empresas, contribuindo com métodos, ferramentas e metodologias avançadas para obter maior

nível de qualidade. Ela muda continuamente à medida que novos métodos, melhores análises e

o mais amplo entendimento evolui, aprimorando o projeto.

Segundo Paula (2009) “O que decide a qualidade é a comparação com os respectivos

requisitos: O confronto entre a promessa e a realização de cada produto”, porém qualidade é

algo relativo. O que é qualidade para uma pessoa pode ser uma falha para outra. Por esse

relativismo que atender os requisitos do cliente é importante e para que a qualidade seja

alcançada são utilizadas técnicas como validação e verificação de software e testes de sistema

que são imprescindíveis para atingir a qualidade no software.

A qualidade no software utilizando dessas técnicas traz benefícios a empresa como aumento da

produtividade, reduz os possíveis defeitos no sistema, o retrabalho é menor e o índice de

satisfação do cliente maior. Não basta que a qualidade exista, ela deve ser reconhecida pelo

cliente.

A qualidade de software se inicia no levantamento de requisitos que é uma parte de grande

importância no desenvolvimento, segundo Mello “é entender aquilo que o cliente deseja ou o

que o cliente acredita que precisa e as regras do negocio ou processos do negocio” , pois é

desse ponto que se inicia a qualidade de um software.

Revista Engenho, vol.9 – Junho de 2014 Partindo dessa necessidade de conhecer essas técnicas, neste trabalho foram realizadas análises

com bases em pesquisas procurando focar nos processos de verificação, validação e teste de

software. Com o objetivo e a intensão de mostrar quais procedimentos devem ser tomados,

quais opções existem e como podem ser realizados e apresentando estudo de caso utilizando

como base essa análise, aplicando algumas opções e procedimentos que foram pesquisados,

apresentados e aplicados.

VALIDAÇÃO E VERIFICAÇÃO DE SOFTWARE

“A validação tem como finalidade verificar se o sistema está de acordo com sua especificação.

Se o sistema atende ás expectativas do cliente, ou seja, a validação avalia se a construção

segue os requisitos pré-estabelecidos” (Kosciansk, 2006).

A verificação se refere aos conjuntos de atividades para garantir que o software seja

implementado corretamente, ela identifica defeitos e possíveis problemas.

“Esses processos envolvem verificar por meio de inspeção e revisão, em cada estágio, desde a

definição dos requisitos dos usuários até o desenvolvimento do programa “(Sommerville,

2003).

Essa atividade pode utilizar técnicas propostas pela norma IEEE (Institute of Eletrical and

Eletronics Engineers) Standard for Software Test Documentation STD 829 – 1998, que é uma

terminologia padrão de Engenharia de Software e com ela é possível identificar as tarefas

mínimas e documentos recomendados para cada nível de integridade de software.

Nível de integridade pode ser entendido como criticidade e complexidade do software.

A utilização dos documentos de teste facilita na padronização e organização da execução do

processo além de facilitar o trabalho do testador, existem várias formas de criar esses

documentos, podem ser encontrados modelos em site como IEEE.

Essa norma descreve oito documentos para a atividade de teste de um programa de software,

esses documentos são usados em três áreas: no planejamento (Plano de teste), na execução

(Especificação de teste) e nos relatos (Relatórios de teste).


Plano de Teste: Identifica as funcionalidades a serem testadas com ênfase nas

datas, pessoas envolvidas e riscos. A figura 1 mostra algumas informações básicas para

um plano de teste, a tabela foi criada através dos modelos IEEE.

Figura 1. Plano de Teste (tabela desenvolvida através dos modelos IEEE)

Especificação de Teste: “As especificações de teste são artefatos que contêm os

detalhes dos testes a serem realizados. Uma especificação é reaproveitada quando

testes similares e são realizados de diferentes marcos de um projeto. Tipicamente uma

especialização é desenhada apenas uma vez, mas o teste que ela descreve pode ser

executado muitas vezes” (Paula, 2009). A figura 2 mostra uma estrutura para o relatório

de especificação, com as informações a serem preenchidas de acordo com as

especificações, conforme o modelo IEEE.

Figura 2. Especificação de Teste (tabela desenvolvida através dos modelos do site IEEE)

Conforme Blanco (2012) “Especificação Projeto de Teste: Identifica os casos, os

procedimentos e critérios de aprovação.

Revista Engenho, vol.9 – Junho de 2014 Especificação Casos de Teste: Dados de entrada, resultados esperados, ações e condições

gerais para executar o teste, o que interessa nesse caso é o que é obtida no final, a

confiabilidade depende da qualidade do teste.

Especificação de Procedimento de Teste: Identifica quais passos são seguidos para executar o

teste.

Relatório de Incidente: Documenta qualquer evento que ocorra durante a atividade de teste e

que necessite de análise posterior (erros). A figura 3 mostra um modelo de estrutura e

informações necessárias para preenchimento, conforme o modelo IEEE.

Figura 3. Relatório de Incidente (tabela desenvolvida através dos modelos do site IEEE)

Relatório de Resumo: Mostra um resumo dos resultados das atividades associados à

especificação projeto de teste. A figura 4 mostra as informações que podem ser usadas como

preenchimento do relatório de teste conforme o modelo IEEE.


Figura 4. Relatório de Teste (tabela desenvolvida através dos modelos do site IEEE)

Revista Engenho, vol.9 – Junho de 2014 Diário de teste: Registro cronológico dos dados relevantes.

Relatório de Encaminhamento de Item: Identifica os itens encaminhados para testes no caso de

equipes distintas serem responsáveis pelas tarefas ”.

Visando facilitar a documentação, pode ser feita uma união dos documentos de Plano de Teste,

Especificação de Teste, Especificação de Projeto de Teste e Especificação dos Casos de Teste.

De acordo com Myers, citado por Blanco (2012)” Infelizmente não é possível testar todas as

entradas de dados e suas centenas ou milhares de combinações possíveis. Criar casos de testes

para todas essas possibilidades é impraticável, pois levaria muito tempo e seria

economicamente inviável “.

A verificação e validação revisam e analisam o software nas diversas fases dos processos de

desenvolvimento, abrangem nos documentos de requisitos, os diagramas de análise de projetos

e o próprio código fonte, as revisões são consideradas técnicas estáticas por não envolverem a

execução do produto.

TESTES DE SOFTWARE

Teste é uma atividade fundamental para a qualidade ser assumida no software, o principal

objetivo é revelar falhas, um teste bem sucedido identifica defeitos que ainda não foram

descobertos e que podem ser corrigidos pelo programador, um teste bem eficiente é aquele que é

projetado para descobrir o maior número de erros possíveis.

Segundo Sommerville (2003), “teste de software consiste em um processo que é utilizado com o

intuito de descobrir evidencias de problemas de software”.

Para definir essas evidencias, é preciso saber as diferenças dos conceitos relacionados aos testes,

conforme Dias (2007):

“Defeito: É um ato inconsistente cometido por um individuo ao tentar entender uma

determinada informação, resolver um problema ou utilizar um método ou uma ferramenta,

exemplo uma instrução ou comando incorreto.

Erro: É uma manifestação concreta de um defeito num artefato de software, diferença entre o

valor obtido e o valor esperado, ou seja, qualquer estado intermediário incorreto ou resultado

inesperado na execução constitui um erro. Isso pode ser causado por desvio da especificação,

modelagem mal feita, erro de programação, pressão de tempo, especificação de requisitos.


Falha: É o comportamento operacional do software diferente do esperado, um

processamento incorreto, uma falha pode ser causada por diversos erros e alguns erros

podem nunca causar uma falha.”

A figura 5 mostra a diferença entre esses conceitos.

Figura 5. Defeito x Erro x Falha (revista Qualidade de Software)

“Teste de sistema é na verdade uma série de diferentes testes cuja finalidade principal é

exercitar por completo o sistema baseado em computador. Apesar de cada teste ter uma

finalidade distinta, todos trabalham para verificar se os elementos do sistema formam

adequadamente integrados e executam as funções a eles alocados” (Pressman, 2006), algumas

finalidades do teste podem ser de :

“Teste de recuperação: No qual o software é forçado de diversos modos a falhar para verificar

se a recuperação é adequadamente realizada.

Teste de segurança: São feitas várias invasões impróprias no sistema ou alterações dos

arquivos gerados pelo sistema e verificam-se os mecanismos de proteção são capazes de

protegê-lo” (Pressman, 2006).

Testes de stress: Executa no sistema uma quantidade de recursos anormais em grande volume

para verificar o quanto o sistema é sensível.

Teste de desempenho: É analisado o desempenho do sistema durante a execução, verificando

qual é o comportamento integrado entre o software e o hardware.

Teste Funcional: Verifica se todos os requisitos foram cumpridos de acordo com as regras de

negocio, garantindo de que não existam diferenças entre os requisitos funcionais e o

Revista Engenho, vol.9 – Junho de 2014 comportamento do software construído, o teste não se preocupa com o código em si, eles são

realizados a partir da seleção dos Casos de Uso baseados na especificação.

TÉCNICAS EM TESTE DE SOFTWARE

O teste de software é uma das técnicas mais custosas do desenvolvimento, porém o rigor e o

custo depende da criticidade da aplicação, essas técnicas são classificadas de acordo com a

origem das informações utilizadas para estabelecer os requisitos de testes, essas técnicas podem

ser classificadas como funcional e estrutural.

A técnica estrutural conhecida também como teste de caixa branca trabalha diretamente com o

código fonte, avalia aspectos como: teste de condição fluxo de dados, caminhos lógicos, laços;

“Os aspectos nessa técnica dependem da complexidade do componente de software”

(Dias,2007), ela permite uma verificação mais precisa de comportamento ela é realizada durante

todo o processo de desenvolvimento.

A técnica funcional ou teste de caixa preta “identifica erros de interface, acesso ao banco de

dados, desempenho e velocidade” (Kosciansk,2006); Os dados de entrada são fornecidos e o

resultado é comparado a resultados previamente conhecidos, haverá sucesso se o resultado

recebido foi igual ao esperado, ela é aplicável em todos os níveis de teste.

Existe também a definição de teste de caixa cinza no qual são focados os mecanismos dos

componentes e não do sistema em si, ele ignora os componentes internos e focaliza apenas as

saídas geradas em resposta a entrada e condições de execução selecionadas.

Conforme Sommerville (2003) “o processo de teste deve evoluir em estágios, os testes devem

ser realizados incrementalmente, em conjunto com a implantação do sistema”.

Esses processos podem ser divididos em estágios:

Teste de Unidade: Explora a menor unidade do projeto, procura falhas ocasionadas por defeitos

de lógica e de implementação de cada modulo,” são testados individualmente ou em grupos de

unidades para garantir que eles operam corretamente” (Sommerville, 2003), podem ser

baseados nas especificações de classes e na codificação do código.

Teste de Módulos (Subsistema): São executados procedimentos em componentes dependentes,

como uma classe de objetos que foram integrados.

Teste de Integração: Provoca falhas associando entre os módulos quando eles são integrados,

testa quais componentes são combinados e avalia a interação entre eles, esse teste geralmente é

executado durante o desenvolvimento.

Revista Engenho, vol.9 – Junho de 2014 Teste de Sistema: Busca falhas por meio de utilização como se fosse o usuário final, verifica se

o produto satisfaz os requisitos funcionais e não funcionais e testa as propriedades emergências

do sistema, identifica possíveis erros entre o hardware, o software e o banco de dados, é

baseado no projeto e na arquitetura do software.

Teste de Aceitação: Costuma ser o estágio final do processo de teste do sistema e simulando

rotinas de operações de modo a verificar se seu comportamento está de acordo com o solicitado,

“ele pode revelar erros e omissões nas definições de requisitos, quando os recursos na verdade

não atendem ás necessidades dos usuários ou quando o desempenho do sistema é inaceitável”

(Sommerville, 2003).

Teste de Regressão: “Consiste em aplicar todos os testes já aplicados nas versões anteriores

em todos os ciclos e atualizações”, (Dias, 2007), verifica se as alterações não causam nenhum

efeito indesejado e se o sistema mantém a conformidade com os requisitos especificados, são

mais utilizados na manutenção do sistema.

Técnicas de testes devem ser vistas como complementares e a questão está em como as utilizar

de forma que as vantagens de cada uma seja melhor explorada em uma estratégia que leve a

uma atividade de teste de boa qualidade, que seja eficaz e de baixo custo.

O objetivo central de toda metodologia de teste é maximizar a sua cobertura e a quantidade

potencial de defeitos que podem ser por ela detectados.

TESTES AUTOMATIZADOS

Conforme Souza,2013 “Automação de teste é o uso de software para controlar a execução do

teste de software, a comparação dos resultados esperados com os resultados reais, a

configuração das pré-condições de teste e outras funções de controle e relatório de testes”, é

testar um software com outro software.

São usados scripts padronizados que podem ser mais rápidos na execução dos testes e na

detecção dos erros do que a forma de teste manual.

Utilizando testes automatizados é possível aumentar a consistência e abrangência, reduzir o

tempo ou esforço, diminuir o custo, aumentar a qualidade do produto final.

O ideal é automatizar tarefas repetitivas, cálculos matemáticos, testes de regressão e

funcionalidades criticas no sistema.

Funcionalidades pouco usadas, protótipos e funcionalidades que exigem inspeção visual são

pouco recomendadas.

Revista Engenho, vol.9 – Junho de 2014 Existem ferramentas comerciais e OpenSource disponíveis para auxiliar o desenvolvimento de

automação de software, ferramentas específicas para cada tipo de teste e software:

Selenium: É usado para automatizar navegadores em várias plataformas, realizando

testes funcionais.

JUnit: É um framework simples para escrever testes repetíveis, orientado a Java, realiza

testes de unidade.

JMeter: Projetado para testar aplicações web, mas expandiu para outras funções de teste,

realizado para teste de desempenho (performance).

MODELOS DE TESTE

Modelo TMAP: O modelo teste TMAP (Test Management Approach) é uma abordagem

que pode ser aplicada em todas as situações de teste e em combinação com qualquer outra

metodologia de desenvolvimento de sistema, ele oferece ao testador uma série de elementos

para seu teste como técnicas de especificação de teste, infraestrutura de teste, estratégia de teste,

organização de teste, ferramentas de teste, entre outros.

TMap é composto das seguintes fases e etapas, conforme a figura 6 mostra:

Figura 6. Fases e Etapas TMap (Gerencia de projeto de teste Segundo o Modelo do PMI por

Emerson Rios,2003 )

Segundo Rios 2003, “as etapas de Planejamento e Controle e Preparação

seguem em paralelo as demais etapas, pois continuam em andamento durante todo o

projeto. O produto da fase de planejamento, uma vez concluído, deve ser acompanhado

e controlado. Na etapa de preparação os ambientes de gerencia de mudanças e de


gerencia de configuração são adequados ao projeto de testes, além de ser preparada a

infraestrutura a ser utilizada no projeto (Hardware, Software e Pessoal)”.

Modelo V: A estrutura do modelo em V é uma aproximação estruturada de teste que

pode ser usada em todas as metodologias de desenvolvimento. Segundo Silva “o modelo que foi

definido por Paul Rook em 1980, foi apresentado como um modelo alternativo ao modelo

Waterfall e enfatizava a importância nos testes em todo o processo de desenvolvimento e não

somente ao término do processo”.

Este modelo introduz a criação de testes de dados e cenários de teste durante o ciclo de

desenvolvimento do software, em geral, reforça a ideia de que o teste não é uma fase, mas uma

parte integrante do ciclo de desenvolvimento do software, o qual trabalha com diferentes níveis

de teste como: teste de unidade, teste integração, teste de sistema e teste de aceitação.

A principal ideia é sempre testar a mesma coisa, porém com focos diferentes, o modelo

em V possui dois “lados”, um lado é especifico para verificação que é o ciclo de vida de

desenvolvimento e o outro é especifico para a validação que é o ciclo de testes. Basicamente o

modelo segue as fases citadas na figura 7:

Figura 7. Fases e Etapas “V” (Técnicas de Teste no Ciclo de

Desenvolvimento de Software por Camilo Ribeiro ,2010)

Revista Engenho, vol.9 – Junho de 2014 A vantagem nesse modelo é que segundo Camilo Ribeiro “a fase de teste começa no inicio do

ciclo, os planos de teste são detalhados em cada fase do ciclo o que ajuda a compreender

melhor qual a origem do problema”.

A desvantagem, segundo o mesmo autor “é que apesar da sua implementação em todas as

fases continua a não ser flexível suficiente e é necessário maior número de feedback entre todas

as fases do ciclo”.

ESTUDO DE CASO – LIBRE OFFICE

Libre Office é um pacote de componentes para escritório gratuito, é desenvolvido por

voluntários do mundo todo através de fundações sem fins lucrativos. É uma extensão aberta do

StarOffice e uma continuação de desenvolvimento da suíte OpenOffice. Seus componentes são:

processador de textos (Write), planilha de cálculo (Calc), apresentações (Impress), gráficos

vetoriais (Draw), banco de dados (Base), editor de fórmulas matemáticas (Math), o pacote

possui inúmeras vantagens entre elas: sem taxas de licenciamento, código aberto,

multiplataforma, extenso suporte a idiomas, é compatível com vários Sistemas Operacionais

(como Windows, Linux e MAC OS).

Possui grande compatibilidade com extensões de arquivos, suporte online gratuito, entre outras

inúmeras vantagens (Tutorial LibreOffice).

Esse estudo de caso visa testar algumas funções do componente processamento de texto Write,

que além dos recursos usuais de um processador de texto, fornece também características como,

exportação para PDF, integração de banco de dados, ferramentas de desenho incluídas, entre

outras funções muito similar ao MS Word.

Para verificar a finalidade do software foi utilizado o teste funcional das funções de cartão de

visitas, envelopes, abrir documentos salvos no Word. Na função de recuperação de documentos

foi aplicado o teste de recuperação, com objetivo de verificar se essas funções funcionam

corretamente. E finalmente, validar o uso das mesmas.

Os modelos dos relatórios foram desenvolvidos através dos modelos sugeridos site IEEE e o site

do Grupo de Testadores de Software (Blog editado por Anne Caroline, mestre em Ciência da

Computação pela UFCG).

Hipótese Abrir Documentos Salvos no Word: Como muitos documentos são salvos em Word é

importante que o Libre Office abra os documentos, sem alterar formatações que foram

estabelecidas no Word (veja resultado na figura 9).

Revista Engenho, vol.9 – Junho de 2014 Hipótese Recuperação de Dados: Como existem riscos é importante que quando o sistema

fechar de forma inesperada, ele recupere todos os dados e as formatações do documento (veja

resultado nas figuras 10, 11,12 e 13).

Hipótese Cartão de Visita: Independente de que forma que ele seja feito, num cartão de visita é

importante que a impressão seja de acordo com o que foi estabelecido na configuração,

respeitando o tamanho, layout e os dados informados (veja resultado nas figuras 14 e 15).

Hipótese Envelopes: A impressão do envelope deve ser correta, com o endereço legível, posição

aceitável e que tamanho das letras seja legível (veja resultado nas figuras 16 e 17).

Hipótese Personalizar Barra de Ferramentas: A barra deve ser criada conforme foi feita a

personalização, os atalhos criados devem funcionar corretamente e deve ser possível alterar a

barra personalizada (veja resultado nas figuras 18, 19).

Hipótese Conversor de Documentos: Arquivos com extensão doc devem ser convertidos sem

alterações ou erros para o formato oxps (veja resultado nas figuras 20, 21).

Foi escrito um relatório de plano de teste (veja resultado na figura 8) para cada função do

sistema testado, esse plano de teste foi respeitado e executado com êxito, os resultados

negativos foram registrados no relatório de incidentes, informando quais foram os erros.


Figura 8. Plano de teste executado (tabela desenvolvida para teste do Libre Office)

Foram encontradas divergências e dificuldades nas funções de cartões de visita, abrir

documentos salvos pelo Word e na Recuperação de documentos, as divergências foram:

A função de abrir documentos no Word não respeita algumas formatações como

tabelas, que abrem fora de formatação, cortando algumas colunas da tabela (veja

resultado na figura 9).


Figura 9. Tabela de relatório de Incidente (tabela desenvolvida para teste do Libre Office)

A função de recuperação de dados não funciona, pois não recupera dados

que não foram salvos (veja resultado na figura 10, 11, 12 e 13).

Figura 10. Imagem do texto a ser recuperado (Imagem desenvolvida para teste do Libre

Office)


Figura 11. Tela para iniciar a recuperação de dados (Libre Office)

Figura 12. Tela informando os dados recuperados (Libre Office)


Figura 13. Imagem com texto recuperado (Imagem desenvolvida para teste do Libre Office)

Na função cartões de visitas, alguns campos são confusos e não existe formatação

e nem validação para as informações como CEP, telefone e e-mail, a visualização

da impressão é difícil e a impressão não é econômica, pois fica muito espaço sem

aproveitamento na folha e ao visualizar impressão não aparece as informações

(veja resultado na figura 14 e 15).

Figura 14. Tela para preenchimento cartão de visita (Libre Office)


Figura 15. Tela de impressão dos cartões de visita (Libre Office)

A função de envelope não apresentou divergências (veja resultado na

figura 16 e 17).

Figura 16. Tela de preenchimento para envelope (Libre Office)


Figura 17. Envelope impresso (Libre Office)

A função de personalização de barra de ferramentas não apresentou

divergências (veja resultado na figura 18 e 19)

Figura 18. Criando barra de ferramentas (Libre Office)


Figura 19. Barra de ferramentas criada (Libre Office)

A função conversor de documentos não apresentou divergências (veja

resultado na figura 20 e 21)

Figura 20. Tela para selecionar tio de documento (Libre Office)

Figura 21. Tela com o tipo de documento alterado (Libre Office)

Revista Engenho, vol.9 – Junho de 2014 Todas as divergências encontradas foram documentadas no relatório de incidentes, conforme a

figura 22 mostra.

Figura 22. Relatório de teste preenchido (tabela desenvolvida para teste do Libre Office)

Utilizadas nos testes as técnicas de unidade e sistema, verifica se cada função atende as

hipóteses esperadas. O relatório de teste é preenchido informando a quantidade de validações

realizadas, quantas foram bem sucedidas ou mal sucedidas, os casos de teste são preenchidos de

acordo com as validações que são informadas no plano teste, o resultado é apresentado na figura

23.


Figura 23. Relatório de Teste (tabela desenvolvida para teste do Libre Office)

CONCLUSÕES

Uma das formas importantes para ter qualidade no software é realizar o processo de teste

corretamente: criar um plano de teste a ser seguido, preencher os relatórios de incidente e

relatórios de teste.

Uma documentação de plano de teste bem elaborada e especificada é indispensável, para que o

testador possa executar todos os passos e que o mesmo consiga validar e reportar os erros de

todas as definições estabelecidas junto ao cliente.

É importante também que o grupo de testes siga a metodologia e a cumpra para que a

produtividade e qualidade aumente, além disso as equipes de teste e desenvolvimento devem ser

distintas, “pois conforme algumas experiências realizadas é muito difícil um desenvolvedor

Revista Engenho, vol.9 – Junho de 2014 realizar as duas funções (desenvolver e testar), podendo estes encobrirem seus próprios

enganos de modo que a eficácia dos testes seja praticamente nula” (Rocha,2011).

Utilizando corretamente as regras pré-definidas e respeitando a técnica de teste é possível

atender a real necessidade do cliente e atingir a qualidade no software, porém para que isso seja

bem feito é necessário tempo, detalhe de extrema importância que a maioria dos projetos não

possui.

Teste de software não é um processo barato, pelo contrário é um dos processos mais caros,

porém em num software bem testado o custo de manutenção é menor, quanto antes o erro for

descoberto no processo, menor o custo, o que leva a uma grande economia, redução no custo e a

confiança e satisfação do cliente.

No estudo de caso desta pesquisa foi utilizado como técnica principal, o teste de sistema, no

qual foram encontrados diversas falhas, defeitos e alguns pontos que podem ser melhorados.

A área de teste será uma área de grande evolução e disseminação no mercado, dificilmente em

uma fábrica de software de grandes empresas não haverá a necessidade de testadores no meio de

milhares de desenvolvedores.

A qualidade de software não deve ser vista como algo simples e de nenhum interesse, mas sim

como sendo uma área de grande valor para o mercado e principalmente para que clientes

possam estar criando sistemas ágeis, rápidos e com qualidade.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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MONITORAMENTO DE VIBRAÇÕES EM MANCAIS COM

ACELEROMETRO

Jefferson Peró Ormonde Centro Universitário Padre Anchieta

[email protected]

Valter Roberto Pinezi Centro Universitário Padre Anchieta

[email protected]

Mario Mollo Neto Centro Universitário Padre Anchieta

[email protected]

RESUMO

Este artigo descreve o desenvolvimento de um protótipo, microprocessado e de

tamanho reduzido, que proporciona a coleta de informações provenientes de vibrações

mecânicas (eixos X, Y, Z) causadas por sistemas movimentados por motores elétricos

baseados em suportes com mancais de rolamentos durante a realização de trabalho,

enviando as informações em tempo real diretamente para uma Interface Homem

Maquina (IHM), composta por uma placa de aquisição de dados e um computador

pessoal, possibilitando a análise de forma fácil e amigável dos sinais coletados no

campo. Através desta pesquisa notamos a possibilidade de utilizar a eletrônica

embarcada e as ferramentas de software substituindo análises empíricas, que às vezes

podem não trazer um diagnóstico verdadeiro, fornecendo base para tomada de decisão,

através de manutenção preditiva.

Palavras chaves: Vibrações; Motores Elétricos; Acelerômetro; Manutenção Preditiva.

ABSTRACT

This article describes the development of a small size microprocessor prototype

and, which provides a collection of information from mechanical vibrations (X, Y, Z)

caused by moved electric motors systems based on media roller bearings while

performing work by sending the information in real time directly to a Human Machine

Interface (HMI), consisting of a data acquisition card and a personal computer,

enabling the analysis in an easy and friendly signals collected in the field. Through this

study, we detected the possibility of using the embedded electronics and software tools

replacing empirical analyzes, which sometimes cannot bring a true diagnosis, providing

a basis for decision-making, through predictive maintenance.

Keywords: Vibrations; Electric Motors; Accelerometer; Predictive Maintenance.


INTRODUÇÃO

Esta pesquisa propõe a construção e desenvolvimento de um dispositivo

composto por microcontrolador, conversores e sensores capazes de mensurar as

vibrações e excitações provocadas por movimentos e oscilações em três eixos em

mancais de máquinas rotativas industriais, e enviar as informações coletadas para um

computador e modelar seus dados. Este protótipo focaliza a construção de um

dispositivo capaz de captar grandezas como vibrações e seu devido comportamento,

para identificar possíveis anomalias no funcionamento destes componentes de

transmissão de movimento. Segundo Lamin Filho (2003) a maioria das maquinas

modernas opera a partir de motores elétricos, que com o uso contínuo podem

desenvolver falhas e essas falhas podem causar paradas na máquina.

É proposto o desenvolvimento de uma placa de aquisição que contém um sensor

medidor de aceleração gravitacional, que converte a força da gravidade em um dado

ponto em capacitância, em seguida para um conversor de capacitância para nível de

tensão possibilitando que essa informação posteriormente seja processada por um

microcontrolador, em seguida a informação é convertida de nível TTL (Transistor

Transistor Lógic) para uma porta de comunicação serial RS232 onde, o dispositivo que

processa e trata esses dados para um formato amigável é um computador portátil que

incorpora um software gráfico que possibilita a amostragem da informação em tempo

real para os usuários.

A constante busca das indústrias em reduzir o tempo de parada provocado pelas

quebras em equipamentos e paradas em seu processo produtivo ocasionado por falta de

manutenção preventiva e preditiva tem crescido constantemente. No atual ambiente

onde a busca pela redução de custos de produção é mandatório para a sobrevivência das

empresas de todos os ramos de atividades, a eficiência dos equipamentos é tratada com

grande importância.

O protótipo proposto neste trabalho faz a aquisição de dados em tempo real das

curvas características de vibração em máquinas rotativas, possibilitando ao usuário fazer

leituras da vibração de um equipamento, permitindo a criação de um banco de dados

para análise futura em diversos intervalos de tempo. O que facilita o acompanhamento


do estado geral de funcionamento comparado a medições anteriores, no caso das leituras

serem diferentes no mesmo equipamento e no mesmo ponto, é possível identificar uma

anomalia que talvez seja imperceptível perceber somente com os cinco sentidos ou com

os dispositivos de sinalização tradicionais.

Os equipamentos comercializados para este fim possuem maior precisão, porém,

com custo de aquisição muito maior, o que impede a instalação de mais unidades para

monitoramento fixo em determinadas máquinas consideradas chave para a produção.

Além da grande vantagem de fazer predições, o equipamento proposto apresenta

componentes de fácil aquisição, baixo custo e uso de poucos componentes eletrônicos,

além da integração com microcomputadores do tipo PC´s e notebooks que hoje são de

fácil acesso na grande maioria dos estabelecimentos produtivos. Isto permite a aplicação

de várias unidades deste dispositivo no ambiente fabril, de forma a manter um

monitoramento distribuído e, quando algum dos equipamentos monitorados apresente

indicações de problemas, o mesmo poderá ser avaliado com a instalação de um único

instrumento de precisão para uma melhor avaliação ou até que seja sanada a falha.

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Vibrações

A noção de vibração começa com a ideia do equilíbrio. Um sistema está em

equilíbrio quando a resultante de todas as forças atuantes sobre mesmo é nula. Qualquer

sistema que esteja sob esta condição somente sairá dela quando alguma perturbação

externa atuar sobre o mesmo. A oscilação irá ocorrer quando, após a perturbação atuar,

o sistema apresentar a tendência a retornar à sua posição de equilíbrio. Ao se conceder

ao pêndulo um ângulo inicial pequeno o mesmo entrará em movimento tendendo a

retornar à sua posição de equilíbrio inicial. Ao passar por ela o movimento não se

interrompe porque a massa do pêndulo possui velocidade, portanto energia cinética.

Enquanto esta energia permanecer presente no sistema o movimento oscilatório

continuará. Se, entretanto, a energia inicial concedida for muito elevada, o pêndulo

entrará em movimento rotativo. Situação semelhante ocorre com uma bola rolando

dentro de uma superfície circular (LARANJA, 2005).

Segundo o mesmo autor, o movimento do pêndulo se produz na direção em que

o mesmo é permitido. Em se tratando de um pêndulo simples o movimento é plano


sendo necessária apenas uma única variável para descrevê-lo (o ângulo). Diz-se, então

que ele possui um grau de liberdade ou mobilidade. Se fosse permitido ao mesmo girar

em torno de um eixo vertical, o mesmo possuiria dois graus de liberdade.

O número de graus de liberdade de um sistema, como destaca o autor, é o

número mínimo de coordenadas capazes de representar completamente o movimento do

mesmo (estas coordenadas são chamadas coordenadas generalizadas).

Se um sistema possui pelo menos um grau de liberdade, os valores das variáveis

que descrevem o estado do sistema (posição, velocidade, aceleração) devem ser

especificados. Para isto é necessário que se escolha um sistema de coordenadas, a figura

1 ilustra os sistemas com um grau de liberdade e com dois graus de liberdade.

Figura 1 Sistema com um (a) grau de liberdade e (b) dois graus de liberdade. Fonte: (LARANJA,

2005).

Defeitos comuns em mancais de rolamentos.

Falhas em rolamentos podem ser previstas através da análise de vibrações,

detectando-se componentes espectrais com frequências características dos defeitos e

suas harmônicas e bandas laterais. O prognóstico da falha se baseia não só na

intensidade dessas componentes, como também no padrão de distribuição de energia

pelas diversas bandas espectrais, o que permite identificar o estágio de degradação do

rolamento (SCHILTZ, 1990).

As causas mais comuns de defeitos em rolamentos são: seleção incorreta,

sobrecarga, defeito de fabricação, desalinhamento, "jambragem", montagem incorreta,


estocagem inadequada, lubrificação inadequada, excessiva ou insuficiente, falha de

vedação e descargas elétricas através dos mancais (SCHILTZ, 1990).

Geralmente, os defeitos em rolamentos evoluem com certa lentidão e emitem

sinais com bastante antecedência da falha final, que pode ocorrer por travamento ou

ruptura dos componentes. Defeitos típicos que evoluem dessa forma são: escamamento,

descascamento (pelling), arranhadura, escorregamento, fratura, trincas, gaiola

danificada, impressões, pitting, desgaste, corrosão por contato, esmagamento (falso

brinel), deslizamento, superaquecimento, corrosão elétrica, oxidação elétrica, falha de

instalação, alteração de coloração (PIERRI, 2004). A figura 2 demonstra um dos tipos

de falhas que acontecem em rolamentos.

Figura 2 Escamamento. Fonte: (NSK BEARING DOCTOR, 2001).

Componente: Anel interno de rolamento de contato angular.

Sintoma: Escamamento ao longo da pista.

Causa: Desalinhamento na instalação.

Frequências Básicas Geradas por Defeitos de Rolamentos

Segundo Taylor (1994) as frequências características de falha de rolamentos

possuem uma peculiaridade especial: elas são não síncronas, isto é, não são múltiplas

inteiras da velocidade de rotação do eixo. Isso pode permitir a sua identificação, mesmo

quando não se conhece qual o rolamento instalado na máquina monitorada.

As quatro frequências básicas geradas por defeitos de rolamentos são

relacionadas com o comportamento dinâmico de seus principais componentes, ou seja:

Frequência de passagem de elementos rolantes por um ponto da Pista Interna

(geralmente indicada por BPFI do inglês Ball Pass Frequency Inner Race),

associada a defeitos na pista interna.


Frequência de passagem de elementos rolantes por um ponto da Pista Externa

(geralmente indicada por BPFO do inglês Ball Pass Frequency Outer Race),

associada a defeitos na pista externa.

Frequência de giro dos elementos (geralmente indicada por BSF do inglês Ball

Spin Frequency), associada a defeitos nos elementos rolantes (rolos ou esferas).

Frequência de giro da gaiola ou do conjunto (trem) de elementos rolantes

(geralmente indicada por FTF do inglês Fundamental Train Frequency),

associada a defeitos na gaiola e a defeitos em alguns dos elementos rolantes.

É importante ressaltar que, ao contrario da maioria das frequências de vibração

geradas por componentes mecânicos, essas frequências são verdadeiramente frequências

de defeito. Isto é, elas só estarão presentes nos espectros de vibração quando os

rolamentos estiverem realmente defeituosos ou, pelo menos, quando seus componentes

estiverem sujeitos a tensões e deformações excessivas que poderão induzir uma falha

(TAYLOR, 1994).

Equações de frequências

Segundo Taylor, (1994), as frequências básicas de defeitos em rolamentos podem

ser calculadas através das equações 1 A 4:

Rotação da Gaiola

Para pista externa estacionária, para pista interna estacionária:

(

) ( )

Rotação do Elemento Rolante:

[ (

)

] ( )

Passagem de Elementos pela Pista Externa:

(

) ( )

Passagem de Elementos pela Pista Interna:


(

) ( )

Onde:

S = Si - Se

Se = frequência de rotação da pista externa

Si = frequência de rotação da pista interna

d = diâmetro dos elementos rolantes

D = diâmetro primitivo

n = nº de elementos rolantes

Ø = ângulo de contato

As frequências de defeitos dos rolamentos comerciais podem ser obtidas de varias

fontes, como através de distribuidores dos fabricantes de rolamentos, bancos de dados

disponíveis comercialmente, etc.

TÉCNICAS DOMÍNIO DO TEMPO

Pela praticidade no desenvolvimento do software supervisório deste protótipo,

foi a técnica adotada para a análise dos dados coletados nesta pesquisa, uma das

abordagens de detecção e diagnóstico é analisar o sinal de vibração medido no domínio

do tempo. Outras abordagens mais sofisticadas podem ser usadas, como as aplicadas

por Dyer e Stewart, (1978); Swansson e Favaloro (1984); e por Alfredson e Mathew

(1985), como o cálculo da tendência de parâmetros estatísticos em domínio de tempo.

Podem-se definir vários parâmetros estatísticos como RMS, pico, fator de crista,

Curtose como aplicado por Dyer e Stewart (1978); Lai (1990) e Khan (1991), fator de

folga, fator de impulso, fator de forma segundo Li et al.,(1991), e o fator de defeito

segundo aplicação realizada por Garlipp (2001).

A técnica de se visualizar o sinal no tempo não é tão fácil, pois uma enorme

quantidade de informação pode ser obtida desta maneira, como a presença de

modulações, componentes de frequência do eixo, desbalanceamento do eixo,

transitórios, componentes de frequência mais alta, frequências de defeitos e outros

(ALMEIDA e ALMEIDA, 2005).

Podem ser usados parâmetros estatísticos em domínio de tempo e de tendência

em uma tentativa de se detectar a presença de danos incipientes do rolamento. Os


parâmetros estatísticos mais usados são o pico, RMS, fator de crista, fator de forma,

fator de impulso, fator de defeito, pico a pico, fator de folga e Curtose. Estes parâmetros

podem ser definidos para um sinal discreto e são formas tradicionais de se quantificar

um sinal dinâmico (ALMEIDA e ALMEIDA, 2005).

O parâmetro Pico é o valor de zero a pico, ou seja, um valor medido de zero até o pico

mais alto da onda (Equação 5).

[ ( )] [ ( )] ( )

O valor Pico é útil na medida das respostas dos sistemas a choques mecânicos.

O parâmetro RMS é o valor eficaz ou o valor médio quadrático. Ele se relaciona

diretamente com a energia do sinal, ou seja, com a capacidade destrutiva da vibração

(Equação 6).

√

∑ [ ( ) ] ( )

O fator de crista permite detectar falhas em rolamentos através de relações de

amplitudes dos sinais de vibrações. É definido como a relação do valor do pico de

vibração pelo valor de RMS medido dentro de uma banda de freqüência (Equação 7).

( )

O método de Curtose utiliza-se a análise estatística para detectar falhas em rolamentos

através de um fator de Curtose designado por K. É baseado no sinal do domínio do

tempo e usa-se o quarto momento central de um sinal (Equação 8).

∑ [ ( ) ]

( )

Na prática observou-se que para K=3 é o caso para um rolamento sem defeito e quando

o K>3 tem-se defeitos correspondentes aos sinais em forma de pulso de curta duração.

O Fator de Defeito é um parâmetro para a avaliação de defeitos em rolamentos através

da evolução na diferença entre os picos e os valores RMS do sinal de vibração do

rolamento (Equação 9).


( )

O valor Pico-a-Pico é o valor medido entre os extremos da onda (distância do

maior pico negativo até o maior pico positivo), (Equação 10).

[ ( )] [ ( )] ( )

O valor pico a pico indica o trajeto total do elemento e é útil nas considerações

de folgas e tensões dinâmicas geradas pela vibração. Onde x denota o valor médio do

sinal de tempo discreto x(t) com N pontos de dados.

Podem-se usar duas abordagens para estatística em domínio de tempo. A

primeira é computar os parâmetros estatísticos para toda a faixa de frequência do sinal

conforme digitalizado, e a segunda é decompor o sinal em faixas discretas de frequência

e obter os parâmetros para cada faixa (DYER e STEWART, 1978).

Existe um grande número de estudos para investigar o uso destes parâmetros

para detecção dos danos do rolamento e para cálculo de tendência, para determinar seu

comportamento com o aumento dos danos do rolamento (DYER e STEWART, 1978;

SWANSSON e FAVALORO, 1984; LAI, 1990; KHAN, 1991; KIRAL e

KARAGULLE, 2006).

Outros parâmetros em domínio de tempo podem ser definidos tais como fator de

folga, fator de impulso e fator de forma, conforme desenvolvido por Li et al. (1991). Os

fatores de Folga e de Impulso são os mais úteis. O fator de Folga é o mais sensível e

geralmente robusto para detecção de fragmentação por fadiga incipiente.

TÉCNICA DOMÍNIO DA FREQÜÊNCIA

Na maior parte das medidas de vibração é mais fácil trabalhar no domínio das

frequências que no domínio do tempo (BREITENBACH, 1999).

Segundo o autor, o sinal no domínio da frequência ou espectro de frequência é

um gráfico de amplitude da resposta de vibrações pela frequência e pode ser derivado

utilizando-se a transformada rápida de Fourier (FFT) da forma de onda no tempo. O


espectro de frequência fornece uma informação valiosa sobre a condição de uma

máquina.

Desde que as forças de excitação sejam constantes ou variem de uma pequena

quantidade, os níveis de vibrações medidos da máquina também permanecem

constantes ou variam de uma pequena quantidade. Entretanto, a partir do momento que

as máquinas começam a apresentar defeitos, seu nível de vibrações e, portanto, o

formato do espectro de frequência muda. Através da comparação do espectro de

frequência das máquinas danificadas com um espectro de frequência de referência

correspondente a uma máquina sem danos, a natureza e a localização das falhas podem

ser detectadas (NEPOMUCENO, 1989).

Ainda segundo Nepomuceno (1989), outra característica importante de um

espectro é que cada elemento rotativo em uma máquina gera frequências identificáveis,

onde se vê a relação entre os componentes de uma máquina e seu correspondente

espectro de vibrações. Portanto, mudanças no espectro em uma determinada frequência

podem ser associadas diretamente com o correspondente componente da máquina. Uma

vez que mudanças no espectro são mais facilmente detectadas comparadas com

mudanças nos níveis globais de vibrações, esta é uma característica que ajuda muito na

detecção de defeito na prática.

TRANSFORMADA DE FOURIER

Transformada contínua

Sinais periódicos contínuos podem ser representados como uma série (a série de

Fourier). Para existir a série de Fourier é necessário ao sinal satisfazer as seguintes

condições:

- ser finito

- possuir um número finito de descontinuidades

- possuir um número finito de máximos e mínimos em um ciclo (SPIEGEL, 1971).

Segundo o Spiegel (1971), qualquer sinal periódico limitado pode ser

representado pela série de Fourier. A vibração de uma estrutura, assumida como

periódica no tempo e de período T, pode ser considerada que satisfaz essas condições, e,

portanto escrita como a seguinte série infinita:


( ) ∑ (

) ( )

onde “ao/2” é o nível DC do sinal, e “an” e “bn" podem ser obtidos a partir de x(t),

previamente conhecido, através das seguintes relações:'

∫ ( ) (

)

( )

∫ ( ) (

) ( )

Os coeficientes “an” e “bn" são chamados genericamente de coeficientes de

Fourier (ou coeficientes espectrais) para a função x(t), e a equação (14) é a Série de

Fourier.

Considerando a fórmula de Euler e que a soma de uma senóide e uma cosenóide

de mesma freqüência pode ser escrita da seguinte maneira:

A cos(wt) + B sin(wt) = C sin(wt + )

(14)

onde

√ e = tan-1

(A/B)

(15)

Pode-se escrever a série de Fourier para sinais contínuos da seguinte forma:

( ) ∑ ( ) ( )

onde

∫ ( ) (

)

( )

Para sinais não-periódicos (período infinito), a série de Fourier se transforma na

Transformada de Fourier, definida como:


( ) ∫ ( ) ( ) ( )

A equação acima pode ser obtida a partir das anteriores, considerando que o

período do sinal tende a infinito. A Transformada de Fourier existe para as funções para

as quais a integral acima converge, o que em geral é verdade para os sinais provenientes

de vibrações (SPIEGEL, 1971).

Transformada discreta FFT

Os analisadores de Fourier modernos são baseados em microcomputadores

digitais, sendo necessário, portanto, para a análise de vibrações mecânicas, que os sinais

sejam convertidos de contínuos para discretos, através do processo de amostragem e

digitalização. Nesse caso, há a necessidade da Transformada de Fourier Discreta (FFT),

uma vez que os sinais foram convertidos. Assim, x(t) passa a ser uma função discreta no

tempo xk = x(k t) definida somente para um conjunto de N valores de (tk= k t, k=

1,N), igualmente espaçados no tempo de t. A série de Fourier transforma-se então na

seguinte série finita:

( ) ∑ (

)

k=1,N

(19)

De forma semelhante ao caso contínuo, pode-se definir a transformada discreta, a partir

da série, como:

( )

∑ ( )

A transformada de Fourier é, portanto uma transformação do domínio de análise

que possibilita uma visualização melhor das propriedades espectrais contidas no sinal de

vibração.

SENSOR DE ACELERAÇÃO GRAVITACIONAL


O sensor de aceleração gravitacional denominado acelerômetro usado no

protótipo é o circuito integrado MMA7361L ±1.5g, ±6g Three Axis Low-g

Micromachined Accelerometer da Freescale.

Segundo Rueda et al. (2005), sensores são dispositivos que mudam seu

comportamento sob a ação de uma grandeza física, podendo fornecer diretamente ou

indiretamente um sinal que indica esta grandeza.

O sensor MMA7361L figura 3 é um é um sensor capacitivo com processamento

de sinal onde qualquer inclinação nos eixos faz com que a capacitância do sensor se

altere, assim o conversor de capacitância para nível de tensão faz a conversão

simultânea, além disso, os sensores são de baixo consumo de energia e são

encapsulados no mesmo chip fechado hermeticamente.

Figura 3 Acelerômetro em SMD acoplado na placa com capacitores de filtro. Fonte:

(FREESCALE, 2008).

A célula gravitacional (G-Cell) é formada por materiais semicondutores

(polysilicon), fixados em um ponto central de massa que se move entre as paredes

internas do chip, a medição da distância entre esses materiais determina a aceleração da

gravidade (mV/g), como o centro se move com a aceleração, o valor de capacitância

também mudará, pois é dado pela equação 21 onde A é a área, ε é a constante dielétrica

e d é a distância.

d

AC

.

(21)

Para esse protótipo adotamos o sensor MMA 7361L experimentalmente, devido

a sua vasta aplicação, características adequadas para respostas às entradas e facilidade

de aquisição no mercado. A figura 4 apresenta o diagrama de blocos do MMA761L,

para melhor entendimento.


Figura 4 Diagrama de blocos do MMA7361L. Fonte: (FREESCALE, 2008).

MICROCONTROLADOR

Um Microcontrolador pode ser definido como: Um pequeno componente

eletrônico, dotado de uma “inteligência programável”, utilizado nos controles de

processos lógicos segundo (SOUZA, 1999). A base para o funcionamento e

processamento do protótipo é um microcontrolador da família PIC18F, de fabricação da

MICROCHIP, o modelo utilizado é o PIC18F4520, que possui 32 Kbytes para

programação interna 1536 bytes de memória RAM (Random Access Memory) de dados,

13 canais configuráveis A/D de 10 bits de resolução e retenção de dados na memória

flash que pode armazenar dados por até 40 anos.

Os Microcontroladores PIC18F possuem uma resolução de 10 bits para os canais

analógicos sendo assim é necessário utilizar alguns registradores para controle dos

PORT´s, nessa versão usamos o controle ADCON1 que é responsável por dizer quais

serão os pinos que irão ser canais analógicos. Para execução da conversão compara-se a

tensão de entrada do canal A/D com a tensão de referencia Vref+ & Vref-, considerando

que a Vref+ é igual a 1023 e Vref – é igual a 0.

O funcionamento do processo de conversão é baseado em um capacitor interno

do microcontrolador de 25 pF, quando a leitura é iniciada, o capacitor desconecta e a

tensão do capacitor mantém constante, esse capacitor mantém a tensão enquanto o

processo de conversão é feito, e caso haja ruídos na conversão, o mesmo não será lido

devido ao microcontrolador priorizar a tensão no capacitor.


O capacitor é ligado e durante o processo de conversão é desligado, o tempo

mínimo para carga dos 5 V é de 1.4 µs com impedância até 2500Ω, após conversão o

capacitor é desligado do circuito de entrada esse processo dura 100 ns o TAD (Tempo

de Aquisição de Dados) é um o tempo que determina a frequência de trabalho do

conversor A/D esse tempo depende da configuração dos registradores, após conversão o

capacitor é desligado, após o término do processo o capacitor é ligado na entrada

analógica. O registrador que configura o TAD é o ADCON2 que pode configurar para

0,7 µs e 25µs.

FONTES DE ALIMENTAÇÃO

Para alimentação do Microcontrolador PIC18F4520 e também do CI MAX232

são necessários tensão de 5 Volts DC.

O PIC18F consome cerca de 200 mA em seu consumo máximo, e o CI MAX232

consome cerca de 10 mA. Sendo assim como base para esse projeto optamos pelo uso

do CI LM7805 que é um regulador de voltagem de 3 pinos, para fornecer 5 V DC/1A

para alimentação do PIC e também do MAX 232.

Figura 5 Fonte com saída de 5 V DC. Fonte: (KEC SEMICONDUTOR, 2010).

Para o Acelerômetro utilizamos o CI LM317 que também é um regulador de

voltagem de 3 pinos, onde foi dimensionado por divisor de tensão de forma a fornecer

3.3 V DC que irá alimentar o Acelerômetro MMA7361 onde o consumo médio é da

ordem de 600 µA.

Com o uso do CI LM317 da National, podemos construir uma fonte regulável

entre 3 e 40 Volts com limites de até 3,4 A de corrente, através da equação da figura 6

podemos trabalhar com diversos valores saída de tensão. Para esse projeto utilizamos

um resistor de referencia de 480 Ω e como R2 um trimpot de 1,2K, ajustando a

resistência até chegar a +/- 780Ω tendo V out de 3,3 Volts.


Figura 6 Fonte regulável com uso do LM317. Fonte: (NATIONAL SEMICONDUTOR, 2004).

Na concepção das fontes internas consideramos as diversas flutuações que

podem acontecer na operação do circuito, sendo assim utilizamos para efeito de cálculo

o fator de ripple. Como a alimentação do microcontrolador deve estar entre 4,2 Volts e

5,5 Volts para uma frequência de trabalho de 40Hz, optamos por manter o ripple o

menor possível, esse filtro de rejeição de ripple possui efeitos até a faixa de 120 Hz.

Sendo assim pela equação 22:

Vm

Vdc

Cf

IdcppVrrmsVr

..3.43.2

).()(

(22)

Obtivemos para o circuito um valor menor que 0,5%, esse cálculo de ripple foi

aplicado para ambas as fontes.

COMUNICAÇÃO SERIAL

O CI MAX232 foi adotado para esse protótipo devido a sua versatilidade, baixo

custo e alta funcionalidade (TEXAS INSTRUMENTS, 1989).

Este CI é um conversor de tensão de nível TTL para RS232, ele é composto por

um circuito interno formado por capacitores que geram tensões de -15 a +15 Volts a

partir de uma fonte de 5 V DC, sua função é conectar o microcontrolador a porta serial

do PC através dos pinos de RX e TX.

Segundo a Texas Instruments (1989), comunicação serial é o tipo de

comunicação onde à mensagem é convertida em pacotes de bits e enviados por um

canal, um a um em sequencia, cada bit é a representação da parte de uma mensagem e

quando recebidos pelo receptor, são reordenados. O LSB (Less Significative Bit) é o


primeiro bit, o protocolo RS232. O controle do clock é feito pelo transmissor e receptor

por se tratar de um protocolo assíncrono. Quando existe controle por hardware o

protocolo usa os sinais de controle RTS (ready to send) e o CTS (clear to send) para

controle de fluxo. Para iniciar um envio o transmissor ativa o pino RTS e o receptor

prepara o pino CTS após receber a confirmação de que o CTS do transmissor esta ativo

estabelece a transmissão. Cada byte possui bits de start e stop, sendo o bit 1 start e o

último bit o de stop.

No caso desse protótipo utilizamos o principio de comunicação assíncrona com

controle por software, onde utilizamos a taxa de 9600 bps (Bits por segundo) no

Microcontrolador e também no receptor.

É enviado um bit de start, em seguida aguarda-se um tempo e envia-se o

conjunto de 8 bits e mais o bit de stop, com mesmo intervalo de tempo.

O receptor por sua vez percebe a borda de descida (de nível lógico 1 para nível

lógico 0) recebe os 8 bits e aguarda o bit de stop, como tem a velocidade de transmissão

conhecida, ele efetua a leitura.

Figura 7 Esquema de pinos do CI MAX232. Fonte: (Texas, 2002).

Na RS232 o nível lógico 1 representa uma tensão de -30 V e o nível lógico 0

representa uma tensão de +30 V, para o protocolo é considerado nível de transição as

tensões de -3 V e + 3 V ou seja o sinal será indefinido.

Ocorre a transição de sinal por bit, entretanto a taxa de transferência e a bit rate

são idênticas essas taxas são mensuradas por transição elétrica por segundo.

MATERIAIS E MÉTODOS


A pesquisa baseou-se inicialmente na exploração bibliográfica de conteúdos

relacionados à fundamentação sobre o fenômeno físico da vibração e para o

desenvolvimento das funcionalidades do sistema embarcado proposto, que deram

direcionamento inicial para a elaboração do projeto e consequentemente a constituição

do protótipo, realizando o levantamento de componentes básicos, tecnologia a ser

utilizada e funcionamento do sistema.

Esse sistema conta com um sensor de aceleração gravitacional, um

microcontrolador, uma fonte de alimentação, um sistema de comunicação serial e um

software para aquisição de dados no computador.

Figura 8 Diagrama de blocos do protótipo. Fonte: (Construído pelos autores.)

O projeto tem como base um sensor de aceleração gravitacional de 3 eixos, que

converte a aceleração da gravidade em capacitância e em seguida em nível de tensão,

que por sua vez é lido por um chip (microcontrolador). O dispositivo processa os sinais

referentes aos 3 eixos (X, Y, Z), faz a filtragem referentes a ruídos e os amplifica

dobrando os valores lidos, por meio de varredura em alta velocidade aproximadamente

100ms (milissegundos), convertendo em valores de 0 a 1023 que é equivalente a

resolução do canal analógico de 10 bits. Esses valores são enviados na ordem X, Y, Z

convertidos para base alfanumérica e enviados para o conversor serial chip MAX232

que faz a conversão do nível de tensão TTL (Transistor to Transistor Logic) para o

padrão serial RS232 que é enviado para o microcomputador onde temos o software de

leitura que promove a aquisição de dados escrito em linguagem C# que faz a exibição

de 3 gráficos de tensão x tempo referente aos eixos X, Y, Z.

Ao mesmo tempo em que o software faz a aquisição dos dados através do

protocolo serial RS232, ele armazena as leituras em um arquivo extensão -txt, que pode


ser aberto e tratado por softwares de modelagem de dados e estatística assim como o

Microsoft Excel.

O protótipo foi montado em placa perfurada para devidos testes e construção.

Após a elaboração e confecção do protótipo foram realizados diversos testes e

ajustes, com a finalidade de aumentar a precisão das medições e a eliminação de ruído

térmico.

Para verificação das funcionalidades deste protótipo foram feitas três leituras

comparativas e em seguida suas respectivas análises.

Nesta atual configuração o protótipo é capaz de realizar 20 leituras por segundo,

ou seja, onde se levar em consideração que são coletadas 3 leituras instantâneas X, Y, Z,

temos essa quantidade triplicada (30 leituras por segundo e 1800 leituras por minuto).

Primeiramente verificamos o ruído térmico presente no protótipo, para essa

medição deixamos o conjunto de testes (motor e mancal) completamente desligados e

notamos que o nível de ruído presente é irrelevante, para a faixa de frequência que

desejamos verificar, pois os gráficos exibidos na tela demonstram pouca oscilação, que

é basicamente influencia do ruído térmico proveniente do chaveamento interno dos

componentes e capacitâncias do circuito.

Figura 9 Ruído térmico gerado pelo sistema. Fonte: Fonte: (Autores.)


Em seguida fizemos a leitura de dois mancais em diferentes estados de

conservação, sendo um novo e o outro já com metade da sua vida útil, onde visualmente

não é possível perceber seu real estado de operação.

As leituras realizadas foram trabalhadas no software Microsoft Excel que

recebeu a análise estatística e, onde foi possível fazer as devidas análises de cada

mancal analisado.

FASE 1 – CONSTRUÇÃO E PROJETO DO PROTÓTIPO

Circuito eletrônico Projetado

A figura 10 apresenta o diagrama eletrônico projetado para o protótipo da

pesquisa e a figura 11 exibe o protótipo construído em placa padrão perfurada:

Figura 10 Circuito eletrônico projetado com hardware do protótipo para testes de validação da

pesquisa. Fonte: (Construída pelos autores.)


Figura 11 Foto do protótipo montado em placa perfurada. Fonte: (Construída pelos autores.)

Programação Do Firmware Do Microcontrolador

Na criação do firmware do microcontrolador, utilizamos a ferramenta MicroC

Pro for PIC, baseando se na linguagem de programação em C para Microcontroladores.

Como as leituras executadas pelo acelerômetro são sinais analógicos de nível de

tensão em relação ao tempo, optamos por usar o PIC18F4520 que possui internamente

recursos de conversão A/D e uma resolução de até 10 bits para conversão,

possibilitando uma resposta mais precisa em relação à leitura realizada. A figura 12

demonstra em forma de fluxograma todo funcionamento do firmware do

Microcontrolador.


Neste Firmware utilizamos para o ADCON1 as seguintes características:

Seleção de “Clock” do conversor: divisão da frequência externa por 4;

Formato do resultado: justificado a direita;

TAD (Tempo de aquisição): 6 TAD;

Canal utilizado: canal AN0, AN1, AN2.

Interrupção da conversão A/D: desligada;

Tensão de referência: interna baseada nos valores de Vdd e Vss

Em seguida usamos a função “Adc_read(canal)” para salvar os valores de

conversão AD de cada canal, como a resolução é de 10 bits devemos utilizar uma

variável do tipo inteiro “int” para armazenar o valor do canal A/D.

Quando o acelerômetro está no ponto de “0” gravidade, ou seja, quando está

posicionado em algum dos ângulos em relação a gravidade, ele apresenta diferentes

níveis de tensão. Como o acelerômetro pode detectar acelerações nos 3 eixo diferentes

(x, y, z), isso determina os níveis de tensão para cada ângulo de inclinação é necessário

possuir uma referencia para o ponto de zero aceleração, sendo assim no software

supervisório tratamos todas as variáveis.

Figura 12 Fluxograma de funcionamento do firmware. Fonte: Fonte: (Autores.)


Utilizamos o a sensibilidade de 200 mV/g do sensor MMA7361L, que é

configurada via firmware deixando o pino em “0” que está ligado ao PORTC.RC5 do

PIC18F, a função Sleep do sensor também foi desativada colocando o pino 7 em nível

“1”, através do PORTD.RD5 do PIC18F.

Para monitoramento do programa utilizamos um LED (Light Emissor Diode)

que está ligado diretamente ao pino PORTB.RB4, durante a execução do programa esse

pino é colocado em nível “1”.

Com a aquisição dos dados em cada canal A/D, as leituras são armazenadas em

variáveis auxiliares do tipo “unsigned int” Inteiro.

Os dados são enviados transportados para as variáveis X, Y, Z e em seguida o

programa faz a chamada da função “void EnviaDados” e envia cada variável, que em

seguida são armazenadas na matriz do tipo “unsigned char” que por último são enviadas

para a função UART.

Os pinos RC7 e RC6 são os pinos de RX, TX que comunicam se diretamente

com o CI MAX232 estabelecendo a comunicação serial e conversão, respectivamente,

no caso utilizou-se uma taxa de transferência de “baud rate” de 9600 bps com o uso da

função “UART1_init” do compilador.

FASE 2 PROGRAMAÇÃO DO SOFTWARE SUPERVISÓRIO PARA

WORKSTATION

Programação do software visual

Na fase 2 testou-se o funcionamento do software através de um recurso do

compilador MicroC Pro For PIC, que se chama “UART Terminal”, esse recurso

permitiu estabelecer uma comunicação pela porta serial através de uma porta COM.


Figura 13 Recurso do MicroC Pro for PIC UART Terminal. Fonte: Fonte: (Autores.)

Na figura 13, pode-se observar os dados recebidos pelo UART Terminal através

da porta serial do PC, na sequencia [x, y, z], demonstrando assim o funcionamento do

protótipo, que ao modificar sua inclinação, altera cada valor das variáveis de acordo

com os níveis de tensão convertidos de A/D.

Desenvolvimento do Software Supervisório em C#

Com o objetivo maior de garantir amplas funcionalidades para o projeto e

melhor interface visual, fomos auxiliados pelo Sr. Leandro Tubini Bezerra, graduado

em Sistemas de Informação do Centro Universitário Padre Anchieta de Jundiaí, que

colaborou nesta pesquisa com o suporte e desenvolvimento do software de supervisão e

coleta de dados, com o uso da ferramenta Visual C# Sharp.

Detalhes de funcionamento

Nessa seção são apresentados alguns diagramas UML 2.0, que descrevem as

características, requisitos e funcionamento do “software” para monitoramento de

vibrações chamado de SMV (Software de Monitoramento de Vibrações). Os diagramas

UML utilizados são: diagrama de casos de uso, diagrama de sequência.

Na figura 14, pode ser visto o diagrama de caso de uso do protótipo de sistema de

monitoramento de vibrações de através de acelerômetro.


Figura 14 Diagramas Use case de funcionamento. Fonte: Fonte: (Autores.)

Onde se seguem as seguintes etapas:

Usuário configura monitor de vibrações (Porta COM & baud Rate);

Usuário iniciar capturas do modulo de vibração

Recebe os dados do Monitor de Vibrações e armazena em um buffer

Decodificação lê os dados recebidos e envia dados para gerar gráfico e gravar no

arquivo de log.

Recebe o dado e desenha o ponto no gráfico.

Verifica se já possui o arquivo de log senão cria o arquivo.

Grava as informações no log.

Após o start de captura o sistema abre a porta de comunicação serial já configurada

pelo Usuário e começa a realizar a captura de dados armazenando em um buffer. A

decodificação lê os dados do buffer, decodifica e tratando os dados, deixando os dados

no formato EixoValor como por exemplo (“XFFF”,”Y000”,”Z1F1”), o valor é sempre

capturado em hexadecimal, para criação do gráfico e geração do log, os dados são

convertidos valores para inteiros.

Na geração de log é criado um arquivo com no nome do formato “data_hora.txt” no

caminho “c:\log” com o formato texto, o formato do arquivo é (Valor X, Valor Y, Valor

Z, Tempo, Data, Hora), onde os valores XYZ são os valores dos ângulos capturados do

monitor de vibrações, Tempo representa o numero da captura recebida, e a data e hora

do recebimento da informação, a tabulação é feita pelo caractere “,”.

A figura 15 demonstra os recursos visuais do software de monitoramento em tempo

real, que apresenta as variações em relação ao tempo dos eixos X, Y, Z em tempo real.


Figura 15 Tela do sistema de monitoramento de vibrações e três eixos. Fonte: Fonte: (Autores.)

A figura 16 demonstra os registros do software de monitoramento em arquivo de “log”.

Figura 16 Conteúdo de um arquivo com Log da captura. Fonte: Fonte: (Autores.)

A figura 17 demonstra a tela da modelagem dos dados extraídos do software de

monitoramento, que são tratados pelo Microsoft Excel, importados dos arquivos de

“log”, podendo assim ser analisados através de análises estatísticas e gráficas,


possibilitando assim a geração de relatórios completos comparativos para determinar

futuras ações ou simplesmente o monitoramento.

Figura 17 Extração dos arquivos em Excel. Fonte: Fonte: (Autores.)

TESTES E VALIDAÇÃO

Os resultados para validação foram obtidos através de ensaios com a montagem

de uma bancada de teste utilizando um motor elétrico marca Kolbach de 500W de 4

pólos acionando uma polia de diâmetro igual a do motor, portanto, girando a uma

velocidade de 1700 rpm. O motor foi alimentado em 220VCA monofásico, acionando

dois mancais tipo P 203(H) com rolamentos UC 203. Executou-se também uma

medição com um medidor de vibrações de uso industriais para um comparativo, da

marca Megadras modelo VIB 1400.

Na figura 18 se observa a bancada de testes com os medidores instalados

durantes os ensaios aplicados (Protótipo construído pelos autores e também o medidor

industrial).

Com o motor desligado, sobre uma base de mármore nivelada e em temperatura

ambiente de 25 (ºC), executamos a leitura do protótipo com a finalidade de ajustar o set

point, descartando o ruído térmico presente no circuito.


Figura 18 Bancada de testes. Fonte: Fonte: (Autores.)

A figura 19 mostra o gráfico de set point do protótipo, demostrando a presença

de ruído em cada um dos eixos, depois de descartado (filtrado) o ruído via set point

seguimos com a análise e, as coleta de dados foram feitas conforme apontado na tabela

1.

Tabela 1 Itens Mensurados e tempos.

Dado Mensurado Temperatura

Ambiente (Cº)

Tempo

Amostragem (s)

Set Point 25 28

Mancal bom 25 60

Mancal Danificado 25 60

Figura 19 Set point do sensor. Fonte: Fonte: (Autores.)

0

1000

2000

3000

1

16

31

46

61

76

91

10

6

12

1

13

6

15

1

16

6

18

1

19

6

21

1

22

6

24

1

25

6

27

1

28

6

30

1

31

6

33

1

34

6

36

1

37

6

39

1

40

6

42

1

valo

res

em m

ilivo

lt (

mV

)

valores em milisegundos (ms)

Set Point do Sensor

Valor X Valor Y Valor Z


Após serem coletados os dados do mancal bom, repetiu-se o procedimento de

coleta de dados do mancal com rolamento danificado, mantendo as mesmas regulagens

de tensão da correia e demais condições do ambiente.

A seguir, nas figuras 20, 21 e 22, temos os dados das análises efetuadas nos

testes de bancada.

Figura 20 Gráfico comparativo Eixo X. Fonte: Fonte: (Autores.)

Figura 21 Gráfico comparativo eixo Y: Fonte: Fonte: (Autores.)

Figura 22 Gráfico comparativo eixo Z: Fonte: Fonte: (Autores.)

0

1000

2000

3000

1

26

51

76

10

1

12

6

15

1

17

6

20

1

22

6

25

1

27

6

30

1

32

6

35

1

37

6

40

1

42

6

45

1

47

6

50

1

52

6

55

1

57

6

60

1

62

6

65

1

67

6

70

1

72

6

valo

res

em m

ilivo

lsts

(m

V)


Gráfico comparativo Eixo X

Mancal Novo Valor X Mancal danificado Valor X

0

1000

2000

3000

1

26

51

76

10

1

12

6

15

1

17

6

20

1

22

6

25

1

27

6

30

1

32

6

35

1

37

6

40

1

42

6

45

1

47

6

50

1

52

6

55

1

57

6

60

1

62

6

65

1

67

6

70

1

72

6

valo

res

em m

ilivo

lsts

(m

V)


Gráfico comparativo Eixo Y

Mancal Novo Valor Y Mancal danificado Valor Y

0

1000

2000

3000

1

26

51

76

10

1

12

6

15

1

17

6

20

1

22

6

25

1

27

6

30

1

32

6

35

1

37

6

40

1

42

6

45

1

47

6

50

1

52

6

55

1

57

6

60

1

62

6

65

1

67

6

70

1

72

6

valo

res

em m

ilivo

lts

(mV

)


Gráfico comparativo Eixo Z

Mancal Novo Valor Z Mancal danificado Valor Z


Após terem sido efetuadas medições nos eixos vertical, horizontal e axial,

utilizamos como ferramenta de modelagem de dados o programa Microsoft EXCEL®

criando um módulo de análise de dados com o uso de estatística descritiva, onde, foi

calculada a média quadrática (RMS) (Figura 23), o fator de crista (Figura 24), e

construíram-se os gráficos de desvio padrão (Figura 25) e Curtose (Figura 26) em

gráficos para melhor visualização.

Figura 23 Gráfico da média RMS dos mancais. Fonte: Fonte: (Autores.)

Figura 24 Fator de crista dos mancais. Fonte: Fonte: (Autores.)

Notoriamente o mancal danificado teve uma elevação do valor RMS, que

permite estimar o conteúdo de energia do sinal vibratório, ele é usado para estimar a

663,48 757,34

708,08 750,51

895,75 898,77

mancal novo mancal danificado

Média RMS

eixo x eixo y eixo z

1,585579068 1,737646157

1,327522496 1,758793667

1,471385528 1,484564052


fator de crista

eixo x eixo y eixo z


severidade de vibração proveniente da estrutura de uma máquina ou de fatores externos,

sendo mais usado que a média (MITCHELL, 1993).

Além da evolução deste dado estatístico a medição de temperatura efetuada pela

termografia permitiu destacar a anomalia nos rolamentos dos mancais indicadas pela

diferença de temperatura.

Abaixo, na Figura 25, vemos o gráfico de desvio padrão entre os mancais e na

Figura 26 o gráfico do valor de Curtose obtido.

Figura 25 Desvio padrão dos mancais. Fonte: Fonte: (Autores.)

Figura 26 Valor de Curtose entre mancais. Fonte: Fonte: (Autores.)

Na prática pode se observar que o valor de Curtose tende a diminuir quando

existe uma deterioração do mancal analisado.

0

100

200

300

400

Mancal Novo Mancal danificado

Desvio padrão

-0,420352982 Eixo X -0,420352982 Eixo Y

-0,420352982 Eixo Z

0,234124

-0,6292


Valor de Curtose

Série1


Construiu-se um gráfico do comparativo (figura 27) que foi feito entre nosso

protótipo e o medidor industrial que mostra que as diferenças obtidas das medições.

Para a geração deste gráfico utilizamos na construção do firmware um fator de

escala para atribuir um valor que condiz com a norma ISO 2372-1974(10816) e,

utilizamos um fator escala de 1:20 corrigido matematicamente no Excel para os valores

obtidos pelo protótipo para termos uma comparação com o medidor industrial em

questão, também convertendo de G para mm/s.

Abaixo na Figura 27 temos o gráfico comparativo dos medidores, valor global

RMS.

Figura 27 Gráfico comparativo entre os medidores de vibrações. Fonte: Fonte: (Autores.)

Vale ressaltar que os limites admissíveis nesta norma são apenas recomendações

iniciais de alarme, ela não define o modo normal de vibrar de um equipamento

específico. As limitações de vibração variam de equipamento para equipamento,

devendo ser tomada com base em seu histórico de análise.

RESULTADOS E CONCLUSÕES

O grande desafio da análise de vibração em mancais de rolamento de máquinas

rotativas industriais está em saber o que procurar e, o diagnóstico correto, está

relacionado à capacidade de medir e correlacionar os resultados com mecanismos de

falha conhecidos. Nesta pesquisa foi feita uma revisão dos desenvolvimentos ocorridos

nas últimas décadas, sobre diagnósticos de defeitos em rolamentos através da análise de

vibrações.

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50

mancal bom(mm/s)

mancal ruim(mm/s)

mancal bom(mm/s) mancal ruim(mm/s)

industrial 1,10 2,73

protótipo 1,41 2,95

Comparativo Medidor Industrial x Protótipo


A vibração dos mancais de rolamento foi investigada olhando-se para a ciência

fundamental, incluindo a resposta dinâmica do mancal aos danos, efeitos do percurso de

transmissão, ruído externo e vibração, medição da vibração e outros. Tem-se percebido

que estes fatores desempenham o papel mais significativo na detecção, diagnóstico e

prognóstico de danos em mancais.

Foram também discutidos alguns parâmetros estatísticos em domínio de tempo.

Uma imensa quantidade de informações pode ser colhida a partir da vibração medida

externa às máquinas rotativas.

Nosso intuito de analisar nesta pesquisa foi o de demonstrar que, através de um

custo relativamente baixo a partir da montagem de um circuito com acelerômetro e

microcontrolador, é possível o desenvolvimento de um aparelho que possa auxiliar a

manutenção preditiva de diversas máquinas, permitindo a aplicação de equipamentos de

menor precisão, porém de menor custo e, quando da detecção da possível falha, a

equipe de manutenção da empresa poderá lançar mão da instalação de um equipamento

comercial mais preciso para a melhor avaliação do problema.

Este procedimento permite que a empresa monitore um número muito maior de

equipamentos de suas linhas de produção sem grandes investimentos, utilizando um

único equipamento profissional de maior custo para a tomada de decisão final sobre os

procedimentos de manutenção corretiva ou preditiva a serem realizados.

A técnica empregada (domínio do tempo) mostrou-se bastante eficiente na detecção

de falhas incipientes por meio do protótipo, mesmo quando o sinal encontra-se

contaminado com ruído.

Para alguns casos onde as frequências a serem lidas sejam mais altas, existe uma

limitação, no caso a quantidade de amostras, o que pode ser um fator que impede a

leitura de forma mais precisa, de acordo com a frequência fundamental, que no caso de

motores elétricos são em torno de 1 kHz. No nosso caso na verdade estaremos coletando

menos de 1% desta frequência (10 Hz), podendo nos levar a uma limitação para

interpretações mais detalhadas, devido a limitações de hardware.

É importante lembrar que quanto maior for o tempo de leitura e aquisição de

dados maior será a precisão do relatório.

Conclui-se ainda que o protótipo desenvolvido possa ser melhorado através de

filtros demoduladores, análises mais profundas em relação a diversas ferramentas


matemáticas aplicadas a técnicas de domínio de frequência e tempo, e mesmo em

diversos aspectos relacionados a software e hardware, mas temos a convicção que

chegamos ao que foi proposto desde o início.

Comparando as medições realizadas com o protótipo proposto, entre o mancal bom

x mancal ruim, observamos uma diferença graficamente visível, nas devidas respostas

em relação ao tempo. Após os devidos tratamentos matemáticos na mineração de dados

no Microsoft Excell ®, foi possível ampliar as informações para chegarmos à conclusão

do funcionamento deste protótipo.

O uso da ferramenta industrial de precisão teve somente o objetivo de comparar se

de fato havia uma discrepância entre os valores coletados pelo protótipo, confirmando

assim o funcionamento do mesmo.

Vale lembrar que a análise de vibrações é uma área de conhecimento onde são

levadas várias variáveis para se chegar a uma conclusão, assim neste protótipo nos

limitamos somente buscar um meio mais acessível, para facilitar o acesso à ferramentas

de manutenção preditiva, que pode trazer inúmeros benefícios a industria e ao meio

ambiente, consequentemente.

Desta forma, conclui-se finalmente que o protótipo desenvolvido apresenta uma

solução interessante, que permite à empresa ter acesso a um monitoramento de várias

máquinas simultaneamente, ou que os team leaders possam ter acesso a qualquer

momento deste dispositivo para avaliação inicial sobre as condições de funcionamento

das máquinas sob sua responsabilidade e de seus subordinados, e o uso do equipamento

profissional, mais sensível e de maior custo fica reservado para avaliações mais

específicas e a disputa pelo seu uso pode cair de maneira substancial.

Agradecimentos

Os autores agradecem ao Centro Universitário Padre Anchieta, ao Sr. Leandro

Tubini Bezerra pelas contribuições em programação em C#, ao Prof. Esp. Fernando

Simplício pelo material de apoio em microcontroladores PIC. E a todos aqueles que

divulgam o conhecimento, contribuindo de certa forma para a sociedade e para a

preservação do meio ambiente.



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USO DE ANÁLISE DE IMAGENS PARA QUANTIFICAÇÃO DE

COMPOSTOS

Vanderlei Inácio de Paula


[email protected]

Denis Rafael de Souza Lima


[email protected]

RESUMO

O uso de análise de imagens é uma alternativa de análise química que permite a

consolidação de conceitos de espectroscopia, apresentando baixo custo e boa

reprodutibilidade. O estudo de análise de imagem foi realizado com os corantes

vermelho bordeaux (amaranto 95% e azul brilhante 5%), eritrosina, violeta cristal e

vermelho congo através de imagens obtidas por uma câmera de um aparelho celular

modelo Samsung Galaxy Fit e comparada com espectrofotômetro comercial Smart

Spectro. Os resultados para R2 indicam que o método de análise de imagens reproduz o

comportamento linear esperado pela teoria.

Palavras-chave: Análise de imagens, química analítica, sistema de cor RGB, corantes.

ABSTRACT

The use of image analysis is an alternative chemical analysis that allows

consolidation of concepts of spectroscopy, with low cost and good reproducibility. The

study of analysis of images was performed with the dyes bordeaux red (amaranth 95%

and bright blue 5%), erythrosine, crystal violet and congo red by image obtained

through a camera of a mobile device model Samsung Galaxy Fit and compared with a

commercial spectrophotometer Smart Spectro. The results for R2 indicate that the

method of image analysis reproduces the linear behavior expected by the theory.

Keywords: Image analysis, analytical chemistry, RGB color system, dyes.




INTRODUÇÃO

A análise química é de suma importância para o desenvolvimento da área

química, pois permite identificar e quantificar compostos químicos presentes em

amostras. As técnicas instrumentais de análise comumente apresentam maior

reprodutibilidade e rapidez dentre os métodos de análise. As medidas que empregam

como fonte de estímulo a radiação eletromagnética (luz) são as mais empregadas e os

equipamentos são denominados de espectrofotômetros. A maneira mais corriqueira de

determinar a quantidade de uma substância é através do uso de métodos

espectroscópicos que são classificados de acordo com a região do espectro

eletromagnético envolvida na medida, que pode ser luz visível, ultravioleta, ondas de

rádio (micro-ondas, ressonância magnética nuclear), radiação infravermelha, raios X

(fluorescência de raios X), raios gama, entre outros (CHAGAS, 1997).

As interações entre radiação e matéria são estudadas pela espectroscopia que

emprega a teoria de Beer-Lambert, habitualmente conhecida como Lei de Beer, que

permite calcular a concentração de uma amostra desconhecida através da construção de

curvas de calibração com padrões de concentração conhecidos. A equação da Lei de

Beer está representado na expressão (1), onde ε é a absortividade molar, b é o caminho

óptico do meio absorvente e c a concentração da espécie absorvente. (SKOOG, 2006).

(1)

Na quantificação de compostos que possuem cor (cromóforos), como corantes,

por exemplo, a técnica mais empregada é a espectrometria nas regiões do visível (VIS),

que consiste na incidência de um feixe de luz de intensidade conhecida através de uma

amostra e a medição da intensidade de luz resultante, o que possibilita o cálculo da

transmitância (T) da mesma, de acordo com a equação (2). Sendo I a intensidade

luminosa transmitida pela solução e I0 a intensidade incidente do feixe, temos:

T = I / I0 (2)

A absorbância (A) de uma solução está relacionada com a transmitância de

forma logarítmica, como mostrado na equação (3).

(3)

Os valores de absorbância obtidos para cada concentração de uma amostra

padrão permite a construção da curva de calibração. Posteriormente, é possível realizar


medidas de uma amostra desconhecida e realizar a correlação com a concentração da

espécie em estudo.

Os espectrofotômetros são equipamentos simples, contudo a maior parte das

instituições de ensino não possui um acesso adequado a semelhante equipamento. Há

vários trabalhos na literatura que apresentam projetos de confecção de

espectrofotômetros de baixo custo (SARTORI, 2009). A quantificação de compostos

coloridos pode ser realizada através de análise de imagens, pois uma imagem é um

resultado de um estimulo luminoso que está associada aos comprimentos de onda

refletidos no sensor de um dispositivo eletrônico, tal como câmeras digitais, câmera de

celular, tablets, scanner (GODINHO, 2008) e outros equipamentos que registrem a luz.

O uso da análise de imagens ainda é pouco difundida para quantificação de

compostos químicos, porém nos últimos anos vêm ganhando novos estudos e

aplicações, como na análise de complexos amido-iodo (MATHEWS, 2004),

determinação de ácido ascórbico (GOMES, 2008), detecção de fraudes em café

(CUNHA, 2000), classificação de bebidas como cervejas e refrigerantes (SILVA, 2006;

GODINHO, 2008) e no ensino de química (KEHOE, 2013).

Este artigo relata o estudo de análise de amostras de corantes a partir de fotos

obtidas com uma câmera de celular (Samsung Galaxy Fit), onde a medição dos valores

foi realizada por separação das matrizes dos canais RGB (red, green e blue) da imagem

com o software ImageJ, seguido da construção de curvas de calibração através de

regressão linear e comparação com resultados obtidos em espectrofotômetro de bancada

na região do visível.

A escolha de corantes como material de análise neste trabalho se deve ao fato

desses aditivos de cor serem amplamente aplicados em vários setores industriais tais

como: tintas, cosméticos, têxtil, alimentício, plásticos e outros. Entretanto, estima-se

que entre 12 a 20% dos corantes utilizados nos processos químicos são perdidos e

consequentemente geram efluentes que possuem como característica uma intensa

coloração a qual, em ambientes aquáticos, pode causar interferência nos processos de

fotossíntese. Dependendo do corante, em concentração de 1 ppm (mg/L) já é perceptível

a coloração em corpos d’água (GUARATINI, 2000).



O estudo realizado consistiu na análise de amostras dos corantes Vermelho

Bordeaux, Eritrosina, Vermelho Congo e Violeta Cristal por análise de imagens e,

comparativamente, por espectrofotômetro comercial de bancada na região do visível

modelo Smart Spectro (Marca LaMotte).

As soluções foram preparadas utilizando balança analítica para pesagem,

vidrarias volumétricas e água deionizada. A partir de uma solução de corante de

concentração 1 ppm foram realizadas diluições (0,8; 0,6; 0,4 e 0,2 ppm) para construção

das curvas de calibração. Após o preparo, uma alíquota de 3,5 mL de cada solução-

padrão foi acondicionada em cubeta plástica, com caminho ótico de 1 cm, utilizando

pipeta automática modelo WCS-1000 (Digipet).

As imagens digitais (fotos) das amostras foram obtidas com uma câmera de

celular (modelo Samsung Galaxy Fit), em frente a uma tela LCD de notebook exibindo

fundo branco uniforme, com as soluções padrão, branco e amostras “desconhecidas”

numa mesma imagem, a uma distância de 50 cm da câmera, conforme orientações de

Kehoe & Penn (2013), como ilustrado na Figura 2. A Figura 3 mostra um exemplo de

imagem obtida para análise, contendo todas as soluções padrão, branco e amostras.

Figura 2: Representação de obtenção das imagens. Fonte: KEHOE & PENN, 2013.

Figura 3: Exemplo de imagem utilizada na análise de concentração do corante

Vermelho Bordeaux, obtida com câmera de celular.


Para análise das imagens foi utilizado o programa ImageJ (v.1.47)1 de código

aberto desenvolvido por Wayne Rasband, do U. S. National Institute of Health (NIH),

em plataforma Java. O programa possui diversas ferramentas de processamento e

análise de imagens, como ajuste de brilho e contraste, segmentação e análise, medição

de distâncias e ângulos, entre outras (RASBAND, 2014). As imagens obtidas via

câmera fotográfica do aparelho celular foram carregadas no programa mencionado,

sendo selecionado um retângulo de dimensões 0,9 cm por 2,0 cm no meio da altura de

cada cubeta e em seguida aplicado o comando “Analyze – Histogram”, para obter os

valores médios dos canais RGB (red, green e blue) das áreas. A Figura 4 apresenta

exemplos de histogramas obtidos com este comando.

Figura 4: Histogramas dos canais RGB de imagem obtidos com o programa ImageJ

1 Disponível para download em: http://imagej.nih.gov/ij/download.html

http://imagej.nih.gov/ij/download.html


A absorbância (A), que é definida como o logaritmo negativo da transmitância

(I/I0) pode ser calculada a partir da fórmula (4):

A = - log(In / Ibranco) (4)

Onde In é o valor médio do canal R, G ou B da amostra e Ibranco é o valor de R, G ou B

do branco, todos obtidos da mesma imagem.

Com estes dados, foi possível calcular os valores de absorbância de cada

amostra, plotar a curva de calibração com auxílio do software Microsoft Excel e

verificar sua linearidade.

Comparativamente, as amostras foram analisadas em um espectrofotômetro UV-

Visível modelo Smart Spectro (LaMotte), nos comprimentos de onda correspondentes a

maior absorbância, determinado experimentalmente para cada corante (λmáx) na faixa de

350 a 710 nm. Foram encontrados valores de absorbância máxima para Vermelho

Bordeaux (λmáx = 520 nm), Eritrosina (λmáx = 525 nm), Vermelho Congo (λmáx = 510

nm) e Violeta Cristal (λmáx = 583 nm). As figuras 5, 6, 7 e 8 apresentam os espectros

UV-VIS dos respectivos corantes obtidos experimentalmente.

Figura 5: Espectro UV-VIS do corante Vermelho Bordeaux

Segundo Silva (2008), o vermelho bordeaux é composto por uma mistura dos

corantes amaranto (95%) e azul brilhante FCF (5%). É muito utilizado na indústria

alimentícia (cereais, balas, laticínios, geleias, gelados, recheios, xaropes e preparados

líquidos). No espectro da figura 5 observa-se a banda característica do amaranto

(λ = 520 nm).

0

0,1

0,2

0,3

0,4

350 400 450 500 550 600 650 700

Ab

sorb

ânci

a

Comprimento de Onda (nm)

Vermelho Bordeaux λmáx. = 520 nm


Figura 6: Espectro UV-VIS do corante Eritrosina

O corante eritrosina é usado principalmente para alimentos (pós, laticínios,

refrescos, geleias) e tintas de impressão. Apresentou banda de absorção característica

(λ = 525 nm), condizente com valores da literatura (PRADO & GODOY, 2003).

Figura 7: Espectro UV-Vis do corante Vermelho Congo

Vermelho Congo é usado principalmente em bioquímica e histologia, para

coloração biológica microscópica e formulação de meios de cultura. Apresentou banda

de absorção característica (λ = 510 nm).

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

350 400 450 500 550 600 650 700

Ab

sorb

ânci

a


Eritrosina λmáx. = 525 nm

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

350 400 450 500 550 600 650 700

Ab

sorb

ânci

a


Vermelho Congo

λmáx. = 510 nm


Figura 8: Espectro UV-VIS do corante Violeta Cristal

O violeta cristal (ou violeta de metila) tem larga aplicação no tingimento têxtil,

tintas de impressão e em medicina, nos testes de coloração de Gram para classificar

bactérias. Apresentou banda de absorção característica (λ = 583 nm).

Os corantes estudados apresentam estruturas químicas conhecidas pelos grupos

orgânicos, o grupo monoazo está presente em Amaranto e Vermelho Congo, o grupo

xanteno é presente na Eritrosina e o grupo cromóforo do trifenilmetano constitui os

corantes Azul Brilhante e Violeta Cristal. As estruturas estão representadas na figura 9.

Os dados de absorbância obtidos permitiram a construção das curvas de

calibração e a realização de um comparativo com o método de análise por imagens.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

350 400 450 500 550 600 650 700

Ab

sorb

ânci

a


Violeta Cristal

λmáx. = 583 nm


Figura 9: Estrutura química dos corantes avaliados: Vermelho Bordeaux (composição

de 95% Amaranto e 5% Azul Brilhante), Eritrosina, Violeta Cristal e Vermelho Congo.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os valores de absorbância quantificados por análise de imagens foram tratados

com o software ImageJ, plotados na forma de curvas de calibração (regressão linear) e

comparados aos valores obtidos em espectrofotômetro comercial na região do visível.

Todas as curvas obtidas por análise de imagens apresentaram coeficiente de correlação

(R²) acima de 0,98. O canal RGB utilizado para construção das curvas para análise de


imagens foi o Green, pois apresentou melhores resultados devido ao fato de ser a cor

complementar mais próxima à dos corantes estudados.

A metodologia de análise de imagem teve sua performance comparada frente a

um espectrofotômetro modelo Smart Spectro (Marca LaMotte) utilizando cubeta de

1 cm de caminho óptico. Tanto o espectrofotômetro quanto o estudo de análise de

imagens apresentaram resposta linear na faixa da concentração estudada (0 a 1 ppm),

conforme pode ser verificado através das figuras 10, 11, 12 e 13. A curva de calibração

para o Vermelho Bordeaux realizado via espectrofotômetro apresentou uma equação de

reta f(x) = 0,4264x – 0,0137 com coeficiente de correlação igual a 0,9965 enquanto a

mesma curva de calibração via análise de imagens apresentou a equação de reta f(x) =

0,1381x – 0,0061 com coeficiente de correlação igual a 0,9863. A determinação da

absorbância por espectrofotometria de absorção molecular (espectrofotômetro)

apresentou coeficiente angular superiores aos obtidos por análise de imagens, na ordem

de 3 vezes, o que reflete um comportamento esperado considerando a

monocromaticidade do feixe de radiação estudado.

As equações de reta e coeficiente de correlação das curvas de calibração dos

corantes Vermelho Bourdeaux, Eritrosina, Vermelho Congo e Violeta cristal estão

apresentados na tabela 1.

As vantagens do uso da análise de imagens em soluções coloridas estão

associadas à possibilidade de ampliar o universo de compreensão do funcionamento

intrínseco de uma análise e do equipamento de espectrofotometria. Porém, a obtenção

da imagem a ser analisada deve conter todas as amostras a serem avaliadas a fim de

minimizar as variáveis ambientais que podem interferir na composição da imagem, tais

como brilho, iluminação e sombra.


Vermelho Bordeaux

Figura 10: Gráficos de absorbância versus concentração para a amostra de corante

Vermelho Bordeaux utilizando espectrofotômetro (esquerda) e análise de imagens

(direita).

Eritrosina


Eritrosina utilizando espectrofotômetro (esquerda) e análise de imagens (direita).

Vermelho Congo


Vermelho Congo utilizando espectrofotômetro (esquerda) e análise de imagens (direita).


Violeta Cristal


Violeta Cristal utilizando espectrofotômetro (esquerda) e análise de imagens (direita).

Tabela 1: Equações das curvas de calibração e coeficientes de correlação (r).

Corante Equação de reta Coeficiente de correlação

Vermelho

Boudeaux

E f(x) = 0,4264x - 0,0137 0,9965

AI f(x) = 0,1381x - 0,0061 0,9863

Eritrosina

E f(x) = 0,9692x - 0,0064 0,9998

AI f(x) = 0,0968x - 0,0057 0,9808

Vermelho congo

E f(x) = 0,4111x - 0,0115 0,9929

AI f(x) = 0,0927x - 0,004 0,9871

Violeta Cristal

E f(x) = 1,650x - 0,0137 0,9999

AI f(x) = 0,4814x - 0,0029 0,9974

* Intervalo das medidas 0 a 1 ppm (mg/L). E = espectrofotômetro comercial Smart

Spectro. AI = análise de imagens.


CONCLUSÃO

Os resultados obtidos mostram que o método de análise de imagens pode ser

considerado uma alternativa plausível para a realização de análises colorimétricas, pelo

baixo custo envolvido, rapidez, confiabilidade e facilidade de execução.

Através da comparação com o método espectrofotométrico verificou-se que a

análise de imagens pode ser aplicada para quantificação analítica. Além disso, também

permite a execução de diversas análises simultaneamente, desde que todas as amostras

componham a mesma imagem que as soluções padrão.

Pode ser largamente aplicado em análises ambientais e de campo, na

quantificação de espécies presentes em água e efluentes, em métodos baseados em

reações químicas desde que seja possível a formação de cor pelos reativos em análise,

tais como: determinação de cloretos, fósforo, níquel, cromo, nitrato e demanda química

de oxigênio.

Esse experimento pode ser adotado em diversos cursos de análise química

instrumental e possibilita uma discussão mais ampla sobre espectrofotometria de

absorção molecular, considerando-se a fonte de radiação e tratamento de dados

estatísticos.


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INFLUÊNCIA DOS TRATAMENTOS SUPERFICIAIS NA ADESÃO

DE POLIPROPILENO, UTILIZANDO ADESIVO BASE

POLIURETANO.

Fernando Beltrame Costa


Ms. Hipólito Alberto da Silva Gomes


[email protected]

Dr. Ailton Cavalli


[email protected]

RESUMO

Neste trabalho foram avaliadas as propriedades de adesão estrutural de um

adesivo a base de poliuretano em substratos de polipropileno, termoplástico plástico

quimicamente inerte e pouco compatível com adesivos. Foi possível concluir que a

adesão aumenta com a limpeza e a preparação da superfície em até 451% comparada

com superfícies não limpas e não preparadas. Utilizando diversos tipos de tratamento,

ora só limpando a superfície ora preparando-as com primer e ora juntando ambos os

procedimento ficou inequívoco que o procedimento de limpar e preparar a superfície é a

mais adequada para a adesão de duas superfícies de polipropileno com o adesivo de

poliuretano. Assim o correto entendimento das estruturas e propriedades do adesivo e da

superfície é fundamental para a adequação dos procedimentos de adesão

Palavras-chave: Adesão, polipropileno, poliuretano.

ABSTRACT

In this paper were measured the properties of a structural adhesion of a sticker that has the base made of polyurethane with subtracts of polypropylene, thermoplastic inert and bit compatible with stickers. It was possible to conclude that the adhesion after the preparation and cleaning of the superficies has increased at 451% compared with superficies that was not prepared and clean. Using many types of treatments, sometimes just cleaning the superficies, others just preparing with a primer and putting both proceeds together it made unmistakable that the last proceed it is more efficient to the adhesion of two superficies of polypropylene with a polyurethane sticker. That way the correct understanding of the structures and properties and the superficies it is fundamental to the adequacy of proceeding to adhesion.




INTRODUÇÃO

Com o advento de novas tecnologias e de materiais cada vez mais leves e com

propriedades específicas, também surge à necessidade de unir esses materiais

dissimilares. Os principais meios de adesão conhecidos atualmente são a união

mecânica (parafusos, rebites), soldas e uniões químicas, como no caso dos adesivos.

A tecnologia de união por adesivos é relativamente emergente e proporciona a

solução de muitos problemas relacionados às técnicas de fixação convencionais (Vilar,

2004). A união com adesivo reduz muito o peso final do produto, reduz vibração, serve

como selante e também permite uniões de substratos diferentes, o que com os outros

tipos de fixação não seria possível (Vilar, 2004)

A utilização dos adesivos sempre foi conhecida pela humanidade, todavia, foi no

século XX que ocorreu seu crescimento, devido ao fato da larga utilização deste tipo de

material nas indústrias. Atualmente, o entendimento do fenômeno da adesão por

engenheiros é fundamental para a concepção de projetos de engenharia, especialmente

os referentes à substituição de processos de fixação triviais, tais como rebites, soldas e

parafusos. (Silva et al, 2007)

Os adesivos proporcionam inúmeras vantagens sobre outros tipos de ligantes e

estão, portanto, ganhando espaço cada vez maior nas indústrias em geral. Como

exemplos dessas vantagens pode-se citar a distribuição homogênea das forças atuantes,

a não formação de pilhas galvânicas e o fato de, além de unirem materiais dissimilares,

agirem como agentes vedantes. (Skeist, 1990)

Essa busca constante por materiais mais leves, recicláveis e com baixo custo, fez

com que o polipropileno se tornasse um plástico muito utilizado em diversas aplicações.

O polipropileno, PP, é um termoplástico, pois pode ser moldado apenas com o

aquecimento, ele é um polímero derivado do propeno e algumas características

específicas são: Resistência a produtos químicos e solventes, baixo custo, fácil

moldagem, alta resistência à flexão e fadiga, boa estabilidade térmica e fácil coloração;

suas principais aplicações são: Brinquedos, autopeças, copos plásticos, equipamentos

náuticos, material hospitalar e fibras. (Vilar, 2004)

Porém devido à sua estrutura molecular ele é um plástico apolar, o que faz com

que a união química através de adesivos seja crítica, por isso a necessidade de modificar


a sua superfície, facilitando assim a adesão do mesmo. Os métodos mais utilizados são:

a flambagem, a corona, o primer, e o lixamento.(Canevarolo, 2009)

Nesse trabalho em particular vamos abordar a adesão do polipropileno, pois por

se tratar de um plástico muito apolar a adesão química é muito crítica e por isso alguns

tratamentos surperfíciais são necessários para que haja uma modificação na superfície

do composto e assim melhorar a sua adesão.


Neste trabalho fizemos a caracterização mecânica dos adesivos por meio de

ensaios mecânicos, para os ensaios de adesão foram utilizados os seguintes materiais:

1. 25 corpos de prova em PP contendo 30% de talco com dimensões

de 1” x 2,5” x 1,5”.

2. Máquina de ensaio universal EMIC modelo DL-2000

3. 01 Espátula de Madeira.

4. 01 Placa retangular de alumínio, com dimensões 150 x 300 mm.

5. Fusor 152, adesivo bi-componente a base de poliuretano, LORD

Corporation.

6. Papel Toalha.

7. Solvente Metil etil cetona.

8. Cabine e equipamento para jateamento industrial.

9. Esferas de vidro angulares, com 0,8 mm de diâmetro.

10. Pincel de pintura de 1 polegada de largura, com cerdas de crina de

cavalo.

11. Promotor de aderência para PP, Chemlok 459-X, LORD

Corporation.

Os ensaios efetuados foram de resistência à tensão de cisalhamento, conforme a

norma ASTM D-1002.

Foram utilizados 25 corpos de prova, divididos em grupos de cinco corpos de

prova, sendo que cada grupo recebeu um tratamento superficial diferente:

O Primeiro grupo não recebeu tratamento de superfície e foi denominado

“controle”.


O Segundo grupo apenas teve sua superfície limpa com metil etil cetona e não

recebeu tratamento algum. Utilizou-se, para a limpeza, papel toalha.

O Terceiro grupo foi atacado com esferas de vidro de 0,8 mm de diâmetro,

utilizando-se uma pistola de ar comprimido e através de uma cabine para

jateamento industrial, conforme ilustra a figura 1.

O Quarto grupo recebeu primer preparador para PP Chemlok 459-X, que foi

aplicado na superfície com auxílio de um pincel.

O Quinto grupo combinou-se jateamento e aplicação do preparador de

superfície. Jateou-se os corpos de prova e em seguida aplicou-se o preparador de

superfície Chemlok 459-X.

Os corpos de prova com superfícies previamente preparadas foram dispostos

sobre a placa de alumínio, demarcada com a fita de uma polegada de espessura, que

serviu de guia para definir a área de aplicação do adesivo.

Preparou-se o adesivo conforme indicações do fabricante, na proporção 1 para 1

em volume (Parte A, a base de isocianato: Parte B, a base de poliol), e aplicou-o sobre

os corpos de prova, conforme ilustra a figura 2:

Figura 1 - Máquina de jateamento industrial


Pressionaram-se as colagens e as mesmas foram mantidas sob pressão por

aproximadamente 10 segundos.

As colagens ficaram em repouso durante 48 horas à temperatura ambiente, para

a cura total do adesivo. Após este tempo, efetuou-se a tração em máquina de ensaio

universal marca Emic, modelo DL-2000 (ilustrada na figura 3), com célula de carga de

2000 kgf e utilizando velocidade de 20 mm/min.

Corpo de

prova 1

Corpo de

prova 1

Corpo de

prova 2

Corpo de

prova 2

Placa de

suporte

Área de

colagem

Fita com

1” de

largura 150 mm

300 mm

Figura 2 - Confecção dos corpos de prova


Figura 3 - Máquina de ensaio universal de tração.

A média dos valores de adesão obtidos foi conseguida através da média

aritmética dos valores experimentais.

Para realização dos ensaios de adesão foi utilizado o adesivo estrutural

bicomponente base poliuretano Fusor 152.

O adesivo é composto por um componente A base poliisocianato aromático e um

componente B base poliol. A proporção de mistura é 1 parte do componente A para 1

parte do componente B.

Segue abaixo uma tabela com as propriedades físico-químicas do adesivo:

1) Tabela 1 – propriedades físicas do adesivo poliuretano

Propriedade Valor Referência da norma

Densidade 1,41 g/cm³ ASTM D792

Elongação 72% ASTM D882

Tensão à ruptura 3000 psi ASTM D882

Módulo Young 22,200 psi ASTM D882

Dureza 87 ASTM D2240, Método A

Temperatura de transição vítrea -50°C ASTM D3418

Resistência ao cisalhamente em

metal pintado (e-coat)

1730 psi 1 in x 1 in x 0.030 in

sobreposição.


TIPOS DE FALHA

A finalidade de uma colagem eficiente é a transmissão de carga entre os dois

componentes ligados, mantendo a sua integridade estrutural em condições adversas. É

fundamental a correta avaliação da distribuição do perfil de tensões e consequentemente

dos tipos de falha obtidos nas juntas coladas.

Kim e colaboradores (1989) explicam que são três os tipos de falhas de adesão

elementares: falha do adesivo, falha coesiva e falha do substrato.

1- Falha do adesivo: quando ocorre o descolamento ou o

desprendimento do adesivo do substrato. O desprendimento pode ser

apenas de um dos lados ou de ambos os lados da colagem. Conclui-se

que a falhas adesivas ocorrem devido à má preparação da superfície. Por

outro lado, assume-se que uma junta deve ser projetada de modo que a

falha nunca ocorra deste modo, ou seja, por falha do adesivo.

2- Falha coesiva: é a ruptura do adesivo e ocorre quando o substrato

e/ou a ligação entre o adesivo e o substrato é mais forte do que a

resistência interna do próprio adesivo. Não há descolamento, o adesivo

se rompe ao meio e há presença de adesivo em ambos os lados da

colagem.

3- Falha do substrato: o que se espera de um processo de colagem. A

adesão é mais forte do que a força de coesão interna de ambos ou um

dos substratos envolvidos; após solicitação mecânica, a linha de

colagem permanece intacta e o substrato se rompe.

1)2) RESULTADOS E DISCUSSÕES

As tabelas abaixo mostram os resultados obtidos.

Tabela 1 - Adesão sem tratamento superficial (“Controle”)

Corpo de Prova 01 60 kgf/pol²






Média 60 kgf/pol² – Falha do Adesivo

Tabela 2 - Limpeza com Metil Etil Cetona







Tabela 3 - Jateamento com esferas de vidro







Tabela 4 - Aplicação de primer







Tabela 5 - Jateamento e primer







Média 331 kgf/pol² – Falha do Substrato

Figura 24 - Forças de cisalhamento versus tratamentos superficiais

As uniões para as quais não foram efetuados tratamentos superficiais,

denominadas “controle”, desenvolveram 59 Kgf/pol², com falha do adesivo. Os níveis

de carga obtidos com este grupo foram os menores. De acordo com Silva et all (2007),

superfícies a serem coladas que não recebem nenhum tratamento de superfície contêm

contaminantes físicos e eventualmente químicos que atrapalham o contato molecular

entre o adesivo e o substrato e, consequentemente, a adesão.

Moita Neto (2006) explica que a limpeza da superfície é crítica para o

molhamento da substância adesiva no substrato porque partículas soltas, contaminantes,

umidade, fuligem e poeira atuam como película antiaderente e não permitem um bom

espalhamento e, consequentemente, um bom contato. A utilização de solventes de

limpeza removem os contaminantes da superfície e então permitem contato efetivo da

substância adesiva com o substrato.

Adams e Drinkwater (1999) definem como falha do adesivo o descolamento

completo do adesivo da área de colagem.

050

100150200250300350

60 80 117

230

331

Kgf

/po

l²


Quando as superfícies foram limpas com metil etil cetona as uniões

desenvolveram 80 Kgf/pol², o que significa incremento de 33% nos níveis de adesão. As

falhas permaneceram sendo do adesivo.

O jateamento com esferas de vidro aumentou os níveis de adesão em 95% em

relação ao controle, porém, ainda com falha do adesivo.

Os resultados condizem com estudos de Harris e Beevers (1999), que demostram

que a rugosidade de superfícies aumenta a tensão superficial e cria ganchos mecânicos

para a ancoragem da substância adesiva, criando travamento mecânico. Harris e Beevers

(1999) ainda explicam que os ganchos mecânicos, criados a partir da formação de picos

e vales, aumentam a área de colagem e, portanto, favorecem a adesão.

A aplicação de primer preparador de superfícies de origem olefinica aumentou

em 283% os níveis de adesão, ainda em relação ao controle. Entretanto, as falhas

obtidas ainda foram do adesivo.

Moita Neto (2006), afirma que materiais com baixa energia superficial, como o

PP, precisam de modificação da superfície por preparadores químicos antes de serem

molhados.

Silva et all (2007) explica que a baixa receptividade de PP a substâncias

adesivas deve-se ao fato de que, além de desenvolver baixa energia superficial,

apresenta baixa tensão superficial, baixa polaridade e pouca disponibilidade de

moléculas para a realização de ligações química; o preparador de superfície aumentou a

polaridade e a tensão superficial do plástico.

A combinação do jateamento e da aplicação do primer proporcionou falhas de

substrato, com aumento superior a 451% nos níveis de adesão.

Pocius (1997) explica que o fenômeno da adesão não ocorre apenas por

interações químicas, mas sim por interações físico-químicas; a combinação da adesão

física proporcionada pelo jateamento e da adesão química proporcionada pelo primer

geraram a quebra do polipropileno.

Conforme atesta Adams e Drinkwater (1999), as falhas de substrato são o que se

espera de uma colagem, pois a adesão é mais forte do que a força de coesão interna do

substrato.


2)3) CONCLUSÃO

A limpeza dos corpos de prova aumentou a força de adesão em 33% em relação

ao controle.

O jateamento proporcionou aumento de 46% em relação à limpeza e 95%

quando comparado ao controle.

A aplicação de primer aumentou os níveis de adesão em 96% em relação ao

jateamento, em 187% em relação à limpeza e 283% em relação ao controle.

Quando se combinou jateamento e primer obteve-se quebra de subtrato, com

força média de 331 kgf/pol². Este valor é relativo à força de coesão interna do composto

de polipropileno. Vale lembrar que o composto é reforçado com 30% de talco.

Com isso concluimos que à medida que se aumenta a tensão superficial do

polipropileno aumenta-se também seu contato molecular com o adesivo e

consequentemente há incrementos nos níveis de adesão.


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CARACTERIZAÇÃO FÍSICA DE AMOSTRAS DE LEITE

CONDENSADO COMERCIALIZADAS EM JUNDIAÍ-SP

Caroline Patrícia Bedim


Juliano José Fiori (FIORI, J. J.)1


[email protected]

RESUMO

O leite é um produto perecível e para aumentar a sua vida útil, pode-se processá-

lo e obter o leite condensado. A etapa mais importante no processamento de leite

condensado é a cristalização da lactose, pois, se conduzida em solução saturada, resulta

em precipitação no resfriamento, provocando arenosidade. Neste trabalho foram

realizadas análises físicas (teor de sólidos solúveis – °Brix, viscosidade aparente e

identificação de cristais) para cinco diferentes marcas comerciais de leite condensado.

Para °Brix, não houve diferença mínima significativa (5%) para as amostras B (71,5) e

D (70,6) e D foi estatisticamente igual a A (70,0), C (69,0) e E (69,6). Na viscosidade

aparente (cP), as amostras A (897), C (880), D (1.221) e E (1.233) não diferiram entre

si, porém a amostra B (510) apresentou um baixo valor de viscosidade aparente, sendo

considerada estatisticamente igual a C. Na análise da identificação de cristais, a amostra

B teve cristais retidos na peneira de 0,6 mm e as demais apresentaram uma distribuição

diversa. Conclui-se que houve uma relativa variação entre amostras de diferentes

marcas e que as amostras analisadas possuem pouca quantidade de cristais aparentes e

perceptíveis pelo tato bucal.

Palavras-chave: Leite condensado; cristalização; lactose; análises físicas.

ABSTRACT

Milk is a perishable product, thus to increase its shelf life it can be processed to obtain

condensed milk. The most critical step in the manufacturing process of condensed milk

is lactose crystallization, once if the process is carried out with lactose-saturated

solution, it may result on precipitation during cooling, causing grittiness in the final

product. In this study, physical analysis (soluble solids content – °Brix, apparent

viscosity, and identification of crystals) were performed for five different brands of

condensed milk. For the parameter °Brix, no significant difference (5%) was observed

for the samples B (71.5) and D (70.6), while D was statistically equal to A (70.0), C

(69.0) and E (69.6). For the apparent viscosity (cP), the samples A (897), C (880), D

(1.222) and E (1.233) did not differ, but the sample B (510) exhibited lower apparent

viscosity value, being considered statistically equal to C. In the crystals identification,



sample B had crystals retained on the 0.6 mm sieve, and the others showed a different

distribution. It was concluded that besides the relative variation among the different

brands, the samples have a small quantity of visible crystals barely perceptible in the

mouth.

Keywords: condensed milk; crystallization; lactose; physical analysis.

INTRODUÇÃO

Define-se leite condensado ou leite condensado com açúcar o produto

obtido através da desidratação parcial ou total do leite adicionado de açúcar (xarope de

glicose ou sacarose) (BRASIL, 2005).

O leite condensado deve cumprir as seguintes especificações:

Possuir características sensoriais próprias;

Acidez em ácido lático entre 0,08 e 0,16 g%, quando diluída uma parte do

produto para 2,5 partes de água;

Na reconstituição, deve apresentar, em volume, uma parte do leite para 2,25

partes de água. O teor de gordura deve atingir o padrão do leite de consumo

contendo, no mínimo, 28% de extrato seco do leite e, no máximo, 45% de açúcar

(BRASIL, 2005).

O processo de fabricação do leite condensado envolve a seleção do leite fluido, a

padronização dos teores de gordura e de sólidos totais, o pré-aquecimento, a adição de

uma solução de xarope de sacarose ou glicose, a condensação, a refrigeração, a

cristalização e o envase. O produto final possui uma consistência semilíquida, cor

levemente amarelada, sabor fresco e puro (GALINA, 2010).

A etapa de cristalização da lactose é a mais importante dentro do processo de

fabricação do leite condensado, pois a cristalização, quando conduzida em solução

saturada, resulta na precipitação do soluto (lactose) durante a etapa de resfriamento.

Essa sedimentação torna, assim, indesejável o produto, além de afetar tanto a produção

de leite condensado, como a de outros produtos lácteos, tais como produtos congelados,

soro desidratado, entre outros (FINZER; MARTINS, 2011).


A lactose, que é o principal carboidrato do leite, é um dissacarídeo redutor

formado por uma D-galactose e uma D-glicose unidas por ligação glicosídica. Em

média, a concentração de lactose no leite é de 50 g/L. A lactose possui sabor doce fraco

e baixo poder adoçante. No leite, seu sabor sofre modificações devido à presença de

caseínas (KOBLITZ, 2011).

A lactose possui baixa solubilidade em água. Quando ocorre o aquecimento do

leite, esse carboidrato sofre um aumento da solubilidade, porém, durante o resfriamento,

ocorrem rearranjos moleculares e há formação de cristais (KOBLITZ, 2011).

A cristalização da lactose é um grave problema para produtos lácteos

concentrados, tais como, o doce de leite e o leite condensado, pois resulta em uma

sensação de arenosidade percebida pelo tato bucal. Os cristais são duros e com baixa

solubilidade, o que afeta a textura dos produtos, acarretando rejeição por parte dos

consumidores (KOBLITZ, 2011). A presença de cristais de lactose em produtos lácteos

constitui um defeito, especialmente nos casos em que o tamanho dos cristais é tal que

cria uma textura arenosa. Essas partículas tendem a sedimentar e formar um depósito,

mudando as características físicas do produto ou de qualquer um dos seus ingredientes.

Essas alterações interferem no uso do produto (RENHE et al., 2011).

A cristalização é uma operação unitária amplamente utilizada em indústrias para

separação, purificação ou até mesmo produção de cristais de boa qualidade. As etapas

da cristalização da lactose são: nucleação, crescimento dos cristais, aglomeração,

empedramento dos cristais, definição do tamanho e forma dos cristais (BRITO, 2007).

Essas etapas devem ser bem conduzidas durante a adição do xarope de cristais de

lactose. Os cristais de lactose são adicionados na proporção de 0,02% em massa, após

um período de intensa agitação. Essa etapa é importante para ofertar as características

sensoriais e de aparência do produto. Para que não ocorra a formação de cristais grossos

de lactose, faz-se necessário que ocorra uma agitação vigorosa, pois assim os cristais de

lactose são inoculados, evitando-se uma precipitação descontrolada (GALINA, 2010).

Devido aos fenômenos indesejáveis de cristalização que ocorrem durante o

processo de fabricação do leite condensado, é imprescindível que os profissionais que

processam e utilizam o leite condensado saibam identificar os requisitos físicos de

qualidade do produto. Justifica-se, assim, a preparação deste trabalho, cujo intuito foi

realizar análises físicas, tais como teor de sólidos solúveis (ºBrix), viscosidade aparente,


e identificação dos cristais, a fim de comparar essas características para cinco diferentes

marcas de leite condensado comercializados na cidade de Jundiaí, publicando um

panorama sobre as características físicas desse produto.

MATERIAL E MÉTODOS

Para a realização deste trabalho foram utilizadas 3 (três) unidades (embalagens) de

5 (cinco) marcas conhecidas e diferentes de leite condensado. As embalagens adquiridas

foram do mesmo lote de produção, a fim de garantir uma relativa homogeneidade entre

amostras do mesmo lote. Para garantir a fidelidade dos testes, as amostras foram

adquiridas em comércios de grande circulação na cidade de Jundiaí-SP, sendo que o

histórico anterior de transporte e armazenamento não foi considerado. Para evitar a

exposição do nome do fabricante neste trabalho, as marcas foram identificadas pelos

códigos A, B, C, D e E.

Os resultados obtidos nas análises foram registrados e apresentados em formas de

tabelas e gráficos para uma análise sintética, além de ser utilizado um tratamento

estatístico ao nível de significância de 5% para verificação da diferença das amostras.

Antes de proceder às análises físicas propostas, as embalagens foram lavadas e

secas. O conteúdo das três embalagens foi vertido em recipiente de vidro e

homogeneizado.

Viscosidade aparente

A viscosidade aparente foi determinada em viscosímetro rotacional da marca

Brookfield, spindle SC7-24. As determinações foram feitas em três repetições. A

recipiente do viscosímetro foi mantida em banho termostático a 25 °C antes do

procedimento analítico. Como apoio, utilizou-se béquer de 250 mL e balança digital

semianalítica.

Para a realização da análise, pesaram-se, aproximadamente, 17 g da amostra

homogeneizada que estava mantida em banho termostático a 25 °C (temperatura

ambiente), adicionou-se o leite condensado no recipiente do viscosímetro e iniciou-se a

leitura referente à viscosidade. Repetiu-se esse procedimento para todas as

determinações.


Determinação de sólidos solúveis por refratometria

Esta metodologia é aplicável a produtos que apresentem, ou não, sólidos

insolúveis. O teor de sólidos solúveis pode ser determinado pela medida do índice de

refração (ADOLF LUTZ, 1985).

Na determinação, foram utilizados: refratômetro manual com escalas de 0 a 90

°Brix, marca Instrutherm, algodão, espátula metálica e água destilada.

Realizou-se o ajuste do refratômetro para a leitura, transferiu-se para o prisma do

refratômetro de 3 a 4 gotas da amostra homogeneizada, utilizando a espátula metálica, e

realizou-se a leitura diretamente na escala Brix, com o prisma exposto a iluminação

natural.

Identificação de cristais de lactose

Para a realização dessa análise foram utilizados: balança digital, agitador

magnético da marca Bertel, conjunto de peneiras para o agitador magnético, béquer de

250 mL e espátula de silicone (pão-duro).

Primeiramente, realizou-se a seleção das peneiras a serem utilizadas. O

conjunto foi escolhido conforme mostra a Tabela 1. As aberturas das malhas do

conjunto de peneiras foram selecionadas na faixa de 0,125 mm (peneira 2) a 0,59 mm

(peneira 6), pois essas estão mais próximas de tamanhos de cristais perceptíveis pelo

trato bucal

Tabela 1: Características do conjunto de peneiras utilizadas no experimento.

Peneiras ABNT/ASTM Tyler/Mesh Abertura (mm) Massa (g)

6 30 28 0,59 339,11

5 35 32 0,50 339,02

4 40 35 0,42 340,07

3 100 100 0,149 332,61

2 120 115 0,125 325,66

1 (fundo) - - - 305,71

Para a realização do experimento, pesou-se aproximadamente 200 g de amostra

homogeneizada, despejou-se o produto no conjunto de peneiras, ordenado em abertura


decrescente, e promoveu-se a agitação no equipamento por 10 minutos. Depois de

finalizada a agitação, pesaram-se as peneiras e realizaram-se os cálculos da quantidade

de massa que ficou retida em cada uma, levando-se em consideração a perda inicial de

produto que ficou retido no béquer de pesagem. Repetiu-se esse procedimento para

todas as amostras, após limpeza adequada do conjunto.

Tratamento dos dados

Os resultados obtidos das análises foram distribuídos em planilhas

eletrônicas e foram executados cálculos das médias, bem como análises estatísticas,

conforme descrito a seguir.

Análise de Variância (ANOVA)

A análise de variância (ANOVA) tem como objetivo comparar vários

grupos por meio de variáveis contínuas presentes no conjunto. A comparação das

médias obtidas nas análises foi realizada pelo teste de Tukey, no qual foi encontrada a

diferença mínima significativa (DMS) entre as amostras (GUIMARÃES; SARSFIELD,

2007). As considerações foram feitas com nível de significância de 5%, encontrando-se

o valor de q (tabelado) pelo número de tratamentos (P) e graus de liberdade do resíduo.

Depois de encontrado o valor de q na tabela estatística, aplicou-se o cálculo de

diferença mínima significativa (DMS), calculada para o método de Tukey, de acordo

com a Equação 1.

n

QMqDMS resíduo. (1)

Onde:

QMresíduo = quadrado médio do resíduo;

n = número de julgamentos por tratamento;

q = valor crítico tabelado para o número de tratamentos e graus de liberdade do

resíduo (amplitude total studentizada).

Depois de realizados os cálculos estatísticos, utilizou-se o valor de DMS para identificar

quais as amostras se diferem umas das outras, calculando-se a diferença entre as médias de cada

amostra e comparando-se com o valor crítico tabelado. Se a diferença for superior ao valor

tabelado, houve diferença significativa e as amostras receberam letras diferentes como índice

Revista Engenho, vol.9 – Junho de 2014 para identificação. O coeficiente de variação foi calculado pela Equação 2 e o erro de medição

foi determinado pela Equação 3.

DP

MédiaCV (%) (2)

Onde:

Média = valor médio da determinação;

DP = desvio padrão da determinação.

n

DPErro (3)

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Viscosidade aparente

Os resultados obtidos na análise de viscosidade aparente das amostras de leite

condensando estão mostrados na Tabela 2.

Os valores de viscosidade aparente das amostras analisadas variaram entre 509,3

cP para a amostra B a 1.233,3 cP para a amostra E, uma variação de 724,0 cP. A

amostra B apresentou um baixo valor de viscosidade aparente se comparada às demais,

enquanto que a amostra D teve um valor próximo ao da amostra E. As amostras A e B

também apresentaram valores próximos. Em contrapartida, a amostra B foi a que

apresentou o menor desvio padrão entre as determinações.

Tabela 2: Resultados da análise de viscosidade aparente (valores em cP).

Tabela 3: Resumo da ANOVA para análise de viscosidade aparente.

Fonte da variação SQ GL MQ F valor-P F crítico

Entre grupos 1068403 4 267100,7 13,77 0,00045 3,48

Dentro dos grupos 193988,5 10 19398,8

Repetição Amostra A Amostra B Amostra C Amostra D Amostra E

1 996,5 456,0 783,2 1070,0 1057,0

2 834,9 542,0 805,5 1175,0 1223,0

3 858,0 529,8 1050,0 1420,0 1420,0

Média 896,5 509,3 879,6 1221,7 1233,3

Desvio padrão 87,4 46,5 148,0 179,6 181,7


Total 1262391 14

Em continuação, fez-se a comparação das médias, calculando-se a diferença entre

elas e verificando se foi maior ou menor que o valor de DMS. Assim, infere-se que os

pares de amostras identificadas como A, C, D e E não diferiram entre si, porém C foi

estatisticamente igual a B. A amostra B apresentou um baixo valor de viscosidade

aparente com diferença significativa ao nível de 5% se comparada às demais amostras,

com exceção de C. Os valores do coeficiente de variação e do erro de medição das

amostras A e B foram próximos, assim como os valores para C, D e E. A Tabela 4

resume as informações mencionadas e mostra a comparação entre as amostras

utilizando letras comparativas. Médias com letras iguais na mesma coluna não diferiram

estatisticamente entre si ao nível de 5% de significância.

Tabela 4: Comparação entre as amostras da análise de viscosidade aparente.

Amostras Viscosidade aparente média (cP) Coeficiente de variação (%) Erro de medição

A 896,5a 9,7% 50,5

B 509,3b 9,1% 26,9

C 879,6ab

16,8% 85,5

D 1.221,7a

14,7% 103,7

E 1.233,3a

14,7% 104,9

O leite condensado deve ser suficientemente viscoso para dar ao leite uma

consistência cremosa e lisa, porém o produto não pode ser tão espesso que não escorra

facilmente. Naturalmente ocorre no produto envasado um aumento gradual da

viscosidade aparente, podendo, dependendo das condições, atingir uma consistência

parecida com um gel, comprometendo a saída do produto da embalagem. O leite

condensado deve apresentar um fluxo contínuo de escoamento, mas deve ser consistente

o suficiente para evitar a decantação da lactose e a separação da gordura durante a

estocagem. Quando o aumento de viscosidade chega ao estágio de gelatinização, o

produto não é mais considerado adequado para muitos usos. A deterioração no sabor

algumas vezes acompanha as mudanças na viscosidade (RENHE et al., 2011).

O valor médio de viscosidade aparente para 22 amostras de 8 marcas comerciais

de leite condensado, apresentado por Silva et al. (2008), foi de 1.998 cP, com um


coeficiente de variação de 75,78%. Os autores não relatam a temperatura utilizada nas

determinações, porém, sabe-se que a temperatura de análise influencia grandemente no

valor de viscosidade aparente. Os autores comentam que há uma grande variação nos

valores de viscosidade entre as amostras e marcas analisadas, situação semelhante à

obtida neste trabalho. É interessante ressaltar que a viscosidade média das amostras

avaliadas neste trabalho não ultrapassa 950 cP, situação bem distinta do trabalho dos

referidos autores.

Determinação de sólidos solúveis por refratometria

Os resultados obtidos na análise de determinação de sólidos solúveis por

refratometria (°Brix) das amostras de leite condensando estão mostrados na Tabela 5.

Tabela 5: Resultados da análise de determinação de sólidos solúveis (valores em

°Brix).

Os valores de teor de sólidos solúveis das amostras analisadas variaram entre

69,0 °Brix para a amostra C a 71,5 °Brix para a amostra B, uma variação de 2,5 °Brix.

A amostra B apresentou o mais alto valor de °Brix se comparada às demais, enquanto

que as outras amostras tiveram valores inferiores a 70,6 °Brix.

Nota-se que a amostra com maior teor de sólidos solúveis foi também a com

menor valor de viscosidade. Essa situação pode ser representada por um maior teor de

açúcares redutores de cadeia curta presentes na amostra B. A análise do teor de açúcares

não foi realizada, porém sabe-se que a presença de açúcares redutores diminui a

atividade de água da amostra e provoca menor resistência ao escoamento. Um exemplo

característico no setor de alimentos é o mel, que apresenta um teor de sólidos solúveis

acima de 80° Brix, sendo em sua maioria glicose e frutose e é relativamente fluido. O

Repetição Amostra A Amostra B Amostra C Amostra D Amostra E

1 70,0 71,5 69,0 71,0 70,0

2 70,0 71,0 69,0 70,5 69,8

3 70,0 72,0 69,0 70,2 69,0

Média 70,0 71,5 69,0 70,6 69,6

Desvio padrão 0,00 0,50 0,00 0,40 0,53


menor valor de viscosidade para a amostra B pode estar também relacionado a

características de formulação e processo empregadas pelo fabricante.

De acordo com Renhe e colaboradores (2011), a concentração de sacarose no

leite condensado influencia a viscosidade aparente final após a fabricação, entretanto

não apresenta efeito significativo no aumento da viscosidade durante o armazenamento,

visto que é não redutor. Indiretamente, possui efeito conservante, prevenindo a

gelificação proveniente do eventual desenvolvimento microbiano. O momento durante a

tecnologia no qual a sacarose é adicionada impacta diretamente a viscosidade aparente

final e a sua variação durante a estocagem. Quando leite e açúcar são pré-aquecidos

juntos, o espessamento durante a estocagem é maior do que no produto em que o xarope

foi adicionado próximo ao final da concentração do produto.

Com os dados das determinações, a ANOVA foi calculada com o auxílio de uma

planilha eletrônica e os resultados obtidos estão expressos na Tabela 6. O valor de q

para essa situação foi de 4,65 e a DMS calculada em 1,00, de acordo com a Equação 1.

Tabela 6: Cálculo da ANOVA para análise de teor de sólidos solúveis.

Fonte da variação SQ GL MQ F valor-P F crítico

Entre grupos 10,93 4 2,73 19,70 0,00010 3,48

Dentro dos grupos 1,39 10 0,14

Total 12,31 14

De acordo com o protocolo estatístico, foi realizada a comparação das médias,

calculando-se a diferença entre elas e verificando se foi maior ou menor que o valor de

DMS. Deste modo, infere-se que o par de amostras identificadas como B e D não

diferiram entre si, porém somente a amostra B desse par foi diferente em relação às

demais (A, C e E). Ressalta-se, ainda, que as amostras B, C e D foram também

consideradas diferentes entre si. A Tabela 7 resume as informações mencionadas e

mostra a comparação entre as amostras utilizando letras comparativas. Médias com

letras iguais na mesma coluna não diferiram estatisticamente entre si ao nível de 5% de

significância.


Tabela 7: Comparação entre as amostras da análise de teor de sólidos solúveis.

Amostras °Brix médio Coeficiente de variação (%) Erro de medição

A 70,00b 0,0% 0,0

B 71,50ª 0,7% 0,3

C 69,00b 0,0% 0,0

D 70,57ab

0,6% 0,2

E 69,60b 0,8% 0,3

Silva e colaboradores (2008) relataram um valor médio de teor de sólidos de

71,82°Brix, com desvio padrão de 1,84, paras as 22 amostras de 8 marcas comerciais.

Esse resultado é comparável aos valores obtidos neste trabalho.

Identificação de cristais de lactose

Os resultados médios obtidos nas determinações de identificação de cristais de

lactose por peneiramento das amostras de leite condensando estão mostrados na Tabela

8. Os dados apresentados correspondem à média de três ensaios.

Com a comparação das médias, nota-se que os resultados da determinação de

cristais de lactose apresentaram relativa diferença aparente entre si. A amostra A se

apresentou diferente em relação às demais amostras, ficando com a massa de produto

retida apenas nas peneiras identificas com os números 6, com 48,6%, e 5, com 51,4% de

retenção de amostra, caracterizando uma amostra com tamanho maior de partículas

dispersas, solúveis ou insolúveis na massa contínua de fluido. Nas amostras B e C,

verificou-se que possuem tendência a terem semelhança entre si, ficando com massa de

produto retida nas peneiras 6, 5 e 4, porém a amostra C apresentou tamanho de

partículas menor, pois houve maior retenção na peneira 4. As amostras D e E mostraram

a maior variabilidade de distribuição no tamanho de partículas, apresentando, ambas,

retenção até a peneira 3, com abertura de 0,149 mm. Nenhuma amostra teve retenção na

peneira 2 (abertura de 0,125 mm) ou partículas menores que esse valor (atingir o fundo).


Tabela 8: Resultados médios das análises de identificação de cristais de lactose das

amostras A, B, C, D e E.

A B C D E

Quantidade média pesada

(g) 200,88 201,69 200,74 201,35 201,76

Perda média no béquer (%) 1,77 1,88 1,79 1,84 2,04

Peneiras Teor médio de retenção em cada peneira (%)

6 48,6 31,4 16,0 14,6 14,9

5 51,4 35,6 32,9 20,6 20,1

4 0,00 33,0 51,1 43,5 49,6

3 0,00 0,00 0,00 21,3 15,4

2 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

1 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Verificou-se visualmente que somente na amostra B foi possível a separação

visual de cristais de lactose que ficaram retidos na peneira de número 6, mostrados na

fotografia da Figura 1. Nas demais amostras, não foi possível essa identificação, que

pode ser evidenciada pela não presença de cristais ou por possuírem tamanhos pequenos

e imperceptíveis a olho nu.

Figura 1: Visualização da presença de cristais de lactose retidos na peneira de número 6

para a amostra B.

Uma possível análise estatística para a análise de identificação de cristais de

lactose não foi executada por não se tratar este de um método oficial para esse tipo de

determinação. O objetivo da referida etapa deste trabalho foi encontrar uma maneira


empírica quantitativa para a identificação dos cristais de lactose, buscando atingir a

visualização dos cristais e sua separação por faixas de tamanho de abertura de peneira

disponíveis.

Devido à identificação visual dos cristais de lactose na amostra B e a sua baixa

viscosidade, se pode sugerir que essa amostra apresentou os atributos de qualidade

menos favoráveis no tocante à aceitação por parte do consumidor. A baixa viscosidade

aparente pode incitar o consumidor a indicar o produto como “ralo” e os cristais de

maior tamanho podem dar a sensação de “areia” na boca (arenosidade). Além disso, o

maior teor de sólidos solúveis pode dar a sensação de produto mais doce.

A legislação brasileira não é clara quanto aos padrões de viscosidade aparente e

menciona a arenosidade como defeito, porém sem maiores esclarecimentos. Cabe aos

pesquisadores enriquecer a literatura com valores padrões de viscosidade aparente e

metodologias para identificação da arenosidade. Não se pode aqui afirmar que a amostra

com maior viscosidade aparente ou a com menor teor de sólidos, por exemplo, é a mais

correta ou então mais aceita pelo consumidor, pois cada fabricante possui a sua

especificidade de produção, o seu padrão interno do produto e seu mercado alvo. Tendo

em vista que tais parâmetros internos são de difícil publicação, essa publicação, bem

como o trabalho de Renhe et al. (2011), visa a divulgar informação de tais parâmetros

físicos aos pesquisadores da área, contribuindo com dados para comparação.

CONCLUSÃO

O objetivo deste trabalho foi avaliar as características físicas de diferentes marcas

de leite condensado, a fim de apresentar dados físicos de parâmetros de qualidade. A

coleta de dados executada justifica-se pelo aparecimento de fenômenos indesejáveis que

ocorrem durante o processo de fabricação e do armazenamento do leite condensado, tal

como a cristalização da lactose que provoca arenosidade. Esses fenômenos podem

interferir diretamente na qualidade produto e na sua aceitação por parte do consumidor.

Com os resultados obtidos nas análises físicas de determinação de sólidos solúveis

e viscosidade aparente foi possível avaliar estatisticamente as semelhanças e diferenças

mínimas significativas entre as amostras. Para os valores apresentados na quantificação

de sólidos solúveis, identificou-se que as amostras que apresentaram diferenças

mínimas significativa, no nível de 5%, em relação as demais amostras foi aquela


identificada pela letra B, com 71,5 °Brix. A amostra D (70,6 °Brix) não diferiu de B,

porém foi estatisticamente igual às amostras A (10,0 °Brix), C (69,0 °Brix) e E

(69,6°Brix). Na determinação analítica de viscosidade aparente, as amostras A (869,5

cP), C (879,6 cP), D (1221,7 cP) e E (1233,3 cP) não diferiram entre si, porém a

amostra B (509,3 cP) apresentou diferença significativa se comparada às demais, com

exceção de C, além de possuir o mais baixo valor de viscosidade aparente.

Os valores apresentados pela amostra B destoaram do das demais amostras, pois

além de possuir o maior teor de sólidos solúveis e a mais baixa viscosidade aparente, foi

também a única amostra em que os cristais de lactose puderam ser vistos a olho nu. Essa

situação indicou um menor nível de qualidade para essa amostra, se feita a comparação

entre os atributos apresentados pelas demais amostras.

Este trabalho contribuiu para a divulgação de dados físicos importantes para o produto

leite condensado, enriquecendo a literatura técnica relacionada à área, servindo de

consulta posterior a diversos profissionais da área, além de complementar trabalhos já

divulgados a respeito de assuntos relacionados.


BRASIL. Agência Nacional de Vigilância Sanitária – ANVISA. Resolução RDC Nº.

12, de 02 de Janeiro de 2001. Regulamento técnico sobre padrões microbiológicos para

alimentos. Diário Oficial da União, Poder Executivo, Brasília, DF, 2005.

BRITO, A B. N. Estudo da cristalização da lactose em diferentes solventes. São

Carlos, 2007, 132 p. Tese (Doutor em Engenharia Química), Centro de Ciências Exatas

e Tecnologia, Universidade Federal de São Carlos.

FINZER, J. R. D.; MARTINS, J. R. Cristalização da Lactose. FAZU em Revista,

Uberaba, n. 8, p. 83-88, 2011.

GALINA, C. Produção de Leite Condensado. Blumenau, 2010, 166 p. Trabalho de

Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química), Universidade Regional de

Blumenau.


GUIMARÃES, S. C.; SARSFIELD, J. A. C. Estatística. 2ª. ed., Portugal: McGraw-

Hill, 2007, 455 p.

INSTITUTO ADOLFO LUTZ. Normas Analíticas do Instituto Adolfo Lutz. v. 1:

Métodos químicos e físicos para análise de alimentos. 3. ed. São Paulo: IMESP, 1985.

p. 327 – 583.

KOBLITZ, M. G. B. Matérias- primas alimentícias – Composição e controle de

qualidade. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2011, 314 p.

RENHE, I. R. T.; PERRONE, I. T.; SILVA, P. H. F. Leite condensado: identidade,

qualidade e tecnologia. Juiz de Fora: Templo, 2011, 232 p.

SILVA, P. H. F.; PERRONE, I. T.; COLOMBO, M.; COELHO, J. S. Determinação e

avaliação de viscosidade, teor de sólidos solúveis e atividade de água em leite

condensado. Rev. Inst. Latic. "Cândido Tostes", n. 362, v. 63, p. 22-25, 2008.

Agradecimentos

Os autores deste trabalho gostariam de agradecer ao Centro Universitário Padre

Anchieta de Jundiaí pelo fornecimento de equipamentos e utilização do espaço físico

dos laboratórios.


AFLATOXINA EM AMEDOIM

Conceição Batista da Silva


Jonh Dalton de Castro Martins


[email protected]

RESUMO

Em conseqüência do elevado número de animais mortos por ingerir alimentos

contaminados por fungos, e estes têm causado prejuízos ao homem desde tempos

remotos, isso tem gerado a crescente consciência da possível presença de micotoxinas,

especialmente as aflatoxinas, tanto nos alimentos de consumo humano como animais,

levando vários países a desenvolver pesquisas e adotar medidas que limitam a

quantidade de micotoxinas nos alimentos e rações. Entretanto, estas normas pressupõem

a possibilidade de se determinar com um alto grau de exatidão o teor de aflatoxina nos

produtos analisados provenientes de grandes lotes. No Brasil muito estudos têm como

tema identificar e combater quais fungos são capazes de produzir essa toxina, com o

objetivo de desenvolver métodos eficazes no seu combate. Diante das pesquisas feitas

no Brasil e em outros países, as espécies fúngicas mais encontradas em amostras de

amendoim e derivados foram Aspergillus flavus e Aspergillus parasiticus. Estes fungos

têm a habilidade de se desenvolver em áreas de temperaturas elevadas e baixas

umidades e contaminar um grande número de alimentos. Dessa forma medidas com

resultados significativos no combate e prevenção destas espécies fúngicas e na remoção

ou destruição física e química da aflatoxina tem sido desenvolvidas.

Palavras - chave: aflatoxina, Aspergillus flavus, micotoxinas.

ABSTRACT

As a result of the high number of animals killed by ingesting food contaminated by

fungi, and these have caused damage to man since ancient times, this has generated

increased awareness of the possible presence of mycotoxins, particularly aflatoxins,

both in food for human consumption and animal, leading several countries to develop

research and adopt measures that limit the amount of mycotoxins in food and feed.

However, these standards require the ability to determine with a high degree of accuracy

the level of aflatoxin in products analyzed from large lots. In Brazil very studies are

themed to identify and combat fungi which are capable of producing this toxin, with the



goal of developing effective methods to combat it. Given the research done in Brazil

and other countries, the fungal species most commonly found in peanut samples were

Aspergillus flavus and derivatives and Aspergillus parasiticus. These fungi have the

ability to develop in areas of low humidity and high temperatures and a large number of

contaminated food. That significant measures to combat and prevent these fungal

species and the removal or destruction of physical and chemical form of aflatoxin

results have been developed.

Keywords - Keywords: aflatoxin, Aspergillus flavus, mycotoxins.

INTRODUÇÃO

Os alimentos e os subprodutos, no processo produtivo estão sujeitos à contaminação por

substâncias altamente tóxicas, cuja ingestão é capaz de causar sérios transtornos ao

organismo do homem e dos outros animais. Entre as diversas substâncias capazes de

provocar problemas pela ingestão de alimentos contaminados estão os fungos, que se

desenvolvem em condições favoráveis e são capazes de produzir substâncias tóxicas.

Essa substância pode provocar desde uma simples náusea, alucinações, dermatite,

carcinomas até a morte. Muitos dos fungos que se desenvolvem nos alimentos

produzem metabólicos tóxicos secundários, chamados micotoxinas, quando existem

fatores biológicos e ambientais favoráveis (OGA, 2003). Esses fungos produzem

substâncias biologicamente ativas dos quais as micotoxinas representam a maior parte,

levando à micotoxicoses, consideradas um quadro clínico grave (SILVA et al, 2007).

Apesar de serem conhecidas centenas de micotoxinas, somente algumas delas têm sido

estudadas visando à saúde da população humana e animal, porém, não se exclui a

possibilidade de outras micotoxinas presentes no ambiente apresentarem riscos para a

saúde humana (OGA, 2003). A gravidade das micotoxicoses depende da toxicidade da

micotoxina produzida pelos fungos, do período exposição à toxina e o estado nutricional

do individuo (FERREIRA et al, 2006). O contato humano com alimentos contaminados

por micotoxinas é um dos grandes problemas da Saúde Pública (AMARAL et al, 2006).

As micotoxinas são capazes de induzir micotoxicoses que afetam os animais e o

homem; os principais fungos implicados em casos de micotoxicoses pertencem aos

gêneros Aspergillus, Fusarium e Penicillium, mas existem também toxinas em outros

gêneros (OGA, 2003; MOTOLA-KUBA et al 2006).


As micotoxinas estão presentes entre os homens desde a idade mais remota, tornaram-se

mais conhecidas após o acidente econômico ocorrido na Inglaterra entre maio e agosto

de 1960, quando perderam 100.000 peruzinhos afetadas com uma micotoxina. As aves

afetadas morriam no intervalo de sete dias (OGA, 2003).

Os diferentes fungos produtores de micotoxinas são encontrados em todas as regiões do

mundo e podem crescer em uma grande variedade de substratos e sob várias condições

de umidade, pH e temperatura, assim os alimentos estão sujeitos à invasão por fungos e

contaminação com micotoxinas no campo, durante e após a colheita, no processamento,

no transporte e na estocagem, em condições deficientes de manuseio (OGA, 2003).

Ações da Vigilância Sanitária são essenciais para monitorar os níveis de contaminação

por micotoxinas em alimentos (BRANDO et al, 2007).

A deterioração de alimentos por fungos tem resultado em perdas de 5 a 20% da

produção em países desenvolvidos, podendo atingir 50% em países em

desenvolvimento, principalmente em regiões de clima tropical. Além dos problemas das

perdas econômicas, o desenvolvimento de fungos está associado à possível produção de

micotoxinas. Os riscos das micotoxinas, como as aflatoxinas, sendo a aflatoxina B1 a

mais importante, induzirem neoplasias em humanos vem sendo investigados desde

1971, a partir destes estudos criou-se uma classificação numeral denominando os

possíveis riscos carcinogênicos, nas quais enquadram-se: 1 – o agente ou mistura é

carcinogênica para humanos; 2 - o agente é possivelmente neoplásico. (FERREIRA,

2009). Sendo classificado pela Internacional Agency for Research on Cancer (IARC),

no Grupo 1: carcinogênica para seres humanos e ainda aponta que podem causar efeito

hemorrágico ao homem (TRABULSI, 2008; GLÓRIA, 2006).

Mesmo em pequenas quantidades são de extrema importância, pois podem causar

problemas de saúde em longo prazo (OLIVEIRA et al,2007).

AMENDOIM

Aspectos Gerais


O amendoim, cientificamente designado Árabes hypogaea L., é uma leguminosa com

processo especial de frutificação, em que a flor aérea após ser fecundada, produz fruto

sob o solo. É uma planta de riquíssimo valor alimentar. Seus grãos contêm cerca de

50% de gordura e 22-30% de proteína. O amendoim tem a vantagem de poder ser

consumido cru ou torrado, tornando-se um alimento disponível e adequado para

qualquer situação tecnológica. No Brasil destacam-se como regiões produtoras Ribeirão

Preto e Marília, em São Paulo, onde o plantio de cultivares precoce permite duas épocas

de cultivo: (1) amendoim das águas, semeadura realizada de setembro a outubro e

colheita nos meses chuvosos (fevereiro – marco); e (2) amendoim da seca, semeadura

realizada no final de março e colheita nos meses secos (julho – agosto). É uma cultura

de ciclo curto, cerca de 90-110 dias (FAGUNDES, 2002).

Aspectos Econômicos

Dentre as principais oleaginosas cultivadas no Brasil e no mundo, destaca-se o

amendoim com uma área plantada de aproximadamente 20 milhões de hectares. Na

safra 2001/2002, a cultura do amendoim ficou em quarto lugar em produção, atrás da

soja (56,8% do total da safra mundial). Nessa safra, o amendoim participou com

10,23% do total da safra mundial de oleaginosas, que foi de 33,11 milhões de toneladas.

Cerca de 60% é destinado ao esmagamento para extração de óleo comestível,

responsável por 10% da produção mundial, sendo este o quinto óleo mais consumido

com uma produção de 3,86 milhões de toneladas. O Brasil já se situou entre os sete

primeiros países produtores de amendoim no contexto mundial, cujo principal produto

comercializado era o óleo. No inicio dos anos 70, produzia-se tanto amendoim quanto

soja, mas por ter colheita intensiva em mão de obra e ter apresentado sucessivos

problemas de incidência de aflatoxinas, acabou sendo deslocado do mercado

(MOTOLA – KUBA et al., 2006).

Países como a África Oriental têm enfrentado grandes obstáculos para a

comercialização de seus produtos aos países desenvolvidos, devido à alta incidência de

aflatoxinas (MUTEGI et al,2009).

Microbiota Fúngica de Amendoim


Os fungos estão amplamente distribuídos no solo, plantas, matéria orgânica em

decomposição, água, ar e poeira. Conseqüentemente, produtos não processados de

origem animal e vegetal podem tornar-se contaminados com uma ampla variedade de

espécies fúngicas dessas fontes. Sob condições favoráveis, os fungos podem crescer em

diferentes tipos de alimentos (cereais, carne, leite, frutas, vegetais, grãos) e causar

deterioração (FAGUNDES, 2002). Os grãos devem ser armazenados com um conteúdo

de umidade inferior a 0,70 de atividade de água. Dessa forma, a deterioração fúngica

torna-se de difícil ocorrência.

O crescimento fúngica em sementes e grãos armazenados pode provocar: diminuição do

poder de germinação; redução na quantidade de carboidratos, proteínas e gordura e

aumento no teor de umidade e de ácidos graxos livres; alteração da coloração, sabor e

aroma, modificando a qualidade organoléptica dos alimentos, sendo que essa invasão

pode ocorrer antes, durante ou após colheita. Dessa forma, pode ser dividida em dois

grupos, de acordo com o momento da contaminação: fungos do campo, que infectam o

produto ainda no campo; e fungos de armazenamento, que invadem a semente antes e

durante o armazenamento. Os fungos de campo requerem um teor de umidade em

equilíbrio com uma umidade relativa de 90-100% para crescerem. Os principais gêneros

são Cephalosporium, Fusarium, Gibberella, Nigrospora, Helminthosporium, Alternaria

e Cladosporium, que invadem grãos e sementes durante o amadurecimento. Os fungos

de armazenamento (Aspergillus, Penicillium, Rhizopus e Mucor) são encontrados em

armazéns, depósitos e silos e necessitam de teores de umidade ao redor de 16%.

Segundo Bueno et al. (2004), pode ser identificado um terceiro grupo durante o

armazenamento de cereais, os fungos de deterioração avançada (Papulospora, Sordaria,

Fusarium graminearum e membros da ordem Mucorales), que podem estar misturados

com os outros gêneros citados anteriormente. Contudo, a fonte original dos fungos nas

circunstâncias descritas é o campo.

No Brasil, em amostras de amendoim da região de Araraquara (São Paulo), espécies de

Aspergillus, principalmente Aspergillus flavus, foram as mais isoladas. De 107 culturas

isoladas, 102 foram identificadas como A. flavus (FONSECA et al., 1974).

Crescimento Fúngico e Produção de Micotoxinas


A contaminação por micotoxinas em alimentos e derivados não configura um problema

apenas de países pobres. A economia de muitos países é afetada por a ocorrência de

micotoxinas por interferir ou impedir a exportação, reduzir a produção animal e agrícola

e comprometer a saúde humana (LEUNG et al., 2006). A contaminação durante o

armazenamento está associada aos fungos das espécies Aspergillus e Penicillium,

enquanto que as espécies do gênero Fusarium podem contaminar com micotoxinas

produzidas antes ou pós-colheita (KABAK et al., 2006).

A contaminação ocasionada por micotoxinas, em geral, não pode ser visualizada a olho

nu, sendo assim, os produtos uma vez contaminados seguem para comercialização, com

a presença de compostos capazes de provocar enfermidades e muitas vezes levar à

morte. Tal mecanismo resulta em uma exposição contínua a pequenas doses de

micotoxinas, levando animais ou até mesmo seres humanos a desenvolver patologias

crônicas ou toxicoses difusas (CALVO, 2005).

A hifa, estrutura básica dos fungos filamentosos está capacitada a utilizar substratos

sólidos através do crescimento superficial e penetração em seu interior. Os fungos são

capazes de secretar enzimas, quebrar compostos macromoleculares complexos e utilizar

os produtos dessas reações para o seu crescimento e metabolismo. Podem ainda

absorver nutrientes de baixo peso molecular, os quais, obviamente, não estarão

associados ao processo de metabolismo primário (CAST, 2003).

A exposição de micotoxinas aos seres humanos pode ocorrer de uma forma direta,

através da ingestão de alimentos vegetais, e indiretamente através de alimentos de

origem animal, quando os animais consomem rações contaminadas. Algumas

micotoxinas podem provocar uma degeneração da capacidade funcional de rins e

fígado, enquanto outras são neurotoxinas ou afetam a síntese protéica, levando a uma

variedade de efeitos que vão desde a sensibilidade ou necrose da pele até a uma extrema

imunodeficiência (CAST, 2003; CUCCIOLONI, 2009).

Nesse contexto, é importante compreender que entre muitas micotoxinas conhecidas,

400 apresentam toxicidade. Cerca de vinte tem sido particularmente investigadas e

somente 5 ou 6 são importantes do ponto de vista agrícola: as aflatoxinas (amendoim,

milho), ocratoxina A (café), tolina (suco de maca), fumonisinas (milho),


desoxinivalenol (trigo) e zearalenona (milho). Esta lista, embora curta, implica em um

vasto conhecimento científico, por envolver inúmeros fungos produtores e alimentos de

grande poder nutricional e econômico (CAST, 2003; FERREIRA et al 2009).

Fungos Produtores de Aflatoxinas

As aflatoxinas representam a principal classe de micotoxinas e são produzidas por

quatro espécies de fungos do gênero Aspergillus. Essas espécies são A.flavus,

A.parasiticus, A.nomius e A.pseudotamarii. Dessas quatro espécies, apenas A.flavus e

A.parasiticus são economicamente importantes. Estes fungos têm a habilidade de se

desenvolver em áreas de temperaturas elevadas e baixas umidades e contaminar um

grande número de alimentos (CAST, 2003); A.flavus e A.parasiticus apresentam uma

particular afinidade por grãos e sementes oleaginosas. Amendoim, milho e algodão são

as três mais importantes afetadas. Trabalhos mais antigos relatam que a produção de

aflatoxinas está associada às condições inadequadas de secagem e armazenamento. Em

seu trabalho, Brando (2007) descreve que a alta incidência de aflatoxinas nos

amendoins encontrados no Brasil é decorrente das práticas de colheita, secagem e

armazenamento; o aumento de umidade e temperatura promove o desenvolvimento do

Aspergillus e a produção da aflatoxina, que se agravam no período chuvoso. Esses

fungos são muito importantes por contaminarem vários produtos e produzirem a

aflatoxina tanto na pré, como na pós-colheita (GONÇALVEZ et al,2008).

Realmente estes fatores são certamente importantes na ocorrência das aflatoxinas em

áreas úmidas e tropicais. Entretanto, em zonas temperadas, estudos mais recentes

mostram que o estresse pela secura, o ataque de insetos e a umidade do solo estão

associados à invasão fúngica e a produção de aflatoxinas antes da colheita. A

competição microbiana também e um fator que influência a produção de aflatoxinas

(CAST, 2003).

As aflatoxinas são um grupo de pelo menos 16 derivados bis-furano iso-cumarínicos,

sendo as quatro principais naturalmente produzidas, as aflatoxinas B1, B2, G1 e G2. A

aflatoxina B1, entre todas as aflatoxinas, e usualmente a toxina de maior ocorrência e

concentração presente nos alimentos. A nomenclatura B e G e função das fluorescências

de cor azul e verde, respectivamente, que são produzidas, quando essas toxinas,


adsorvidas em placas de sílica gel 60G, são expostas a lâmpada de ultravioleta de

comprimento de onda 366 nm (GONÇALVEZ et al ,2008; BRANDO, 2007).

Biossíntese de Aflatoxinas

O caminho biossintético das aflatoxinas está praticamente entendido e tem sido descrito

em uma série de artigos e revisões. Inicialmente, acetato e malonil CoA são convertidos

em uma unidade de hexanoil CoA por um acido graxo sintaxe, a qual e transformada

por uma policetideo sintaxe a acido norsolorinico, que é o primeiro precursor estável na

biossíntese das aflatoxinas. O policetideo sofre então aproximadamente 12-17

conversões enzimáticas, levando a formação de versicolorina B. Segue-se então uma

rota com a formação de versicolorina A, dimetil esterigmatocistina, esterigmatocistina,

O-metilesterigmatocistina, aflatoxina B1 e aflatoxina G1 (SWEENEY & DUBSON,

1999).

Fatores que Afetam a Sobrevivência, Crescimento e Produção de

Aflatoxinas por Aspergillus

O crescimento de fungos aflatoxigênicos é influenciado, entre outros fatores, pela

atividade de água, temperatura, grãos quebrados, aeração, inoculo fúngico, interações

microbianas e presença de insetos. Evitar o acúmulo de toxinas em grãos armazenados e

semente oleaginosa depende primariamente do controle da umidade. Se o produto está

muito seco para permitir qualquer crescimento fúngico, e permanece armazenada nessa

condição, possivelmente nenhuma deterioração ocorrerá. Contudo, a presença de insetos

e roedores pode levar a um aumento da umidade, com a conseqüente formação de

micotoxina (CAST, 2003).

A contaminação com aflatoxinas no campo e muito difícil de controlar porque é

influenciada primariamente por condições climáticas tais como: umidade relativa e

temperatura. Umidade do solo, estresse pela secura, dano por inseto e deficiência na

nutrição mineral são também fatores que podem gerar produtos contaminados,

principalmente em áreas de clima temperado (SWEENEY & DUBSON, 1999).


Contudo, percebe-se que os altos níveis de contaminação com aflatoxinas estão

associados com o crescimento pós-colheita de fungos (Aspergillus) e o armazenamento

em condições inadequadas. Isso parece ser extremamente comum em países tropicais e

subtropicais, com clima quente e úmido (CAST, 2003; FERREIRA et al 2009).

A atividade de água e a temperatura são os mais importantes fatores que controlam o

crescimento fúngico e a produção de aflatoxinas pelo Aspergillus flavus e Aspergillus

parasiticus em alimentos (CAST, 2003).

Metabolismo e Aspectos Toxicológicos das Aflatoxinas

Aflatoxinas tem sido descritas como tendo atividade imunossupressora, mutagênica,

teratogênica e hepatocarcinogênica (ATROSHI et al., 2002).

Micotoxicose e a doença resultante da exposição à micotoxina pela ingestão de rações e

alimentos contaminados. Entretanto, outras fontes, tais como inalação, contato pela

pele, devem ser consideradas. Na Croácia, foram isoladas, de pacientes com

aspergiloma pulmonar (7 homens e 4 mulheres), 3 espécies de Aspergillus fumigatus e

duas de Aspergillus versicolor. Aflatoxina B1 foi encontrada nos extratos de cultura de

todas as espécies. Aflatoxina G1 foi produzida por duas das espécies de A.fumigatus e

esterigmatocistina (precursor final da aflatoxina) nos dois extratos de A. versicolor.

Sabe-se que a produção das toxinas não reflete necessariamente o que estes fungos

podem produzir in vivo. Entretanto, os efeitos imunotóxicos, os quais favorecem

infecções, não podem ser excluídos (PEPELJNJAK et al.,2004).

A intoxicação por aflatoxinas pode ser aguda ou crônica. Na aflatoxicose aguda, os

sintomas incluem febre baixa, depressão, anorexia e diarréia, com degeneração

gordurosa no fígado e necrose. A atividade das enzimas hepáticas pode ser

interrompida, resultando em alterações do metabolismo de carboidratos, liquidez e

síntese de proteínas. A aflatoxicose crônica, como resultado da exposição de pequenas

doses de aflatoxinas por um período longo de tempo, esta associada, em seres humanos,

ao carcinoma hepatocelular (CAST, 2003).


A aflatoxina B1 foi classificada como carcinogeno tipo 1, sendo considerado um dos

principais fatores de risco para carcinoma hepatocelular (HCC). O HCC e o quinto mais

comum câncer no mundo, com uma estimativa de 473.000 novos casos anualmente.

Muitos pacientes sobrevivem menos de 1 ano após o diagnóstico. Na China, 235.000

novos casos dessa doença ocorrem anualmente, representando cerca de 50% do total

mundial (CAST, 2003).

A aflatoxina, após ingestão, e absorvida no intestino e transportada ao fígado, onde e

metabolizada. A excreção da aflatoxina B1 ocorre primariamente através das vias

biliares e, em menor extensão, no trato urinário e no leite de animais em lactação, na

forma de aflatoxinas M1, P1 e Q1(PEPELJNJAK et al., 2004).

Prevenções da Contaminação por Aflatoxina em Amendoim

Qualquer prática agrícola que aumente o desenvolvimento e qualidade da planta e

diminua a infestação fúngica, contribuirá efetivamente para o decréscimo da

contaminação por aflatoxinas em amendoim. Isso envolve:

1 - utilização de cultivos resistentes. Apesar de diversos trabalhos relatarem que alguns

genótipos apresentam uma maior resistência a produção de aflatoxinas, não há

disponibilidade deles comercialmente (PRADO et al., 1999);

2 - prevenção do estresse hídrico, a cultura deve ser conduzida em condições que evitem

os períodos de estiagem prolongada porque estes provocam danos aos tecidos da casca e

da película dos grãos, permitindo a entrada dos fungos do solo;

3 - execução da colheita no ponto ótimo de maturação, evitando danos mecânicos por

onde os fungos podem penetrar. A colheita prematura aumenta a proporção de vagens e

sementes imaturas e mal desenvolvidas, o que dificulta a secagem e favorece os fungos.

Nem elevada temperatura sozinha nem o estresse hídrico sozinho causam contaminação

por aflatoxina em grãos sãos e maduros (GODOY et al., 2001);

4 - outros procedimentos como limpeza, controle de insetos e uso adequado de

fungicidas são importantes para diminuir ou manter a aflatoxina em níveis mínimos de


contaminação. O próprio controle bem feito das doenças das folhas promove a vigor das

plantas nos esporões e nas vagens, previne a germinação precoce (porta de entrada para

fungos) e reduz o acúmulo de folhas no solo (CAST, 2003; GODOY et al., 2001);

5 - suplementação do solo com cálcio, na forma de sulfato de cálcio. A espessura da

casca da semente do amendoim aumenta, ocasionando uma menor porcentagem de

grãos infectados com Aspergillus SP, Penicillium spp e Rhizopus spp quando os grãos

são secos no campo. Em lotes de sementes contaminadas com aflatoxinas, as maiores

concentrações são encontradas entre as sementes enrugadas e mal desenvolvidas

(GODOY et al., 2001; FERREIRA et al 2009);

6 - aplicação no solo de espécies de A.flavus e A.parasiticcus não aflatoxigênicos e

capaz de reduzir a contaminação com aflatoxina em amendoim antes da colheita;

7 - secagem do amendoim no campo ou utilizando secadores artificiais. São utilizados

equipamentos com fluxo de ar quente (temperatura em torno de 35° C) e em posição

estática. Movimentos de rotação podem romper as células dos grãos e provocar a

oxidação do óleo, depreciando o produto. A secagem deve reduzir a umidade de 40-

50% a 8%. Nessa condição a produção de aflatoxina não ocorre (GODOY et al., 2001).

Remoção ou Destruição Física e Química da Aflatoxina

Segundo Cast, 2003, os procedimentos que são utilizados no controle da redução ou

inativação das aflatoxinas em amendoim são:

Métodos físicos de separação - A separação mecânica dos grãos de amendoim

considerados de alta possibilidade de apresentar níveis elevados de aflatoxinas, como

grãos chochos, danificados, brotados e de coloração diferente, permite uma redução

parcial dos teores de aflatoxinas.

Calor - Em virtude da estabilidade das aflatoxinas ao calor (decomposição varia de

237°C – 306°C), não há completa destruição pelo tratamento térmico.

Extração por solventes - As aflatoxinas podem ser extraídas eficientemente com este

processo, utilizando sistemas binários ou terciários, como etanol 95%, solução aquosa


de acetona a 90%, isopropanol 80% e exato: etanol: água, em proporções iguais. Este é

um método eficiente e tem um efeito mínimo no conteúdo protéico e nutricional.

Adsorção - Alguns adsorventes em soluções aquosas podem se ligar as aflatoxinas,

tornando-as não disponíveis durante a digestão. Substância como alumínio-silicato de

sódio e cálcio hidratado, bentônica sódica natural, carvão ativado com partículas

reduzidas, quando adicionadas aos alimentos e rações, tem a capacidade de seqüestrar a

toxina. Isso ocorre normalmente no intestino dos animais.

Luz ultravioleta - Aflatoxina B1 absorve radiação ultravioleta a 222, 265 e 362 nm,

com a maior absorção ocorrendo a 362 nm. Essa irradiação ativa a aflatoxina B1 e

aumenta a susceptibilidade para degradação. Contudo, experimentos laboratoriais

indicaram limitações ao uso da radiação ultravioleta para degradar aflatoxinas.

Ozônio (O3) - E um gás estável, mas em ambiente aquoso apresenta uma meia vida de

20 minutos. Decompõe-se para formar oxigênio e pode ser classificado como agente

químico não persistente. É um poderoso agente oxidante, que reage com a dupla ligação

C8=C9 do anel forano, através de um ataque eletrofílico.

Amoníaco - É considerado o processo de destruição de produtos contaminados com

aflatoxinas mais prático e promissor. O tratamento envolve uso de gás amônia ou

hidróxido de amônia (em alta pressão/alta temperatura) e provoca abertura do anel

lactona da estrutura química da aflatoxina, particularmente quando o pH do meio e

superior a 9,5. Este processo e utilizado atualmente nos Estados Unidos, África do Sul,

Brasil e México.

Bissulfito - É utilizado normalmente como conservante de alimentos, como bebidas,

frutas e vegetais. Inibe escurecimento enzimático e não-enzimático e o crescimento de

micro-organismos. O bisulfito de sódio pode reagir em dois sítios ativos da aflatoxina

B1, provocando quebra do anel lactona ou adição no anel forano terminal.

Degradação Biológica de Micotoxinas

Embora alguns métodos citados apresentem uma relativa eficiência no processo de

descontaminação de alimentos com aflatoxinas, as limitações em função da eficácia,


custo, perda de nutrientes e alterações das características organolépticas impõem novas

e melhores soluções para o problema das micotoxinas em alimentos (BATA et al 1999).

A bactéria Flavobacterium aurantiacum tem sido extensivamente estudada e mostra

uma alta capacidade de metabolizar a aflatoxina B1 em vários alimentos, como leite e

pasta de amendoim. Entretanto, a brilhante pigmentação laranja associada a esta

bactéria limita sua aplicação em alimentos e rações (BATA et al, 1999).

Entre os microrganismos que podem ser utilizados como agentes de controle biológico

destacam-se as leveduras, em função de: habilidade de colonizar superfícies secas por

um longo período de tempo; não formam esporos alergênicos e nem produzem toxinas;

produzem polissacarídeos extracelulares que garantem sua sobrevivência e restringem

os sítios de colonização dos fungos; usam nutrientes disponíveis para desenvolvimento,

não sendo exigentes do ponto de vista nutricional; e são minimamente afetados por

pesticidas (BATA et al, 1999).

Aflatoxina B1 e Neoplasias

O processo de neoplasia, fundamentado em trabalhos experimentais, envolve duas fases

distintas: a iniciação e a promoção de necrose celular. A fase de iniciação e resultante de

alterações mutagênicas nas células, e a fase de promoção se relacionam com a expressão

fenotípica de modificações ocorridas na primeira fase. Assim, as mutações determinadas

pelas aflatoxinas representam alterações genéticas permanentes nas células afetadas, o

que possibilita a iniciação do processo de neoplasia (LOPES et al., 2006; MOTOLA –

KUBA et al., 2006).

A neoplasia hepática representa o mais importante efeito de toxicidade crônica das

aflatoxinas. Esta capacidade tem sido demonstrada extensivamente, sobretudo em

relação à aflatoxina B1, em muitas espécies animais, incluindo peixes, aves, roedores,

carnívoros e primatas (LOPES et al., 2006). Nestes animais, a aflatoxina B1 induz a

formação de neoplasia hepatocelular, mesmo quando ingerida em quantidades muito

baixas, o que permite considerá-la como um dos mais potentes hepatoneoplásicos

naturais (COULOMBE, 1991).


No Brasil, apesar da legislação em vigor, a ocorrência de aflatoxinas tem sido observada

com freqüência, e em altos níveis, principalmente no Estado de São Paulo, em

alimentos utilizados para consumo humano e animal, tais como, milho, amendoim e

derivados (SABINO et al., 1989). A contaminação de derivados de amendoim, como

paçocas e outros doces, assume destacada relevância em saúde publica, devido ao fato

de crianças constituírem os principais consumidores desses produtos (BRUNO, 2000).

Legislação

A legislação de alimentos tem a função de proteger a saúde dos consumidores e a

capacidade econômica de produtores e comerciantes. A natureza nociva das aflatoxinas

para humanos e animais tem provocado a necessidade de estabelecer limites de

tolerância pelas autoridades nacionais e internacionais. A tendência e de que as nações

industrializadas estabeleçam níveis mais baixos que os países em desenvolvimento,

onde a maior parte dos alimentos é produzida (REITER, 2009; FERNANDES, 2007).

Os países da União Européia estabeleceram limites tão baixos quanto possível para

proteger a saúde de seus consumidores. Estudos apontam a possível subestimação de

doenças e mortes acometidas por aflatoxinas nos países subdesenvolvidos (VINEIS e

XUN, 2009).

No Brasil o Ministério da Saúde e a Comissão Nacional de Normas e Padrões para

Alimentos (CNNPA) estabelecia até 2002 um limite de 30 mcg/kg (Aflatoxina B1 +

Aflatoxina G1) em alimentos de consumo humano, porém esse limite máximo foi

modificado em outubro de 2002 pelo Ministério estabelecendo 20 mcg/kg de aflatoxinas

totais (B¹ + B² + G¹ + G²) através da Resolução RDC nº 274 de 15/10/2002,

determinado também pela Resolução GMC nº 56/94 MERCOSUL (KAWASHIMA,

2006; OLIVEIRA,2007).

CONCLUSÃO

Conclui-se, nesse estudo, que as boas práticas agrícolas, de transporte, de manufatura e

de armazenagem continuam sendo a melhor forma de prevenir a contaminação de

alimentos por aflatoxinas. Assim, estratégias e instrumentos legais, necessários na


agricultura e na indústria de alimentos, podem assegurar a qualidade dos produtos de

origem animal e vegetal.

A presença de aflatoxinas em alimentos, principalmente no amendoim e seus derivados,

tem sido comprovada analiticamente em grande parte dos produtos avaliados,

constatando-se que muitas vezes os níveis registrados estão acima do limite máximo

estipulado pela legislação brasileira. A presença de aflatoxinas em concentrações

inferiores a 20mg/kg não caracteriza toxicidade, porém o ideal e que os alimentos

estejam isentos de micotoxinas, pois a freqüente e prolongada ingestão de alimentos

com baixas concentrações de aflatoxinas, pode induzir a produção de células

cancerígenas ou comprometer a imunidade.

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