Minimização das perdas de peso de batata durante o corte ... · Palavras-chave: Batata frita; Operação de corte em rodelas; Perdas de peso de batata; Minimização de perdas.
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Minimização das perdas de peso de batata durante o corte
numa linha de produção de batata frita
Ana Luísa Nunes Hortas Biscaia Relvas
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Biológica
Orientadores: Prof.ª Marília Clemente Velez Mateus
Eng.º Nuno Miguel Antunes Moreira
Júri:
Presidente: Prof.ª Helena Maria Rodrigues Vasconcelos Pinheiro
Orientador: Eng.º Nuno Miguel Antunes Moreira
Vogal: Prof.ª Maria de Fátima Guerreiro Coelho Soares Rosa
Outubro 2018
E o percurso natural para se passar da nulidade à grandeza é esquecermo-nos de que
somos um grama e sentirmos que somos a milionésima parte de uma tonelada.
Zamiatine em Nós
i
Agradecimentos
Gostaria de começar por agradecer a todas as pessoas que me acompanharam na fábrica na realização do
trabalho prático da tese. Em primeiro lugar, ao Engenheiro Nuno Moreira por me ter dado a oportunidade de
realizar o trabalho prático da minha tese na fábrica. Em segundo lugar, à Engenheira Tânia Fernandes por
todo o apoio e disponibilidade demonstrada ao longo destes meses de trabalho. Em terceiro lugar, quero
agradecer a todos os operadores e restantes trabalhadores que me prestaram tão preciosa ajuda, sem a qual
a realização desta tese teria sido impossível, e que me fizeram companhia ao longo do estágio, nos quais se
incluem a Teresa Machado, o João Francisco, o José Santos, o João Franco, o Mário Santiago, o Ricardo
Anacleto, entre tantos outros. Obrigada a todos por me terem recebido tão calorosamente na fábrica e peço
desculpa, em particular aos operadores, por estar constantemente a chatear!
Quero também agradecer à minha orientadora interna, a Profª Marília Mateus, pelo interesse que demonstrou
logo desde início nesta tese e por todo o apoio incansável que me prestou ao longo destes meses de trabalho.
Um agradecimento enorme vai para os meus colegas do IST, em particular para as minhas grandes amigas
Ana Pereira, Catarina Oliveira, Beatriz Godinho e Filipa Pereira. Conseguimos ultrapassar muitas barreiras
juntas ao longo destes anos passados na faculdade. O meu percurso, que foi tão difícil em certos pontos, foi
tornado tão mais fácil pela vossa companhia, apoio e amizade incondicional. A vossa amizade é, e digo-o
com toda a certeza, o melhor que trago da minha estadia no IST.
Quero também agradecer aos meus amigos de longa data João Crastes, Maria Bagulho, Sara Silva e Sofia
Pires. A vossa contribuição para o meu sucesso académico, apesar de que indireta, não foi menos importante.
Espero que, e apesar de já termos uma emigrante no grupo, consigamos manter esta amizade por muitos
mais longos anos.
Por fim, e não menos importante, quero agradecer à minha família, em particular à minha mãe, ao meu pai,
ao meu irmão, à minha madrinha e à minha mãe emprestada, a Rosa, por tudo. Devo agradecer, em particular,
aos meus pais por me darem a oportunidade de estudar em Lisboa e por todo o apoio incondicional que me
deram não só ao longo destes últimos anos, mas durante toda a minha vida.
ii
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Resumo
A batata branca é um alimento que faz parte da dieta humana há 8000 anos. Com o desenvolvimento da
indústria alimentar, esta tem tomado diversas formas, sendo uma delas as batatas fritas. Na fábrica de
produção industrial deste produto, onde foi realizado o presente o projeto, podem-se encontrar duas linhas
de produção deste produto, a linha P e a K.
O presente projeto teve como objetivo a minimização das perdas de peso de batata na operação de corte da
linha K, perdas que, em 2016, foram de 13%, em média. Identificaram-se fatores de potencial influência nestas
perdas, sendo estes: o desgaste das cabeças de corte, o caudal de água aplicado, a forma de alimentação
da batata e o desgaste das lâminas. O efeito de cada fator estudou-se individualmente, sendo que as perdas
foram medidas pela aplicação dum procedimento operatório standard da empresa. Com base nos resultados
obtidos, apresentaram-se soluções e avaliou-se o respetivo impacto económico. Concluiu-se que uma
redução de caudal de água e um novo regime de substituição de lâminas, poderão ser as melhores soluções,
podendo gerar poupanças até 6,4E+04€/ano, sendo necessária a realização de testes de validação para
comprovar os resultados obtidos. Com vista a melhorar a confiança nos resultados, sugerem-se alterações
ao procedimento operatório standard bem como um melhor planeamento no futuro de experiências deste tipo.
Palavras-chave: Batata frita; Operação de corte em rodelas; Perdas de peso de batata; Minimização de
perdas.
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Abstract
The white potato is a food product that has been a part of the human diet for about 8000 years. With the
development of the food industry, it has taken various forms, one of them being potato chips. In the potato chip
factory where the present work was conducted there are two distinct chip production lines, line P and line K.
The main goal of the present work was to minimize potato weight loss in the slicing operation of the K line,
which were, in average, of 13% in 2016. Factors with potential influence in these losses were identified, them
being: slicer head wear, applied water flow, potato feeding conditions and blade wear. The effect of each factor
over was studied individually, with the potato weight losses being measured by the company’s standard
operating procedure for this purpose. Based on the results that were obtained, solutions were presented, and
their respective economical impact evaluated. It was concluded that a reduction in water flow and a new regime
of blade replacement could be the better solutions, resulting in savings that can reach 6.4E+04€/year. Further
validation tests of these solution should be done. Also, to get more precise results in the future, changes to
the standard operating procedure and a better planning of experiences of this type are suggested.
Keywords: Potato Chips; Slicing Operation; Potato weight loss; Loss minimization.
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vii
Índice
Agradecimentos .........................................................................................................................................i
Resumo ................................................................................................................................................... iii
Abstract.....................................................................................................................................................v
Índice ...................................................................................................................................................... vii
Índice de figuras ...................................................................................................................................... ix
Índice de tabelas .................................................................................................................................... xii
Lista de abreviaturas ............................................................................................................................. xiv
1. Contextualização do projeto ............................................................................................................. 1
1.1. A fábrica de produção de batata frita ...................................................................................... 1
1.2. Declaração do problema ......................................................................................................... 1
1.3. Objetivo e planeamento do projeto ......................................................................................... 1
2. Introdução ............................................................................................................................................ 2
2.1. Origem e história do consumo da batata ................................................................................ 2
2.2. Biologia da batata .................................................................................................................... 3
2.2.1. A planta da batata ........................................................................................................... 3
2.2.2. Composição química geral .............................................................................................. 4
2.2.3. Morfologia e microestrutura ............................................................................................. 7
2.3. A batata frita ............................................................................................................................ 9
2.3.1. História da batata frita e mercado ................................................................................... 9
2.3.2. Produção industrial de batata frita: descrição do processo geral de produção ............ 10
2.3.3. As linhas de produção de batata frita da fábrica ........................................................... 16
3. Materiais e métodos ....................................................................................................................... 23
3.1. Amostras de batata ............................................................................................................... 23
3.2. Pesagem das amostras pré- e pós-corte: o procedimento standard da empresa ................ 23
3.3. Efeito da variação dos fatores identificados na perda de peso da batata na operação de corte:
estratégia experimental ...................................................................................................................... 24
viii
3.3.1. Desgaste das cabeças de corte .................................................................................... 24
3.3.2. Caudal de água de lubrificação ..................................................................................... 24
3.3.3. Condições de alimentação ............................................................................................ 25
3.3.4. Desgaste das lâminas ................................................................................................... 25
3.4. Estratégia analítica ................................................................................................................ 26
3.4.1. Análise do efeito (%) do desgaste da cabeça de corte, do caudal de água e das condições
de alimentação ............................................................................................................................... 26
3.4.2. Análise do efeito do desgaste das lâminas ................................................................... 27
3.4.3. Avaliação do impacto económico de alterações na operação de corte da linha K ....... 27
4. Resultados e discussão ................................................................................................................. 28
4.1. Efeito dos fatores identificados na perda de peso da batata na operação de corte em rodelas
28
4.1.1. Efeito do desgaste das cabeças de corte, do caudal de água e das condições de
alimentação .................................................................................................................................... 28
4.1.2. Impacto do desgaste das lâminas ................................................................................. 36
4.1.3. Análise da variabilidade dos resultados obtidos ........................................................... 39
4.2. Alterações nas condições da operação de corte da linha K: Avaliação da sua possibilidade e
impacto económico ............................................................................................................................ 41
4.2.1. Investimento em novas cabeças de corte ..................................................................... 41
4.2.2. Diminuição do caudal de água ...................................................................................... 42
4.2.3. Alteração às condições de alimentação ........................................................................ 44
4.2.4. Alteração ao regime de substituição de lâminas ........................................................... 44
5. Conclusões e trabalho futuro ......................................................................................................... 47
6. Referências .................................................................................................................................... 49
7. Anexos ........................................................................................................................................... 53
ix
Índice de figuras
Figura 2.1. – Representação gráfica das quotas de produção mundial de batata por continente (FAO,
2016). ....................................................................................................................................................... 2
Figura 2.2. – Representação ilustrativa da planta da batata e seus constituintes (adaptada de International
Potato Center, n.d.) ................................................................................................................................. 4
Figura 2.3. – Representação dos polímeros de amilose (acima) e amilopectina (meio), com as ligações
alfa-1-4 e alfa-1-6 entre os monómeros de D-glucose destacadas, e das micelas cristalinas de amilopectina
(baixo) (Huang e Rooney, 2001). ............................................................................................................ 6
Figura 2.4. – Perfil genérico da evolução do conteúdo em açúcares redutores (%, a verde) e em sólidos
totais (%, a laranja) ao longo do tempo, desde a floração até à colheita (adaptado de documentação
fornecida pela empresa) .......................................................................................................................... 7
Figura 2.5. – Corte longitudinal de um tubérculo, com os tecidos celulares que o compõem em destaque
(adaptado de Fedec et al., 1997) ............................................................................................................ 7
Figura 2.6. – Imagem obtida através de SEM de um tubérculo da variedade Russet Burbank onde se pode
observar a camada de células superficiais da periderme desprovida de grânulos de amido e as do córtex,
contendo grânulos de amido no seu interior (Fedec et al., 1997). .......................................................... 8
Figura 2.7. – Distribuição do tamanho de partículas (em %) de grânulos de amido para 21 variedades da
batata (%matéria seca ± SD): Atrice (16,03±0,98), Adora (14,03±0,11), Arielle (15,07±0,42), Arizona
(15,06±0,21), Asterix (27,22±0,98), Belline (18,76±0,34), Berber (18,96±0,34), Colomba (16,63±0,19),
Crisper (25,70±0,53), Fontana (27,17±0,91), Inova (21,34±0,55), Laura (15,56±0,69), Marlene
(24,84±0,75), Red Scarlet (18,10±0,05), Safrane (22,63±0,16), Sinora (22,37±0,31), Soprano (18,69±0,11),
Triplo (24,16±0,20), Universa (17,28±0,20), Vivaldi (19,68±0,31) e Volumia (18,77±0,23). A cor preta
corresponde a grânulos com área superficial menor que 350 μm2, cinzento escuro entre 350 e 1250 μm2
e cinzento claro maior que 1250 μm2 (Romano et al., 2017). ................................................................. 9
Figura 2.8 - Digrama geral das operações unitárias de uma linha de produção de batata frita (adaptado de
Gould, 2001) .......................................................................................................................................... 10
Figura 2.9 – Relação entre o rendimento final de fritura (%) (A) e do conteúdo final de óleo (%) (B) com a
espessura da rodela de batata (polegadas) para tempos de fritura de 3; 3,5; 4; 4,5 e 5 minutos de fritura
(Gamble e Rice, 1988) .......................................................................................................................... 13
Figura 2.10 – Galeria de imagens selecionadas de uma célula de batata obtidas por microscopia ótica
numa experiência simulada de fritura a 180 °C a 1,0 s (A); 3,0 (B); 3,5s (C); 3,7s (D); 12,2 s (E); 20,0s (F);
60,0s (G) e 180s (H) de fritura (Aguilera et al., 2001) ........................................................................... 14
Figura 4.1 – Efeito do desgaste das cabeças de corte com 0,7 anos de utilização (gráfico A) e com 9 anos
de utilização (gráfico B) nos valores (pontos negros) de perda de peso da batata (Perda, em %) obtidos
por ordem cronológica para 23 testes para cada nível, num total de 46 amostras independentes de 10kg
x
de batata branca. Os testes realizaram-se no período entre 11/12/2017 e 20/12/2017 nas cortadoras da
linha P, a um caudal de água de lubrificação médio de 16,4 l/min, com alimentação singular de batata e
lâminas com 0h de desgaste. Os pontos circulares representam testes na cortadora 1, os quadrados na
2, os losangos na 3 e os triângulos na 4. Estão também representados os valores de Perda̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ (em %) (linha
verde contínua) e desta mais (LS) e menos o SD (LI) (linha continua vermelha superior e inferior,
respetivamente) para os dois níveis. As linhas verticais negras a tracejado representam mudança no lote
de batata usado para recolha das amostras. As características do lote bem como os valores de Perda de
todas as amostras podem-se encontrar na Tabela 7.1 do Anexo C…………………………………..….29
Figura 4.2 – Representação gráfica dos valores de desvio obtidos (pontos negros) para cada uma das
cortadoras da linha P. Os pontos ligados por uma linha contínua correspondem aos calculados a partir dos
valores de Perda para as cabeças de corte com 0,7 anos de utilização (nível A) e os pontos ligados pela
linha tracejada correspondem aos obtidos para as cabeças de corte com 9,0 anos de utilização (nível B).
Os pontos circulares correspondem à cortadora 1, os quadrados à 2, os losangos à 3 e os triângulos à 4.
Todos os valores de desvio apresentam-se na Tabela 7.6 do Anexo C………………………………….30
Figura 4.3 - Efeito do desgaste do caudal de água de 17,4 l/min (gráfico A) e de 67,0 l/min (gráfico B) nos
valores (pontos negros) de perda de peso da batata (Perda, em %) obtidos por ordem cronológica para 25
testes para cada nível, num total de 50 amostras independentes de 10kg de batata branca. Os testes
realizaram-se no período entre 21/12/2017 e 30/01/2018 na cortadora 4 da linha P, usando uma cabeça
de corte com 0,7 anos de utilização, com alimentação singular de batata e lâminas com 0h de desgaste.
Estão também representados os valores de percentagem de Perda̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ (em %) (linha verde contínua) e desta
mais (LS) e menos o SD (LI) (linha continua vermelha superior e inferior, respetivamente) para os dois
níveis. As linhas verticais negras a tracejado representam mudança no lote de batata usado para recolha
das amostras. As características do lote bem como os valores de Perda de todas as amostras podem-se
encontrar na Tabela 7.2 do Anexo C……………………………………………………………………….33
Figura 4.4 - Representação gráfica dos valores de desvio obtidos (pontos negros) para cada um dos testes
com repetições do estudo do efeito do caudal de água de lubrificação, sendo estes os testes nº1, 5, 6 e
20. Os pontos ligados por uma linha contínua correspondem aos calculados a partir dos valores de Perda
para uma caudal de água de 17,4 l/min (nível A) e os pontos ligados pela linha tracejada correspondem
aos obtidos a um caudal de 67,0 l/min (nível B). Todos os valores de desvio apresentam-se na Tabela 7.7
do Anexo C…………………………………………………………………………………………………….34
Figura 4.5 - Efeito da alimentação de batata singular (gráfico A) e de alimentação agrupada (gráfico B) nos
valores (pontos negros) de perda de peso da batata (Perda, em %) obtidos por ordem cronológica para 23
testes para cada nível, num total de 46 amostras independentes de 10kg de batata branca.. Os testes
realizaram-se no período entre 11/01/2018 e 20/02/2018 na cortadora 2 da linha K, usando uma cabeça
de corte com 9 anos de utilização, a um caudal de água de lubrificação de 100 l/min e lâminas com 0h de
desgaste. Estão também representados os valores Perda̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ (em %) (linha verde contínua) e desta mais (LS)
e menos o desvio padrão (LI) (linha continua vermelha superior e inferior, respetivamente) para os dois
níveis. As linhas verticais negras a tracejado representam mudança no lote de batata usado para recolha
xi
das amostras. As características do lote bem como os valores de Perda de todas as amostras podem-se
encontrar na Tabela 7.3 do Anexo C…………………………………………………………………………35
Figura 4.6 - Representação gráfica dos valores de desvio obtidos (pontos negros) para cada um dos testes
com repetições do estudo do efeito das condições de alimentação de batata, sendo estes os testes nº2, 3,
4, 5, 6 e 11. Os pontos ligados por uma linha contínua correspondem aos calculados a partir dos valores
de Perda para alimentação singular (nível A) e os pontos ligados pela linha tracejada correspondem aos
obtidos para alimentação agrupada (nível B). Todos os valores de desvio apresentam-se na Tabela 7.8 do
Anexo C………………………………………………………………………………………………………….36
Figura 4.7 – Representação gráfica de 6 estudos independentes (linhas negras) da evolução dos valores
(pontos negros) de perda de peso de batata (Perda, em %) ao longo do tempo (em horas). Em cada estudo
os testes foram realizados na mesma cabeça de corte com o mesmo conjunto de lâminas de corte e com
amostras de 10kg de batata pertencentes ao mesmo lote. Os pontos correspondem a testes realizados às
0, às 4 e às 8h. O estudo 1 corresponde à linha com marcadores circulares, o estudo 2 aos triângulos, o 3
aos losangos e o 4 aos quadrados. Para o estudo 2 e 3, o que possui uma linha continua representa a
repetição “a” e a linha a tracejado representa a repetição “b”. Os testes realizaram-se no período entre
21/02/2018 e 26/04/2018 na cortadora 2 da linha K, a um caudal de água de lubrificação de 100 l/min e
com uma alimentação agrupada de batata. As características do lote bem como os valores de Perda de
todas as amostras podem-se encontrar nas Tabelas 7.4 e 7.5 no Anexo C…………………………….37
Figura 4.8 – Ajuste de uma evolução exponencial da perda (em %) ao longo do tempo de utilização do
mesmo conjunto de lâminas de corte ao estudo 1 (pontos circulares) e 2a (pontos triangulares)
correspondentes ao melhor e pior cenários de perdas (em %) ao longo do tempo (em h). Ao estudo 1
adaptou-se um modelo exponencial de equação Perda (t) = 15,4e1,08E-02t com um coeficiente de
determinação (r2) de 0,976. Ao estudo 2a adaptou-se um modelo exponencial de equação Perda (t) =
14,6e5,23E-02t com um coeficiente de determinação (r2) de 0,984……………………………………….38
Figura 7.1 - Tabela de consulta fornecida pela empresa onde se pode fazer a conversão entre massa
volúmica, em g/ml (blocos a vermelho), e conteúdo em sólidos (% (m/m)) da batata. ........................ 53
xii
Índice de tabelas
Tabela 2.1. – Composição química de um tubérculo de batata (Talburt et al., 1975; Miranda e Aquilera,
2006). ....................................................................................................................................................... 5
Tabela 2.2 – Pontos críticos de controlo e respetivos limites aceitáveis na avaliação dos lotes recebidos.
............................................................................................................................................................... 16
Tabela 3.1 – Níveis estudados e condições experimentais para cada um dos fatores identificados como
potenciais influenciadores da perda de peso da batata na operação de corte. Nas condições incluem-se:
o local de realização, ou seja, a linha de produção e nº de cortadora; o desgaste das cabeças de corte
usadas, em anos de utilização; o caudal de água de lubrificação, em l/min; alimentação de batata singular
ou agrupada; e desgaste das lâminas, em horas de utilização. ........................................................... 25
Tabela 4.1 – Valores de perda média (em %), desvio padrão (SD, em %), desvio global para cada nível (A
e B) estudado dos fatores desgaste das cabeças de corte (em anos), caudal de água (em l/min), condições
de alimentação. Os valores do efeito (em %) da variação de cada um destes fatores nas perdas são
também listados, bem o local de realização dos testes. ....................................................................... 28
Tabela 4.2 – Valores dos incrementos (em kg) de peso de batata desperdiçada ao longo de 8h devido ao
desgaste das lâminas com e sem mudança de lâminas às 4h, calculados para o pior e melhor cenários de
perda, correspondentes aos estudos 1 e 2a, respetivamente, com base nos modelos exponenciais
adaptados a estes dois estudos independentes. São incluídos aqui também os valores do peso total
acumulado (em kg) ao longo das 8h para todos os cenários e as poupanças finais de batata para os dois
cenários (em kg/turno). .......................................................................................................................... 39
Tabela 4.3 – Valores auxiliares ao cálculo da estimativa do pay-back time do investimento em 8 novas
cabeças de corte. São incluídos os valores investidos ou poupados mensalmente (em €) ao longo de 12
meses e respetivos valores acumulados. ............................................................................................. 42
Tabela 4.4 – Poupança anual de batata, gastos e poupança anual final (em €/ano) estimadas associadas
a cada alteração proposta às condições operatórias da linha K, sendo estas o investimento em novas
cabeças de corte, diminuição do caudal de água e um novo regime de substituição de lâminas. ...... 45
Tabela 7.1 – Valores de perda (em %) para os níveis A e B (*) de todos os testes realizados no estudo do
efeito do desgaste da cabeça de corte, em anos. São incluídas as correspondentes características do lote
de batata das respetivas amostras recolhidas, tais como o conteúdo em sólidos (em % (m/m)), o nº
tubérculos (por 10kg), se é batata ou não lavada. São também incluídas as datas de realização de cada
teste e as cortadoras onde foram realizados. ....................................................................................... 56
Tabela 7.2 - Valores de perda (em %) para os níveis A e B (*) de todos os testes realizados no estudo do
efeito do caudal de água de lubrificação, em l/min. São incluídas as correspondentes características do
lote de batata das respetivas amostras recolhidas, tais como o conteúdo em sólidos (em % (m/m)), o nº
tubérculos (por 10kg), se é batata lavada ou não lavada. São também incluídas as datas de realização de
cada teste. ............................................................................................................................................. 57
xiii
Tabela 7.3 - Valores de perda (em %) para os níveis A e B (*) de todos os testes realizados no estudo do
efeito das condições de alimentação de batata. São incluídas as correspondentes características do lote
de batata das respetivas amostras recolhidas, tais como o conteúdo em sólidos (em % (m/m)), o nº
tubérculos (por 10kg), se é batata lavada ou não lavada. São também incluídas as datas de realização de
cada teste. ............................................................................................................................................. 58
Tabela 7.4 - Valores de perda (em %) às 0, 4 e 8h para todos os estudos realizados ao efeito do desgaste
das lâminas, em horas de utilização. .................................................................................................... 59
Tabela 7.5 – Características dos lotes das amostras recolhidas para todos os estudos ao efeito do desgaste
das lâminas, em horas de utilização, onde se incluem o conteúdo em sólidos (% (m/m)), o nº tubérculos
(por 10kg), se é batata lavada ou não lavada. ...................................................................................... 59
Tabela 7.6 – Valores dos desvios de cada cortadora da linha P, calculados para os níveis A e B do estudo
do efeito do desgaste das cabeças de corte, baseados nos valores de Perda (em %) listados na Tabela
7.1. ......................................................................................................................................................... 59
Tabela 7.7 – Valores dos desvios de cada teste com repetições do estudo do efeito do caudal de água de
lubrificação, calculados para os níveis A e B, com base nos valores e perda (em %) da Tabela 7.2.. 59
Tabela 7.8 - Valores dos desvios de cada teste com repetições do estudo do efeito das condições de
alimentação de batata, calculados para os níveis A e B, com base nos valores e perda (em %) da Tabela
7.3. ......................................................................................................................................................... 60
Tabela 7.9 – Dados necessários ao cálculo da poupança anual em batata crua................................. 61
Tabela 7.10 – Dados necessários aos cálculos auxiliares da avaliação do impacto económico do
investimento em novas cabeças de corte, da diminuição do caudal de água de lubrificação e da alteração
ao regime de substituição das lâminas. ................................................................................................ 61
xiv
Lista de abreviaturas
FAO Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura
K Linha de menor capacidade de produção de batatas fritas da fábrica onde foi realizado o projeto
LI Limite inferior, representa o valor de percentagem de perda de peso de batata média na operação de corte
em rodelas de um conjunto de amostras menos o desvio padrão
LS Limite superior, representa o valor de percentagem de perda de peso de batata média de um conjunto de
amostras mais o desvio padrão
OIT Terminal de interface do operador
P Linha de maior capacidade de produção de batatas fritas da fábrica onde foi realizado o projeto
QI Índice de qualidade, medido de 0 a 10 mil, atribuído a rodelas de batata frita à saída da fritura
SD Desvio padrão
SEM Microscopia eletrónica de varrimento
1
1. Contextualização do projeto
1.1. A fábrica de produção de batata frita
A presente tese enquadra-se num projeto realizado numa fábrica onde se encontram duas linhas distintas de
produção de batata frita. A primeira, de maior capacidade, que será doravante designada como linha P, e a
segunda, que será designada de linha K. O projeto focou-se maioritariamente na segunda, mais
especificamente na redução de desperdício da operação de corte da batata em rodelas desta linha. Este
projeto foi proposto e orientado pelo gestor de operações Engº Nuno Moreira e realizado com o apoio da Engª
Tânia Fernandes, especialista e coordenadora de receção de batata.
1.2. Declaração do problema
De acordo com dados de 2016, as perdas de peso de batata observadas na operação de corte em rodelas
na linha P e na linha K apresentavam valores de 11% e de 13%, respetivamente. As perdas superiores em
2% da linha K representaram um custo adicional de batata crua 64.000 €/ano, associado a um consumo
acrescido de batata crua, ou seja, de matéria-prima, para compensar o desperdício observado.
1.3. Objetivo e planeamento do projeto
O objetivo do presente projeto prendeu-se assim com a minimização dos valores (em %) das perdas de peso
da batata na operação de corte da linha K, sendo que para tal foram previstas cinco fases para o
desenvolvimento do mesmo:
• Identificação dos diferentes fatores que afetam a operação de corte e que, consequentemente, podem
estar a afetar as perdas, na linha P e na linha K;
• Avaliação do impacto da variação de cada fator identificado nas perdas de peso;
• Proposta e teste de soluções que otimizem a operação de corte na linha K, que garantam que nem a
qualidade do produto final seja afetada negativamente e que nem a operação normal da linha seja
prejudicada;
• Avaliação da viabilidade económica das soluções encontradas;
• Controlo visando verificar se as soluções encontradas efetivamente garantem a minimização da perda de
peso da batata na operação de corte na linha K.
2
2. Introdução
2.1. Origem e história do consumo da batata
A batata branca (Solanum tuberosum) pertence à família de plantas Solanaceae e é nativa da região
montanhosa dos Andes na América do Sul onde é consumida há cerca de 8000 anos, sendo originalmente
denominada de papas pelos povos nativos, os Incas (Miranda e Aquilera, 2006). Os tubérculos da planta eram
consumidos nesta altura cozinhados e principalmente sob a forma seca, um produto a que se chamava de
chuño, que servia de alimento entre colheitas. Este produto era obtido por secagem ao ar livre de batatas
cortadas. Estas congelavam durante a noite e de manhã descongelavam, sendo de seguida pisadas, o que
resultava na libertação da água. Ao repetir estes passos durante vários dias, as batatas secavam sob a forma
de um pó que era seguidamente armazenado (Brown,1993).
A introdução da batata na Europa deu-se no século XVI, sendo que se acredita que tal tenha ocorrido pelo
ano de 1570 em Espanha. Deste país, foi levada para Itália e Inglaterra em 1596 e Alemanha em 1601, tendo-
se espalhado pelo resto do continente durante o primeiro quarto do século XVII (Miranda e Aquilera, 2006).
Pela sua adaptabilidade e capacidade de produzir boas culturas, a batata, em particular a branca, tornou-se
na terceira planta alimentar mais importante em todo o mundo a seguir ao arroz e ao trigo (Gould, 1999a),
fazendo parte da dieta base de quase todos os países civilizados. De acordo com a Organização das Nações
Unidas para Alimentação e Agricultura (FAO, em inglês), a produção global total excedeu os 350 milhões de
toneladas em 2016, sendo que o maior produtor é a China, que atingiu os 100 milhões de toneladas nesse
ano. Graças à contribuição deste país, a Ásia é assim o maior produtor mundial de batata, contribuindo em
metade para a produção global, seguindo-se a Europa com 31,2%, como se pode observar na Figura 2.1.
(FAO, 2016).
Figura 2.1. – Representação gráfica das quotas de produção mundial de batata por continente (FAO, 2016).
Assim que introduzida num país, novas variedades de batata foram e são desenvolvidas que se adaptam às
condições de cultivo e preferências de consumo locais. Atualmente existem centenas de variedades deste
vegetal em todo o mundo, diferindo em textura, sabor, forma e cor, de acordo com o produto final desejado
(Miranda e Aquilera, 2006).
Atualmente, a batata serve uma variedade de propósitos para além do consumo doméstico. Na verdade,
menos de 50% da batata cultivada no mundo é consumida fresca, sendo que a restante é processada em
produtos e ingredientes alimentares, utilizada como alimentação para gado, transformada em amido para a
3
indústria ou reutilizada como semente para a colheita seguinte. Dos produtos alimentares processados
destacam-se as batatas fritas congeladas, as chamadas french fries nos EUA e as batatas fritas de pacote,
conhecidas como chips nos EUA; os flocos de batata desidrata, usados ou na confeção industrial de puré ou
como ingrediente em snacks; e a farinha de batata, usada na indústria alimentar como agente ligante em
misturas de carnes e como espessante de molhos e sopas. O amido de batata, que se apresenta como um
pó fino e sem sabor, é também usado como espessante de molhos e caldos e ligante em misturas para bolos,
bolachas ou gelados. Para além de ser usada como alimento, a batata, em particular o amido e as cascas e
outros resíduos resultantes do processamento da mesma, apresenta ainda outros usos: o amido é usado
como adesivo, agente ligante ou agente texturizante nas indústrias farmacêutica, têxtil, da madeira e do papel
e, sendo 100% biodegradável, como substituto de alguns plásticos usados, por exemplo, no fabrico de pratos
e talheres descartáveis; e os resíduos da batata podem ser liquefeitos e fermentados para a produção de
bioetanol (International Potato Center, n.d.).
2.2. Biologia da batata
2.2.1. A planta da batata
A planta da batata, ilustrada na Figura 2.2. é uma planta herbácea anual que pode crescer até aos 100 cm
(International Potato Center, n.d.). A formação dos tubérculos de batata é normalmente iniciada na fase de
floração, e dá-se graças à formação de glucose e frutose a partir do processo de fotossíntese nas folhas
compostas. Estes açúcares combinam-se para formar sacarose que é depois transportada destas folhas para
as pontas dos estolhos (ou estolões) onde é transformada em amido para armazenamento. A proliferação de
tecido de armazenamento neste local resulta na formação de tubérculos, sendo que cada planta pode formar
entre 5 a 20 que podem diferir em tamanho e forma e pesar até 300 g cada um. A quantidade de tubérculos,
tamanho, forma e cor dos mesmos pode ser afetada pela temperatura, disponibilidade de humidade e
nutrientes no solo, duração do período de luz e formação efetiva de amido na planta, bem como pela variedade
da planta cultivada (Gould, 1999b; Jadhav e Kadam, 1998).
A planta da batata pode propagar-se vegetativamente, o que significa que uma nova planta pode ser gerada
a partir de uma batata ou de uma porção da mesma (tubérculo-mãe) a partir dos olhos/butões presentes na
sua superfície. Esta nova planta pode produzir novos tubérculos que serão clones do tubérculo-mãe. A planta
da batata pode também propagar-se por plantação das sementes provenientes do seu fruto, sendo que neste
caso os novos tubérculos já serão geneticamente diferentes do tubérculo-mãe da planta que gerou as
sementes (International Potato Center, n.d.).
4
Figura 2.2. – Representação ilustrativa da planta da batata e seus constituintes (adaptada de International Potato Center, n.d.)
2.2.2. Composição química geral
A composição química da batata depende maioritariamente da época em que é cultivada, incluindo a
temperatura e humidade sentidas na mesma; do tipo de solo em que é cultivada e dos nutrientes que o
compõem e das características genéticas da variedade (Gould, 2001). Este último fator é a causa principal de
variabilidade da composição química, levando a que a seleção adequada de variedades seja de enorme
importância para a indústria de processamento de batata (Gould, 1999a).
A batata usualmente usada na indústria alimentar é a branca, cuja composição química média, se apresenta
na Tabela 2.1 (Talburt et al., 1975). Esta batata é constituída em média por 77,5% de água e 22,5% de sólidos
totais, sendo que estes correspondem na sua maioria a amido sob a forma de grânulos, mas também a outros
hidratos de carbono, como sacarose (açúcar não redutor) ou glucose e frutose (açúcares redutores),
aminoácidos e proteínas, lípidos e vitaminas. O conteúdo em sólidos totais pode ser também expresso sob a
forma de massa volúmica, em g/ml, sendo apresentada em na Figura 7.1 do anexo A uma tabela de conversão
entre as duas formas.
5
Tabela 2.1. – Composição química de um tubérculo de batata (Talburt et al., 1975; Miranda e Aquilera, 2006).
Substância Valor Médio Gama
Água (%) 77,5 63,2 – 86,9
Sólidos Totais (%) 22,5 13,1 – 36,8
Hidratos de Carbono Totais (%) 19,4 13,3 – 30,53
Massa Volúmica (g/ml)(*) 1,087 1,080 – 1,095
Fibra bruta (%) 0,6 0,17 – 3,48
Proteína (%) 2,0 0,7 – 4,6
Lípidos (%) 0,1 0,02 – 0,96
Cinzas (%) 1,0 0,44 – 1,9
Vitamina C (mg/g sólidos)(*) 12 5,0 - 20
(*) Miranda e Aquilera, 2006
A planta da batata, tal como a maioria das plantas, armazena energia sob a forma de amido nos seus
tubérculos. O amido representa aproximadamente 80% dos sólidos totais presentes num tubérculo (Gould,
1999a) e é o componente nutricional de maior importância, visto que a sua concentração e características
físicas, químicas e histológicas estão diretamente relacionadas com vários parâmetros de qualidade na
indústria de processamento de batata, para além de influenciar as condições operacionais do processo
(Torres e Parreño, 2009). Os grânulos de amido contêm dois tipos de polissacarídeos compostos por cadeias
lineares de D-glucose ligadas por ligações α-1-4. Um deles denomina-se de amilose quando estas cadeias
existem isoladamente. Se o polissacarídeo formado tiver ramificações através de ligações α-1-6, é
denominado de amilopectina (Figura 2.3.) (Huang e Rooney, 2001). O rácio de amilose para amilopectina no
amido presente numa espécie afeta significativamente as suas propriedades, sendo que, no caso da batata,
o amido apresenta-se, aproximadamente, entre 21 a 25% sob a forma de amilose e entre 75 a 95% sob a
forma de amilopectina (Gould, 1999a).
A configuração ramificada da amilopectina, cujos ramos podem cada um ter entre 15 a 45 monómeros de D-
glucose, contribui para a natureza cristalina desta, sendo que os conjuntos de ramificações formam micelas
cristalinas que são assim responsáveis pelo arranjo estrutural do amido nos grânulos (Huang e Rooney,
2001).
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Figura 2.3. – Representação dos polímeros de amilose (acima) e amilopectina (meio), com as ligações alfa-1-4 e alfa-1-6 entre os monómeros de D-glucose destacadas, e das micelas cristalinas de amilopectina (baixo) (Huang e Rooney,
2001).
Os grânulos de amido têm visto a sua estrutura ser alvo de investigação desde a invenção do microscópio,
existindo na literatura descrições detalhadas do seu arranjo molecular (Gallant et al. 1997; Tang et al., 2006).
A estrutura destes grânulos é formada por regiões cristalinas criadas pelas micelas de amilopectina e regiões
amorfas não cristalinas, sendo que que são estas as primeiras a ser degradadas por ação de água e enzimas.
Na região cristalina, as cadeias de amilopectina das micelas cristalinas interagem por pontes de hidrogénio,
dificultando a penetração da água e das enzimas. Apenas por ação conjunta de calor e água, as micelas
irreversivelmente perdem a sua estrutura, num processo a que se chama de gelatinização, durante o qual os
grânulos incham até se desintegrarem (Huang e Rooney, 2001).
Para além do amido, a proteína apresenta-se como o segundo componente nutricional de maior importância,
representando aproximadamente 8,8% do conteúdo em sólidos da batata. A proteína presente na batata é
constituída por todos os aminoácidos essenciais, e corresponde principalmente a palatinas e inibidores de
protéases, que aparentam ter ambos como principal função a defesa contra fungos, insetos e outras pragas
(Kärenlampi e White, 2009).
O conteúdo em sólidos totais de um tubérculo é dependente do seu respetivo estado de maturidade. Este é
atingida quando a pele se encontra completamente formada e a foliação da planta já se encontra morta por
um período de duas a quatro semanas, sendo que é nesta fase que deve ocorrer a colheita. A maturidade
pode ser medida quimicamente pelo conteúdo em açúcares redutores do tubérculo, sendo que a colheita deve
ocorrer quando este se encontra abaixo dos 1,5% (Gould, 2001). Um perfil genérico da evolução do conteúdo
em açúcares redutores e em sólidos totais de um tubérculo é apresentado na Figura 2.4., sendo notório que
após a floração e até à morte de 80% da foliação há uma diminuição do conteúdo em açúcares redutores,
que estão a ser armazenados sob a forma de amido, levando consequentemente a um aumento do conteúdo
em sólidos. Até à colheita, estes valores apresentam-se aproximadamente constantes.
7
Figura 2.4. – Perfil genérico da evolução do conteúdo em açúcares redutores (%, a verde) e em sólidos totais (%, a laranja) ao longo do tempo, desde a floração até à colheita (adaptado de documentação fornecida pela empresa)
O processo já descrito de conversão de açúcares em sacarose e desta a amido na planta da batata pode ser
revertido durante a respiração, afetando assim o conteúdo em amido da mesma e consequentemente o
conteúdo de sólidos totais. O processo de respiração pode ser excessivo sob condições de stress sobre a
planta, sendo estas a falta de água ou excesso da mesma, temperaturas elevadas, uso errado de fertilizantes,
danos causados por insetos, doenças ou seca dos solos. A acumulação de sólidos totais é assim também
determinada pelo crescimento e saúde da planta (Gould, 1999b).
2.2.3. Morfologia e microestrutura
Cada tubérculo é essencialmente um caule subterrâneo que engrossou, assemelhando-se morfologicamente
com o caule aéreo da planta. Um tubérculo maduro divide-se essencialmente por várias camadas de tecido
celular distintas (Figura 2.5.): a periderme, o córtex (floema externo), o anel vascular, a zona perimedular
(floema interno) e o núcleo central. Estas camadas diferem no tipo de células que as compõem e em
composição química, particularmente em grânulos de amido (Miranda e Aquilera, 2006). As diferenças
microestruturais dos tecidos do tubérculo podem ser observadas por microscopia eletrónica de varrimento
(SEM) (Fedec et al., 1997; Romano et al., 2017).
Figura 2.5. – Corte longitudinal de um tubérculo, com os tecidos celulares que o compõem em destaque (adaptado de Fedec et al., 1997)
Com base no estudo de Fedec e colegas (1997), é possível observar que um tubérculo maduro possui uma
camada externa, a periderme, mais comumente designada de pele, constituída por células mortas
desprovidas de grânulos de amido e de proteínas, podendo atingir uma profundidade até 11 células. Esta
camada, que substituí a epiderme quando atingida a maturidade, tem como função a proteção do tubérculo,
sendo que as células que a constituem possuem paredes celulares mais grossas que as do tecido adjacente.
Este é o córtex ou floema externo, que se apresenta como uma camada de tecido do parênquima de
8
armazenamento, cujas células contêm numerosos grânulos de amido, na sua maioria de forma oval, com
dimensões nos eixos em média de 32 x 54 μm. Estas células são as de maior dimensão no tubérculo, com
dimensões que podem chegar aos 146 x 189 μm, mas apresentam paredes celulares com um terço da
espessura das da periderme. Os tecidos da periderme e do córtex podem-se observar na Figura 2.6. A região
seguinte, denominada de anel vascular, é constituída por traquídeos de xilema dispersos em feixes de 30 a
40 células. Adjacente a este tecido vascular, encontra-se mais uma camada de células de armazenamento
do parênquima, que contêm grânulos de amido redondos e de pequena dimensão (16,8±4.6 μm, em média).
A zona do floema interno ou zona perimedular, que ocupa cerca de 75% do volume total do tubérculo, é
caracterizada por células do parênquima armazenadoras de amido com dimensões, em média de 136 x 169
μm, contendo grânulos de amido de tamanho semelhante aos encontrados no córtex. Por fim, o núcleo central
ou medula, caracteriza-se por conter células menores e com um conteúdo mais baixo em grânulos de amido,
comparativamente aos tecidos adjacentes. Em média, as dimensões das células nesta zona são 383 x 145
μm e dos grânulos 12,4±5,9 μm para grânulos esféricos e 26 x 41 μm para ovais (Fedec et al., 1997). Os
resultados deste estudo ilustram a variabilidade histológica encontrada num só tubérculo, bem como a
distribuição variável de amido, não só em quantidade, mas também em tamanho e forma nos tecidos do
mesmo. Estas características tornam os tubérculos de batata um material extremamente anisotrópico
(Miranda e Aquilera, 2006).
Figura 2.6. – Imagem obtida através de SEM de um tubérculo da variedade Russet Burbank onde se pode observar a camada de células superficiais da periderme desprovida de grânulos de amido e as do córtex, contendo grânulos de
amido no seu interior (Fedec et al., 1997).
Para além da distribuição variável de grânulos de amido no interior de um só tubérculo, a distribuição dos
mesmo em tubérculos de diferentes variedades de batata com diferentes conteúdos em sólidos totais é
também variável. Um estudo de Romano e colegas (2017) demonstra isso onde, através de SEM e análise
de partículas, se obteve a distribuição do tamanho dos grânulos pela sua área superficial (em μm2) para 21
variedades diferentes de batata, com diferentes teores de sólidos, expressos em matéria seca (Figura 2.7). A
variação na morfologia dos grânulos de amido verificada pode ser atribuída não só ao genótipo de cada
variedade, mas também à bioquímica do amiloplasto, organelo responsável pela síntese e armazenamento
do amido, bem como à fisiologia da planta (Romano et al., 2017).
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Figura 2.7. – Distribuição do tamanho de partículas (em %) de grânulos de amido para 21 variedades da batata (%matéria seca ± SD): Atrice (16,03±0,98), Adora (14,03±0,11), Arielle (15,07±0,42), Arizona (15,06±0,21), Asterix
(27,22±0,98), Belline (18,76±0,34), Berber (18,96±0,34), Colomba (16,63±0,19), Crisper (25,70±0,53), Fontana (27,17±0,91), Inova (21,34±0,55), Laura (15,56±0,69), Marlene (24,84±0,75), Red Scarlet (18,10±0,05), Safrane
(22,63±0,16), Sinora (22,37±0,31), Soprano (18,69±0,11), Triplo (24,16±0,20), Universa (17,28±0,20), Vivaldi (19,68±0,31) e Volumia (18,77±0,23). A cor preta corresponde a grânulos com área superficial menor que 350 μm2,
cinzento escuro entre 350 e 1250 μm2 e cinzento claro maior que 1250 μm2 (Romano et al., 2017).
Já foi também verificado que o conteúdo em sólidos está correlacionado com o tamanho das células e
consequentemente com o tamanho dos grânulos de amido (Barrios et al., 1963), ou seja, tubérculos com um
conteúdo mais elevado em sólidos possuem células de maior dimensão contendo grânulos maiores do que
tubérculos com um conteúdo mais baixo.
O conteúdo em amido apresenta-se como um dos critérios de seleção da batata e principal indicador do
rendimento do processo e da qualidade do produto final numa indústria de processamento de batata, em
particular para a produção de batata frita. Este conteúdo está principalmente associado à variedade de batata
(Barrios et al., 1961; Barrios et al., 1963) e afeta a textura e qualidade dos produtos processados de batata.
No processo já referido de gelatinização, os grânulos de amido começam a absorver água e incham
aproximadamente à temperatura de 50°C, sendo que é entre os 64 e os 71°C que a gelatinização se inicia e
as células se começam a separar. A separação excessiva das células resulta em descamação, o que é
importante ter em conta quando se cozinha a batata. É o conteúdo de amido presente individualmente nas
células ao invés do conteúdo total no tubérculo que influencia a separação celular e as diferenças texturais
(Torres e Parreño, 2009).
Por tudo isto, é importante ter em conta a anisotropia observada na batata, e a variabilidade entre as diferentes
variedades e até dentro da mesma variedade (Unrau e Nylund, 1957), no momento de seleção da matéria-
prima para indústria e da análise da respetiva qualidade processual.
2.3. A batata frita
2.3.1. História da batata frita e mercado
As batatas fritas, conhecidas como chips, são finas rodelas de batata, com uma espessura entre 1 a 1,5 mm,
fritas em óleo e temperadas com sal e/ou especiarias ou aromas, e apresentam um conteúdo final em óleo e
humidade aproximadamente de 35% e 1,7%, respetivamente (Moreira et al., 1999). Este produto foi
10
desenvolvido em Saratoga Springs no estado de Nova Iorque nos EUA no ano de 1853, onde, de forma a
satisfazer um cliente difícil, um chef nativo-americano no restaurante do hotel Moon’s Lake House preparou
french fries tão finas que já não poderiam categorizar-se como tal. Desta forma satisfez o cliente e o produto
tornou-se popular neste hotel. Mas foi em 1895 que William Tappenden de Cleveland, Ohio, que começou
por vender batatas fritas no seu restaurante e às lojas da vizinhança, criou a primeira fábrica de batatas fritas
num celeiro nas traseiras de sua casa (Gould, 1999a). A indústria cresceu mas foi na década de 1930 em que
este produto atingiu popularidade generalizada, quando Herman Lay começou a produzir as batatas fritas
Lay’s, criando a primeira marca comercializada com sucesso (Miranda e Aquilera, 2006). Em 2016, o mercado
global de batata frita atingiu um valor de 26 mil milhões de dólares e é previsto que chegue aos 127 mil
milhões de dólares em 2022, de acordo com um estudo de mercado a este produto (Food Dive, 2017).
2.3.2. Produção industrial de batata frita: descrição do processo geral de produção
Um esquema geral de uma linha de produção industrial de batata frita apresenta-se na Figura 2.8.
Figura 2.8 - Digrama geral das operações unitárias de uma linha de produção de batata frita (adaptado de Gould, 2001)
Para qualquer fábrica de produção de batata frita, a seleção apropriada da matéria-prima, ou seja, da
variedade e respetiva região de cultivo, é crucial à obtenção de um produto final de qualidade e à maximização
dos volumes de produção e minimização dos desperdícios. A variedade selecionada deve atender às
especificações da empresa que a vai processar devendo cumprir com alguns requisitos básicos: fritar até uma
cor aceitável, ou seja, ter um conteúdo baixo em açúcares redutores; produzir um volume aceitável de batata,
ou seja, ter um conteúdo de sólidos elevado; produzir uma baixa percentagem de resíduos, principalmente
na remoção da pele; apresentar-se livre de defeitos, ou seja, livre de danos mecânicos (“pancadas”) e
doenças, prevenindo a obtenção de produto final defeituoso (Gould, 2001); e permitir a obtenção de um
produto final com a textura e sabor pretendidos (Gould, 1999c).
A batata para armazenamento na indústria que a processará deve apresentar um conteúdo em açúcares
redutores, ou seja, em glucose e frutose, abaixo de 1%. Tal é necessário pois, acima deste nível, a reação de
formação de acrilamida, decorrente da conhecida reação de Maillard, durante o processo de fritura da batata
é potenciada. Esta reação ocorre quando, a glucose e frutose provenientes da hidrólise da sacarose reagem
a altas temperaturas com a amina livre do aminoácido asparagina presente nas proteínas da batata, para
formarem posteriormente acrilamida e produtos de cor castanha. Com isto, existe uma correlação entre a cor
da batata frita e a respetiva concentração de acrilamida. O potencial carcinogéneo da acrilamida é conhecido
(International Agency for Research on Cancer, 1994), sendo que a batata escurecida produzida representa
não só produto defeituoso como também produto potencialmente contendo níveis de acrilamida perigosos
para a saúde do consumidor.
11
Na receção de um novo lote de batata numa fábrica de produção de batata frita, vários fatores devem ser
analisados para a sua respetiva aceitação, estando os procedimentos de análise dos mesmos descritos na
literatura (Gould e Plimpton, 1985). Essencialmente, deve-se primeiro realizar uma análise geral da aparência
e condições da batata, como a presença de rebentos, objetos ou odores estranhos, presença de solo, firmeza
dos tubérculos, e seguidamente ser retirada uma amostra aleatória de peso definido para a análise mais
detalhada do lote. Nesta fase é determinado o conteúdo em sólidos, recorrendo por exemplo ao método do
hidrómetro que se baseia em pesagens da batata debaixo de água (Gould e Plimpton, 1985); o tamanho dos
tubérculos; a presença de defeitos externos ou internos; e a aparência da pele. Parte desta amostra pode ser
frita de forma a analisar a qualidade da batata frita obtida, em particular a cor da mesma. Cumpridos todos os
requisitos da empresa necessários à aceitação de um lote, este é aceite e é encaminhado ou para
armazenamento ou diretamente para a linha de produção (Gould, 2001).
Os períodos de armazenamento podem variar de 1 semana a 10 meses e é estritamente necessária a
manutenção de condições adequadas durante esse período de forma a evitar a perda de peso dos tubérculos,
causada por perda água e dióxido de carbono por respiração, por perda de água por transpiração e por
crescimento de rebentos, e evitar alterações no conteúdo em açúcares (Gould e Plimpton, 1985). A
temperaturas demasiado baixas ou noutras condições de stress, a formação de açúcares redutores é
potenciada. Para além disso, a variedade pode influenciar o conteúdo de açúcares redutores, bem como
outros fatores como a perda de peso e o crescimento de rebentos, sendo que por isso é importante não só
conhecer as condições ideais de armazenamento de cada variedade, mas também conhecer que variedades
têm melhor desempenho de armazenamento. Kyriacou e colegas (2009) demonstraram, num estudo de
armazenamento das variedades de batata branca Diamant, Lady Rosetta, Hermes e Spunta, a 4.5, 8.5 e 11°C
durante 150 dias, que a variedade Hermes se destacou pela menor perda de peso, crescimento mais lento
de rebentos, baixa acumulação de açúcares redutores e melhor cor final de batata frita nesse período.
Verificaram também que o conteúdo em sólidos totais de cada variedade não influenciou os parâmetros de
armazenamento estudados (Kyriacou et al., 2009). Regra geral, no armazenamento prolongado de batata
devem ser evitadas temperaturas abaixo dos 10°C e acima dos 15°C e deve ser mantida uma ventilação
adequada, que permita ao mesmo tempo evitar diminuições de oxigênio e manter uma humidade relativa
acima dos 85% (Gould e Plimpton, 1985).
O processamento da batata inicia-se pela operação de lavagem, onde são principalmente removidos os solos
agregados. a pedra e outros materiais de densidade elevada que podem estar presentes no lote. O passo de
“despedramento” essencial visto que a presença de pedra pode causar danos nos equipamentos
subsequentes. Por exemplo, a passagem de pedra nas cortadoras, causaria danos irreversíveis nas lâminas,
prejudicando a obtenção de rodelas de batata com a qualidade pretendida (Gould, 2001).
A operação da pelagem consiste na remoção da pele (periderme) da batata lavada, que pode ocorrer em
equipamentos de funcionamento continuo ou em batch (Gould, 1999d). O método usualmente utilizado na
indústria é o da pelagem abrasiva, que consiste na remoção da pele por fricção da batata contra um material
abrasivo, embora outros métodos como a pelagem a vapor (Garrote et al., 1997) ou de pelagem química com
recurso a soda cáustica (Garrote et al., 1993) já tenham sido sugeridos. A preferência pela pelagem abrasiva
está provavelmente associada aos baixos custos energéticos por operar a temperatura ambiente, aos baixos
12
custos do equipamento, à ausência de danos causados por calor, à boa aparência final do produto e por evitar
o recurso a agentes corrosivos e tóxicos (Fellows, 2000b). As perdas no passo de pelagem podem ultrapassar
os 20% em massa dos tubérculos, e estão dependentes do tamanho dos mesmos, da sua idade, ou seja,
tempo de armazenamento, que afeta a espessura da periderme, tempo de permanência na peladora e método
de pelagem usado (Gould, 1999d).
As duas operações de inspeção/seleção visual por aspeto geral e cor, ou seja, após a remoção da pele dos
tubérculos e após a fritura das rodelas, podem ser efetuadas por operadores ou por equipamento eletrónico
especializado (Fellows, 2000a). A superfície dos tubérculos pelados é analisada para a presença de defeitos
ligados a doenças ou “pancadas” sofridas no seu manuseamento. Se a batata for identificada aqui como
defeituosa, a área que apresenta o defeito pode ser removida ou, se batata for de pequenas dimensões, a
batata é completamente descartada. A remoção dos defeitos antes da operação de fritura resulta em
poupanças energéticas na fritura e em óleo e num aumento da eficiência da operação (Gould, 1999d). Após
a fritura, todas as batatas fritas descoloradas, queimadas e/ou que apresentem a presença de cores
indesejadas são descartadas (Gould, 1999e).
Como afirmado por Gould, a operação de corte da batata em rodelas é a operação mais importante no fabrico
industrial de batatas fritas, sendo dos processos críticos à obtenção de um produto frito de elevada qualidade.
Um corte de batata eficiente produz rodelas “limpas”, com a ausência de bordas “desfareladas” e de rodelas
rasgadas (Gould, 1999e). Para além disto, é nesta operação que efetivamente se obtêm rodelas finas de
batata, a forma que define a essência deste produto. No corte da batata dá-se o rompimento celular e
consequente libertação do amido armazenado e restantes conteúdos celulares para a superfície das rodelas.
Estes serão provavelmente removidos num passo subsequente de lavagem, que consiste da passagem das
rodelas por água que deve estar a um pH próximo do das rodelas, aproximadamente de 6,2, e a uma dureza
entre 250 e 350 ppm (Gould, 1999e). Este desperdício em solutos, essencialmente em amido, pode ser
recuperado e vendido, podendo servir um dos propósitos destacados na secção 2.1.
Na indústria alimentar, uma operação de corte consiste simplesmente de uma operação de redução de
tamanho da matéria-prima por ação combinada de vários tipos de forças, resultando num aumento da razão
entre a área superficial e o volume do alimento. Esta ação combinada de forças, ao ultrapassar o chamado
“limite de stress elástico”, resulta numa deformação permanente do alimento e, se aplicada continuamente, o
“ponto de rutura” é atingido, resultando na quebra do alimento ao longo de uma linha de fraqueza (Fellows,
2000b). No caso da batata, que se categoriza como um alimento sólido e fibroso, as forças envolvidas são
principalmente de impacto e fricção.
A operação de corte em rodelas é geralmente feita em cortadoras centrífugas de alta velocidade, onde a
batata é forçada pela ação centrífuga das mesmas contra as lâminas, com cada rodela formada a cair
livremente. Com isto, é eliminado um problema encontrado em cortadoras mais antigas, em que as lâminas
causavam compressão e danos nos alimentos, à medida que as lâminas os percorriam (Fellows, 2000b). A
configuração da cortadora, em particular das suas lâminas, deve ser a adequada tendo em conta a espessura
das rodelas e tipo de corte pretendidos, que mudam de acordo com o produto. O tipo de corte pode ser liso,
ondulado ou sulcado (Gould, 2001).
13
A uniformidade da espessura das rodelas obtidas bem como a qualidade de corte deve ser testada
regularmente, tanto dentro de uma rodela como entre várias rodelas, de forma a concluir se há necessidade
de ajuste ou substituição das lâminas, sendo que a manutenção da qualidade das lâminas é o grande fator
de controlo desta operação. Lâminas danificadas ou mal ajustadas resultam tanto na obtenção de rodelas
defeituosas, como causam variabilidade na espessura das rodelas obtidas. Para além disso, o rendimento da
fritura e o conteúdo final de óleo nas rodelas são função linear da espessura. Por cada 0,127 mm retirados à
espessura, o rendimento de fritura aumenta em média 1,5% e o conteúdo em óleo aumenta 2% (Figura 2.9)
(Gamble e Rice, 1988). Sendo assim, para a manutenção de um conteúdo de óleo constante, a espessura
das rodelas deve ser controlada devidamente, o que resultará não só na consistência da espessura do produto
final, mas também na obtenção de rodelas “limpas”. Fatores que podem causar problemas nas lâminas podem
ser um lote de batata de conteúdo em sólidos elevado ou a presença de sujidade e pedra que não foram
removidas nos passos anteriores de lavagem.
Figura 2.9 – Relação entre o rendimento final de fritura (%) (A) e do conteúdo final de óleo (%) (B) com a espessura da rodela de batata (polegadas) para tempos de fritura de 3; 3,5; 4; 4,5 e 5 minutos de fritura (Gamble e Rice, 1988)
Lotes com conteúdos em sólidos elevados apresentam maior resistência no corte, o que pode resultar em
tempos de produção mais elevados. Lotes com estas características requerem forças superiores de corte, ou
seja, velocidades de rotação da cortadora superiores (Yee et al., 2012). Os mesmos autores demonstraram
que um conteúdo mais elevado em humidade facilita a operação pela sua ação lubrificante, resultando em
taxas de produção superiores. É também requerida uma força superior de corte na produção de rodelas de
maior área superficial de contacto (Singh et al., 2016), fator afetado pelo tamanho dos tubérculos e posição
em que entram na cortadora, dada a sua forma elipsoide.
As rodelas de batata são cozinhadas na operação de fritura por imersão. Este tipo de fritura caracteriza-se
pela ocorrência de fenómenos de transferência de massa e calor entre o alimento e o óleo e envolve
significativas mudanças microestruturais no produto. As altas temperaturas, que ultrapassam o ponto de
ebulição da água e que rondam os 160 a 180°C, resultam na evaporação da água presente no alimento.
Daqui resulta um mecanismo de transferência de massa onde o vapor de água e o óleo fluem em direções
opostas, sendo que o óleo vai substituir parte da água libertada. As alterações físico-químicas que advém da
14
fritura, como as reações de Maillard, a gelatinização e posterior retrogradação do amido, em que as cadeias
de amilopectina e amilose se rearranjam durante o arrefecimento pós-fritura, resultam na obtenção de um
produto de sabor, textura e cor característicos (Mellema, 2003).
Os fatores que irão afetar a transferência de massa durante a fritura prendem-se com as propriedades
térmicas e físico-químicas do alimento e do óleo de fritura, da geometria do alimento e da temperatura do óleo
(Pedreschi, 2009). É a interação entre as várias variáveis envolvidas no processo de fritura da batata que
determina as características do produto final (Navas, 2005). Estas podem dividir-se em três categorias:
dependentes do processo (temperatura e tempo de fritura, fritura continua ou em batch e variedade da batata)
dependentes do tipo de óleo (composição e aditivos); dependentes da matéria-prima (razão
superfície/volume, conteúdo em gordura, conteúdo em humidade). A fritura em batch ou em contínuo está
associada ao tipo de produto. O processo batch é utilizado na produção de batata frita comercializada como
“caseira”, tendo esta batata uma textura mais firme e estaladiça. A temperatura de fritura é normalmente mais
baixa e o conteúdo em óleo mais elevado do que as obtidas por fritura em contínuo (Gould, 1999e).
A estrutura da batata frita é resultado de várias alterações que ocorrem nas camadas celulares superficiais
do produto, muitas das quais ocorrem a nível celular e subcelular, sendo estas: danos físicos resultantes do
corte, que causam rutura das células e posterior libertação do seu conteúdo; gelatinização dos grânulos de
amido, amolecimento das paredes celulares, desidratação rápida dos tecidos e formação e libertação de
bolhas de vapor durante a fritura (Bouchon e Aguilera, 2001). As alterações numa célula individual durante
uma experiência de fritura simulada, a 180°C, foram observadas por microscopia ótica, evidenciando-se o
inchaço dos grânulos de amido entre os 1 e os 3s (Figura 2.10A-B) após imersão no óleo e o início da
desidratação aos 12,2s (Figura 2.10E). Ao fim dos 180s (Figura 2.10H) observou-se considerável
encolhimento celular, mas não foi observada nenhuma libertação dos seus conteúdos (Aguilera et al., 2001).
Na verdade, foi já demonstrado que para além do rompimento celular não ocorrer na fritura e advir apenas do
corte (Reeve e Neel, 1960; Bouchon e Aguilera, 2001), a presença de células rotas na superfície deixa esta
repleta de regiões côncavas, denominadas de poros, resultando numa acumulação de óleo superior nestes
locais (Pedreschi e Aguilera, 2002).
Figura 2.10 – Galeria de imagens selecionadas de uma célula de batata obtidas por microscopia ótica numa experiência
simulada de fritura a 180 °C a 1,0 s (A); 3,0 (B); 3,5s (C); 3,7s (D); 12,2 s (E); 20,0s (F); 60,0s (G) e 180s (H) de fritura
(Aguilera et al., 2001)
15
As atuais tendências de consumo de uma dieta saudável criam a necessidade de um controlo apertado do
conteúdo final de óleo da batata frita. Na indústria, este controlo é geralmente atingido por: seleção de
variedades com conteúdo elevado em sólidos, visto que quanto mais elevado for este mais baixo o conteúdo
final de óleo (Plimpton, 1985); espessura o mais elevada possível (Gamble e Rice, 1988), por ter menor área
superficial por unidade de volume possibilitando menor absorção de óleo; e, por fim, fritura a temperatura
elevada e tempo de permanência baixo (Pedreschi et al., 2008; Pedreschi e Moyano, 2004). Para além disso,
é necessário ter um entendimento claro dos mecanismos de absorção de óleo na fritura por imersão, que já
se encontram descritos (Bouchon et al., 2003) e demonstrados na literatura para rodelas de batata (Pedreschi
et al., 2008). A absorção de óleo é essencialmente um fenómeno superficial, com a maior fração de óleo
confinada à superfície da rodela, sendo que a maior parte do óleo é absorvido durante o arrefecimento após
a fritura, graças à pressão negativa gerada nos poros da batata criada pela diferença de temperatura entre a
superfície e o interior, que resulta na migração do óleo para o interior da rodela (Bouchon et al., 2003).
Os principais parâmetros de qualidade da fritura são, para além do conteúdo em óleo, a humidade, a textura,
a cor e o sabor da batata frita obtida, sendo que alguns destes parâmetros podem ser melhorados pela
otimização da fritura ou pela aplicação de pré-tratamentos. A cor da batata frita encontra-se, como já referido,
potencialmente associada à presença de acrilamida, que por sua vez está associada ao conteúdo em
açúcares redutores e de aminoácido asparigina da matéria-prima. Pedreschi e colegas (2005) testaram o
efeito da temperatura de fritura e da aplicação de tratamentos de branqueamento pré-fritura, que envolveram,
neste caso, a imersão das rodelas em água destilada, a diferentes combinações de temperatura e tempo de
tratamento. Verificaram que a diminuição da temperatura de fritura de 190 para 170°C e de 170 para 150°C
reduzia a formação de acrilamida em 68% e 88%, respetivamente. Quanto ao pré-tratamento, foi verificada
uma redução do conteúdo em glucose e asparigina para branqueamentos a 50°C por 70 min e 70°C por 40
min, o que reduziu o conteúdo de acrilamida após a fritura em 97% e 91%, respetivamente e relativamente a
rodelas não tratadas. De forma a reduzir o conteúdo em óleo e a melhorar a textura da batata frita, pode ser
feito um passo de secagem das rodelas antes da fritura. Pedreschi e Moyano (2004) estudaram o efeito da
secagem em rodelas branqueadas a 85°C durante 3,5 min e secas a 60°C até à humidade de 60%, tendo-se
verificado uma redução em 24% na absorção de óleo apenas relativamente a rodelas pré-tratadas por
branqueamento.
As batatas fritas e inspecionadas passam depois por uma operação de aromatização, onde é adicionado sal
e/ou aromas para conferir o aroma pretendido do produto final. Este passo é preferencialmente feito
diretamente após a fritura de forma a tirar proveito do óleo quente na superfície das batatas, que permite uma
melhor aderência dos cristais de sal (Gould,1999e).
Para a obtenção de produto expedível, a batata frita e aromatizada deve ser embalada em pacotes de material
adequado tendo em conta o tempo de prateleira pretendido, sendo que geralmente é usada folha metalizada
como material de embalagem. O pacote deve ficar cheio, sendo que pode ser embalado com um gás inerte
como o azoto de forma a manter a qualidade do produto até ao consumo. Os pacotes são depois colocados
em caixas de cartão que facilitam o manuseamento dos mesmos, sendo que devem ser sempre manuseados
com cuidado de forma a manter a integridade e qualidade do produto (Gould, 2001). As caixas são colocadas
16
em armazéns até à sua expedição, os quais se devem encontrar a temperatura ambiente ou inferior de forma
a aumentar o tempo de prateleira do produto (Gould, 1999e).
2.3.3. As linhas de produção de batata frita da fábrica
Na fábrica onde se realizou o presente projeto existem duas linhas de produção de batata frita: a linha P e a
linha K. A primeira, com uma capacidade de processamento de batata crua de aproximadamente 7 ton/h e
segunda com uma capacidade de 2 ton/h. Esta aumentou de capacidade em Abril de 2018, sendo que
presentemente processa 3,1 ton/h de batata crua. A diferença crucial entre as duas linhas prende-se com o
modo de processamento e de fritura da batata: a linha P opera em modo contínuo, ao invés da linha K, que
opera em modo batch e sem lavagem das rodelas antes da fritura. A ausência deste passo é crucial, pois
assim o amido libertado no corte permanece na superfície das rodelas, impedindo a exposição dos poros aí
presentes à absorção de óleo. O amido superficial gelatiniza em contacto com o óleo e a posterior
retrogradação após a fritura resulta numa dureza superior, conferindo a textura característica “caseira” das
batatas fritas produzidas nesta linha. Existem mais diferenças entre as duas linhas, sendo que serão descritas
em mais pormenor de seguida. De qualquer modo, o processamento da batata nas linhas de produção desta
fábrica segue o diagrama de operações apresentado previamente na Figura 2.8.
Antes do início do processamento, os lotes de batata são recebidos na fábrica. Os objetivos principais da
operação de receção são o fornecimento de um fluxo constante de batata com qualidade para as operações
seguintes, a remoção de batatas defeituosas do lote e a remoção de objetos estranhos ao lote. As funções
desempenhadas na receção são a avaliação do lote feita pelo fornecedor, a inspeção do lote, a descarga do
camião e a avaliação interna do lote. A avaliação interna é feita à batata crua e à batata frita, sendo que no
caso da crua é recolhida uma amostra de 10kg de tubérculos de onde é determinado o conteúdo de sólidos,
o tamanho, a contagem de tubérculos e a percentagem de terra agregada. Parte dessa amostra passa por
um teste de mini-fritura, de onde são avaliados os defeitos e cor presentes na batata frita. Os limites aceitáveis
dos pontos críticos de controlo desta avaliação apresentam-se na Tabela 2.2., podendo existir cedências.
Tabela 2.2 – Pontos críticos de controlo e respetivos limites aceitáveis na avaliação dos lotes recebidos.
Ponto Crítico de Controlo Limite aceitável
Batata Crua
Objetos estranhos 0 (zero)
Sólidos (%) 19,2-25,5
Solo/Debris/Pedra <=1%
Tamanho tubérculos 40 a 85 mm >=95%
Batata frita Defeitos totais <17,5%
Cor >=55 (*)
(*) ver Figura 7.2 do Anexo C
O equipamento de receção de batata compreende: a báscula, onde é feita a pesagem do camião à entrada e
saída da fábrica e é definido o peso do lote; o sistema de descarga; o calibrador, onde é removida terra e
batata com dimensão inferior a 40mm; tulhas de armazenamento, seis com capacidade de 25 a 30 ton cada
uma, que servem de armazenagem temporária de, regra geral, 4h e no máximo durante 8h; câmaras
17
ventiladas de capacidade de 1200 ton de batata para um armazenamento mais prolongado, até 3 meses; e
tapetes transportadores (do calibrador para as tulhas, do calibrador para as câmaras e das câmaras e tulhas
para as lavadoras). Os lotes de batata que passam por um período de armazenamento prolongado
classificam-se como batata “velha” e os que são logo encaminhados após a receção para uso imediato nas
linhas de batata “nova”. Os lotes rececionados são também classificados como batata lavada ou não lavada,
se antes da receção já passaram por um passo de lavagem ou não, respetivamente.
Das tulhas ou das câmaras de armazenamento os tubérculos são encaminhados para a operação de lavagem,
sendo que é aqui se separam as duas linhas, estando sempre a ser processados lotes diferentes de uma
linha para a outra. Esta operação tem como principal objetivo a remoção do fluxo de batata da terra agregada,
de material de alta densidade, como pedras, areias ou bolas de barro, e de baixa densidade, como madeiras
e batata oca que podem acompanhar o influxo de batata. É feita numa lavadora de serpentinas, que se
caracteriza pelo transporte da batata ao longo de um circuito de água onde são primeiro removidos os
materiais de baixa densidade por flutuação e os de alta densidade por gravidade, permitido por uma purga e
um arranjo de válvulas que possibilita, quando a descarga de pedra é acionada, que a batata não seja também
purgada e se mantenha no circuito de lavagem. A terra agregada é removida ao longo percurso no flume e
no tapete de rolos graças à fricção sentida entre os tubérculos, ao amolecimento da terra permitido por um
tempo de permanência nos dois circuitos de água do flume de aproximadamente 90s e pela barreira de sprays
de água a alta pressão do tapete de rolos. A circulação de água na lavadora está associada a um circuito de
hidrociclones, que têm como função a filtragem e limpeza da água de lavagem e a remoção por gravidade
dos sólidos presentes na água.
As batatas lavadas são transportadas nas duas linhas para a operação de pelagem. Este passo tem como
principais objetivos a remoção de no mínimo 90 a 95% da pele, pois a presença de pele causa desgaste nas
cortadoras, maior absorção de óleo e afeta negativamente o sabor e aparência final do produto, a prevenção
de perdas de batata crua superiores a 4% e a manutenção de um fluxo consistente de batata para as unidades
operacionais seguintes. O método de pelagem aplicado é o da pelagem abrasiva, e é feito em 4 peladoras na
linha P e na linha K em 2 (4 desde Abril de 2018). O processo de pelagem inicia-se pelo transporte das batatas
através de um tapete inclinado até uma mesa vibratória, que por sua vez alimenta as tremonhas pesadoras
onde as batatas são pesadas, de acordo com um peso pré-definido pelo operador, entre os 45 e os 55kg.
Com o peso pré-definido atingido, as batatas são descarregadas por gravidade para uma das peladoras. A
ação centrífuga proporcionada por um disco rotativo permite a fricção da batata contra o abrasivo do corpo
da peladora e do próprio disco, proporcionando a remoção da pele. Durante a centrifugação, um fluxo de água
de aproximadamente 20 l/min é adicionado por um spray, que é responsável pelo deslocamento da pele
removida, sujidade e outras matérias estranhas da batata e pela limpeza do abrasivo. Estas matérias são
escoadas pelo sistema de drenagem na parte inferior das peladoras.
As batatas passam da operação de pelagem para a operação de calibração, corte e inspeção. Os objetivos
desta operação são a garantia de um fluxo de batatas de tamanho adequado para as operações unitárias
seguintes e a remoção de todos os defeitos superficiais notáveis da batata. Batatas grandes (>85 mm)
originam rodelas que se partem com maior facilidade e causam entupimentos nas cortadoras; batatas
pequenas (<40 mm na linha P e <45 mm na linha K) produzem troços e rodelas pequenas. Nesta operação
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são assim selecionadas e cortadas todos as batatas grandes e removidas as batatas pequenas e as
defeituosas, sendo estas funções desempenhadas por operadoras numa mesa de inspeção na linha K, e na
linha P a calibração, corte das batatas grandes e inspeção é feita, respetivamente, por um calibrador, um
equipamento de corte com lâminas rotativas, e um equipamento eletrónico de inspeção ótica. Este
equipamento faz uma análise à forma, para rejeitar objetos estranhos, tamanho e cor, para rejeitar batata com
cor/defeitos associados a pancadas e apodrecimento, com cor verde e com pele excessiva. Da passagem da
batata por este equipamento a batata pode ser aceite, rejeitada ou encaminhada para re-peel, para ser
novamente pelada.
Segue-se a operação de corte em rodelas, que tem com objetivos principais a obtenção de rodelas de
espessura correta, de acordo com o produto pretendido, a garantia de que a variação numa rodela e entre
rodelas se encontra dentro de especificação e a minimização da ocorrência de danos na superfície das
rodelas durante o corte. O incumprimento destes objetivos resulta, respetivamente, na produção rodelas fritas
com centros crus ou queimadas, dependendo se as rodelas têm espessura superior ou inferior ao
especificado, variabilidade na fritura das rodelas, que resulta em produto defeituoso, e maior absorção de
óleo na superfície das rodelas.
Apesar de algumas diferenças pontuais na operação de corte das duas linhas, o corte da batata em rodelas
é feito nos dois casos por um equipamento que se baseia num mecanismo de corte por ação centrífuga. Este
equipamento, efetua o corte por ação centrífuga de um impulsor rotativo, em que a batata entra e é forçada
contra a superfície interior da cabeça de corte. A cabeça de corte consiste de oito estações individuais de
corte, constituídas cada uma por uma sapata e um porta-lâminas onde se insere a lâmina. À medida que a
batata passa por cada lâmina de forma contínua e lisa é produzida uma rodela, sendo que o comprimento de
corte é determinado, neste caso, pelo tamanho da batata à entrada da cortadora. A linha P possui 4
equipamentos de corte, tal como a linha K até Abril de 2018, à qual foram adicionadas dois novos
equipamentos.
O conjunto da cortadora é ainda constituído nas duas linhas, para além da cabeça de corte por: uma caída,
através da qual a batata entra na cortadora; um sistema de adição de água, que fornece água e anti-espuma
à cortadora para lubrificar o corte e remover o excesso de amido e troços de batata formados; um impulsor,
constituído por uma caixa de velocidades, um motor, um variador de frequências, que permitem uma rotação
de 230 rpm, uma cabeça, que possui pás com ranhuras que previnem que a batata rode sobre si mesma e
pinos para facilitar a remoção de pedra e um cone dispersor de água, que dispersa a água proveniente do
sistema de adição da mesma de forma uniforme para a cabeça de corte; um anel de suporte, que suporta a
cabeça de corte e possui rasgos que facilitam o escoamento; tampas protetoras, que protegem os
componentes em movimento das cortadoras, previnem a entrada de objetos estranhos no interior das mesmas
e impedem que as rodelas girem para fora da cortadora e, por fim, um painel de controlo, apenas na linha P,
localizado junto das cortadoras e que permite que o seu manuseio (arranque, paragem e paragem de
emergência) seja feito rápida e eficazmente, sendo este controlo feito nos ecrãs de OIT (Operator Interface
Terminal) na linha K.
Para garantir um corte correto e o cumprimento dos objetivos de corte previamente mencionados, é
necessária a monotorização e controlo de três fatores: o fluxo de água, a velocidade do impulsor e a
19
performance da cabeça de corte. Um fluxo de água abaixo do especificado resulta na fraca lubrificação do
corte e na acumulação de amido e resíduos na cabeça de corte, originando variação no corte e lâminas
“cegas” que são lâminas que, pela acumulação de resíduos, não efetuam qualquer corte. Um fluxo de água
acima do especificado resulta no desperdício de água. Na linha P este caudal deve ser de aproximadamente
de 11 l/min e na linha K é de aproximadamente de 100 l/min. No caso da velocidade do impulsor, que deve
ser nas duas linhas igual a 230 rpm, se esta for muito elevada (>5%), a espessura das rodelas produzidas
será abaixo do pretendido, a variação de espessura da rodela ficará fora de especificação e haverá produção
excessiva de troços. Se a velocidade for baixa (<5%), aparecerão rodelas presas pelas pontas, a variação de
espessura de rodela ficará também fora de especificação e haverá também produção excessiva de troços.
Dos três fatores acima mencionados, o mais crítico é a performance da cabeça de corte, controlada pela
configuração das lâminas (e respetivo ajuste) e pelo desgaste das mesmas. As cabeças de corte requerem
assim substituição periódica ou excecional. Cada cabeça de corte é substituída por uma igual com lâminas
novas, que são ajustadas para a posição que corresponde à espessura do produto através de parafusos de
afinação e de um relógio de afinação. A configuração e ajuste das lâminas é controlada assim pela
substituição a intervalos pré-definidos das cabeças de corte que dependem do tipo de produto e também pela
verificação de hora em hora da espessura das rodelas produzidas, através da recolha de uma amostra de 10
rodelas de cada uma das cortadoras e medição da respetiva espessura. Os intervalos de mudança de lâminas
na linha P e K são de, respetivamente, 1,5 e 8h. As condições das lâminas são também controladas pela
verificação mencionada da espessura das rodelas cada hora e também quando é verificada a passagem de
pedra pelas cortadoras, que pode causar deformação irreversível não só das lâminas, mas também de outras
peças.
A entrada de batata nas cortadoras é possibilitada por equipamentos diferentes nas duas linhas. Na linha P,
a batata aceite na inspeção é transportada até uma mesa vibratória, que graças à sua vibração separa a
batata em filas individuais a cada uma das 4 cortadoras. Já na linha K, a batata inspecionada é transportada
a um “pulmão” que por sua vez alimenta uma balança que controla o peso do batch, que é de
aproximadamente 40kg. Desta balança, o batch é encaminhado a uma das 6 cortadoras de acordo com a
necessidade, sendo guardado na tremonha que se encontra associada a cada uma das cortadoras (Figura
2.19-B) (ou tapete, no caso das cortadoras mais recentes) até ao corte. Nesta linha o corte funciona por
pulsos, sendo apenas acionado quando a tremonha se encontra cheia e não existe já um batch de rodelas
pronto a ser encaminhado a uma das duas fritadeiras às quais cada cortadora está associada.
Ao longo das duas linhas existe uma borracha azul em variados locais que permite o amortecimento da queda
em zonas de transporte de batata, prevenindo a ocorrência de pancadas, que originam defeitos na batata,
que resultam na rejeição de batata crua ou de produto após a fritura, e também em perdas de peso causadas
pela rutura celular provocada pelo impacto, que resultam numa diminuição do rendimento de batata.
O passo que se segue é o da lavagem das rodelas. Este passo está apenas presente na linha P e tem como
objetivos: (i) a remoção do amido superficial, visto que a sua presença resulta em que as rodelas se colem
entre si ao entrar na fritadeira; (ii) a remoção de lascas e resíduos de rodelas, pois desperdiçam óleo na fritura;
(iii) a remoção da água superficial, por esta degradar o óleo e dificultar atingir a humidade pretendida no final
da fritura; e (iv) transferir uniformemente as rodelas para a fritadeira. Na linha K, a lavagem das rodelas é
20
proporcionada apenas pelo sistema de adição de água das cortadoras durante o corte e pequenas barras de
sprays no tapete de recolha das rodelas, sendo que não é pretendida aqui uma total remoção do amido
superficial pois é este que irá proporcionar a textura crocante associada aos produtos produzidos nesta linha.
O equipamento de lavagem da linha P é constituído primeiro por um tanque, onde um fluxo de alta pressão
de água remove o amido e resíduos de rodelas e dispersa as rodelas e move-as para o tapete de drenagem,
que transporta as rodelas através de barras de sprays e de um sistema de sucção de ar, onde são lavadas e
secas, respetivamente, até à fritadeira. O sistema de sucção de ar é o que permite a remoção da água
superficial das rodelas por secagem, por combinação da passagem de um fluxo de ar na superfície superior
das rodelas e de um “vácuo” que “suga” a água da superfície inferior das rodelas.
Após a lavagem e após o corte, as rodelas são encaminhadas para a fritura na linha P e na linha K,
respetivamente. Esta operação tem como principais objetivos estabelecer o sabor, textura e cor do produto
base e a garantia de um conteúdo de humidade final dentro do objetivo (aim).
A operação de fritura é feita de modo e em equipamentos diferentes. Na linha P, a fritura é feita em modo
contínuo numa única fritadeira multi-zonas. Este equipamento caracteriza-se principalmente por ser fechado
e por ter um sistema de manuseamento de produto no seu interior, através do qual se dá a passagem das
rodelas ao longo de três zonas distintas: a Área 1, onde as rodelas numa fase inicial flutuam livremente sobre
o óleo quente e são dispersadas uniformemente ao longo da largura da fritadeira pela presença de pás
rotativas, que também travam o fluxo de rodelas de forma a manter o tempo de residência requerido; a Área
2, onde as rodelas são submergidas no óleo de forma a garantir que as duas superfícies da rodela são
igualmente expostas ao óleo, e, por fim, a Descarga, onde as rodelas saem do óleo e são retiradas da
fritadeira através de um tapete, onde é também drenado o excesso de óleo das rodelas, dando-se assim por
terminada a operação de fritura. Já na linha K, cada uma das 6 cortadoras alimenta os batch de rodelas a 2
fritadeiras estilo K, num total de 12 fritadeiras. Estes equipamentos caracterizam-se por serem fritadeiras
abertas e onde as rodelas são suspensas no óleo quente e agitadas por um volteador ao longo de toda a
fritura, o que permite a obtenção de rodelas “dobradas”. Um ciclo de fritura compreende o tempo de fritura e
o tempo de descarga das rodelas da fritadeira, durante a qual as batatas fritas são drenadas do excesso de
óleo pela elevação do cesto. As batatas fritas de todas as fritadeiras desta linha são descarregadas a uma
mesa vibratória que as alimenta à operação seguinte.
Nas duas linhas a batata frita produzida passa por uma operação de inspeção visual. Aqui a batata frita é
selecionada com base na presença de cor indesejada (preto, castanho e/ou verde) e pela área ocupada por
esta na superfície da rodela em pixéis, sendo atribuído um índice de qualidade (Quality Index, QI) de 0 a 10
mil, sendo 0 uma rodela frita sem quaisquer defeitos. Valores de QI para diferentes níveis de defeito para
cada cor indesejada apresentam-se na Figura 7.2 do Anexo C. As batatas fritas ao passarem neste sistema
eletrónico de inspeção podem ser imediatamente aceites ou levadas a uma segunda passagem neste
sistema. Após esta segunda passagem pode ser aceite ou rejeitada completamente.
As batatas fritas aceites na inspeção visual são encaminhadas de seguida para a operação de aromatização.
Esta operação tem como principais objetivos a aplicação de uma camada uniforme e consistente de aroma
em pó e assegurar um nível correto de aromatização de acordo com o produto, e tem como principais funções
21
o transporte de aroma e a aplicação do mesmo. O transporte de aroma é feito desde uma tremonha de
fornecimento de aroma e de uma linha de transferência de aroma até ao parafuso aplicador de aroma. A
aplicação de aroma é feita por este parafuso dentro de um tambor rotativo, pela criação de uma cortina de
aroma ao longo do comprimento deste. No interior do tambor o aroma é combinado com o produto, que vai
“rolando” graças à ação rotativa do tambor e pela existência de nervuras no seu interior. O tambor está
montado de forma inclinada permitindo que as batatas fritas rolem até à saída do mesmo. A linha K possui
um único tambor de aromatização e a linha P possui três. Usualmente, encontram-se dois em funcionamento,
que aplicam aromas diferentes, possibilitando a produção simultânea de dois produtos distintos.
As batatas fritas aromatizadas seguem para embalagem em pacotes, que por sua vez são encaixotados para
posterior armazenamento.
2.3.3.1. Perda de peso de batata na operação de corte
Como já referido anteriormente, a operação de corte da batata em rodelas provoca a rutura das células em
contacto com as lâminas e a consequente libertação dos conteúdos das mesmas, sendo estes
maioritariamente amido e outros hidratos de carbono e proteínas (ver Tabela 2.1). Com esta libertação dos
conteúdos celulares, as rodelas obtidas pesam menos do que as batatas que as originaram, ou seja, dá-se
uma perda de peso da batata no corte, que se designa de forma comum de “perda de amido”. O peso perdido
de batata na operação de corte representa assim um desperdício do processamento da batata, e quanto maior
for a perda de peso maior será a massa de batata necessária para a mesma produção de rodelas de produto
final.
Nas duas linhas de produção de batata frita da fábrica, a massa de batata desperdiçada na operação de corte
encontra-se diluída em água, seja nas águas de lavagem na linha P ou na água do sistema de adição da
operação de corte na linha K, sendo esta encaminhada para uma estação de recuperação de amido sob a
forma de pó para posterior venda.
De acordo com dados de 2016, a linha K apresenta perdas de peso superiores em 2% relativamente à linha
P. Apesar da operação de corte se basear no mesmo equipamento nas duas linhas, as condições em que a
operação ocorre diferem em alguns aspetos, e podem ser precisamente essas diferenças que representam
os fatores que estão a influenciar as perdas superiores encontradas na operação de corte da linha K. Esses
fatores podem ser o caudal de água, as condições de alimentação da batata, o desgaste das cabeças de
corte e o desgaste das lâminas.
A – Caudal de Água
Como já referido, as cortadoras de ambas as linhas possuem um sistema de adição de água que permite a
lubrificação do corte bem como a remoção do amido e troços de batata libertados no corte. Na linha P o
caudal é alimentado continuamente e deve ser de aproximadamente 11 l/min a cada cortadora (para
aproximadamente 23kg/min de batata alimentada “uma-a-uma”) e na linha K é de aproximadamente 100 l/min
a cada cortadora (para cada batch de 40 kg de batata), estando apenas ligado durante o corte de cada batch
e batata,que dura 40s. O caudal aplicado na linha K é bastante superior, pela inexistência de uma operação
de lavagem das rodelas nesta linha e também para prevenir a formação de aglomerados de rodelas. Apesar
22
disso, o caudal aplicado é bastante superior ao da linha P, podendo estar a afetar as perdas superiores
sentidas.
B – Condições de alimentação da batata
Como já descrito na secção 2.3.3, a batata é alimentada continuamente “uma a uma” às cortadoras da linha
P. Esta condição permite que cada batata seja cortada individualmente e aproximadamente sempre na
mesma direção longitudinal. Já na linha K, o batch de batata, armazenado nas tremonhas que precedem cada
uma das cortadoras, é alimentado através de um sem-fim até à cortadora, não existindo nenhum equipamento
que individualize a batata, caindo esta de forma agrupada em posição aleatória relativamente à cortadora.
Esta forma de alimentação resulta assim que a batata não seja por vezes cortada na posição devida, e pode
levar a que haja um aumento da superfície exposta da batata por unidade de volume relativamente às lâminas,
o que pode resultar num aumento da rutura celular e maior perda de peso da batata.
C – Desgaste das cabeças de corte
As cabeças de corte usadas na linha P e as da linha K são em tudo iguais, menos no que se refere aos anos
de utilização. As cabeças de corte da linha P foram compradas a Maio de 2017, ao invés das da linha K, cuja
compra foi feita em 2008. Para além da substituição frequente das lâminas e, por vezes, de outros
componentes se forem irremediavelmente danificados, por exemplo, pela passagem de pedra na cortadora,
a estrutura da cabeça de corte mantém-se a mesma desde a compra. O desgaste da cabeça de corte é notório
pelo desgaste superficial das sapatas, visível pelo intervalo entre a sapata e o porta-lâminas, o gap, que mede
a distância entre o nível da sapata e do porta-lâminas na sua face interior à cabeça de corte, e que, acima de
um dado valor, requer substituição das sapatas. A passagem da batata pelas sapatas desgastadas pode
afetar assim a obtenção de rodelas lisas e provocar maior rutura celular, e, consequentemente, aumentar a
perda de peso durante o corte. Para além disso, os anos de utilização levam a que as cabeças de corte não
encaixem corretamente no impulsor, podendo causar oscilação durante o corte e prejudicando a correta
operação do equipamento.
D – Desgaste das lâminas
De forma a minimizar a força necessária ao corte do alimento e reduzir a rutura celular e consequentes danos
no produto e redução dos rendimentos, é necessário manter lâminas afiadas em qualquer operação de corte
na indústria alimentar (Fellows, 2000b). Impõem-se a sua substituição periódica ou sempre que forem
identificados danos nas mesmas.
Como já foi referido, estão definidos períodos de substituição das cabeças de corte para substituição de
lâminas nas duas linhas de produção de batata frita. Na linha P a substituição é feita a cada 1,5h na produção
de um produto semelhante ao da linha K. Nesta linha a substituição é feita apenas uma vez por turno, ou seja,
a cada 8h. Tendo em conta o consumo por hora de batata crua e o número de cortadoras em cada linha, um
conjunto de 8 lâminas na linha K processa aproximadamente o dobro da batata crua que um da linha P. As
lâminas das cortadoras irão apresentar progressivamente cada vez mais desgaste, sendo que na linha K há
uma maior massa de batata a ser processada com lâminas potencialmente mais desgastadas. Lâminas
desgastadas impossibilitam um corte “limpo” da batata, potencialmente resultando numa rutura mais
23
acentuada dos tecidos da batata e libertação do amido e restantes conteúdos celulares, consequentemente
resultando numa maior perda de peso da batata na operação de corte.
3. Materiais e métodos
3.1. Amostras de batata
As amostras de batata branca recolhidas para a realização das experiências apresentam características
distintas de acordo com o lote a que pertencem, sendo estas, conteúdo em sólidos (em %) e tamanho (número
de tubérculos numa amostra de 10 kg). Esta informação está disponibilizada no Anexo C para todas as
amostras recolhidas, sendo que o conteúdo de sólidos global variou entre 20,1 e 24,9% e o número de
tubérculos entre 63 e 78.
3.2. Pesagem das amostras pré- e pós-corte: o procedimento standard da
empresa
A análise da perda de peso de todas as amostras recolhidas de batata baseou-se no procedimento operatório
standard da empresa. Este procedimento baseia-se na pesagem da amostra de batata em suspensão em
água, antes e após o corte em rodelas. O set-up inclui uma balança da marca OHAUS modelo SCOUT Pro
SPU2001 (sensibilidade de 0,1g), uma cesta de pesagem, uma corrente que liga a balança à cesta, um tanque
e água. As cortadoras onde se efetuou o corte das batatas em rodelas são as cortadoras centrífugas de alta
velocidade pertencentes às linhas de produção P e K.
A aplicação deste procedimento inicia-se com a recolha de uma amostra de 10 batatas no local que
imediatamente precede as cortadoras. Com o set-up de pesagem já previamente preparado, a balança é
tarada, sendo que a água do tanque tem de estar imóvel para tal. A amostra recolhida é colocada no cesto e
é registado o respetivo peso, a que se dá o nome de “Peso 1”. De seguida, a cortadora onde se pretende
analisar a amostra é desligada e é retirada a respetiva cabeça de corte. Toda a restante estrutura da cortadora
e estrutura adjacente, como a caída e a tampa, é lavada de forma a remover todas as rodelas e troços de
batata residuais. De seguida, é colocada uma nova cabeça de corte com lâminas novas e é colocado o
tabuleiro de recolha de baixo da cortadora. A cortadora é depois ligada sem se ligar a respetiva alimentação
e a amostra recolhida é colocada de forma adequada na cortadora, sendo assim cortadas e obtidas as rodelas.
Seguidamente e com a cortadora desligada e o tabuleiro de recolha ainda debaixo da mesma, são lavadas
todas as rodelas e troços de batata que possam ter ficado presos na estrutura. O tabuleiro é depois retirado
cuidadosamente de baixo do equipamento de corte de forma a não se perder nenhuma porção da amostra.
As rodelas obtidas são lavadas com água durante aproximadamente 30 segundos. A balança é novamente
tarada e cuidadosamente as rodelas são colocadas no mesmo cesto de forma a remover o ar. Após a amostra
estabilizar no cesto é registado o respetivo peso, o “Peso 2”. A descrição detalhada da aplicação do
procedimento de pode ser feita por consulta do procedimento operatório standard, no Anexo B.
24
3.3. Efeito da variação dos fatores identificados na perda de peso da batata na
operação de corte: estratégia experimental
Na secção 2.3.3.1. foram identificados os quatros fatores de interesse ao estudo do seu efeito na perda de
peso da batata na operação de corte em rodelas. Estes são: o desgaste da cabeça de corte, em anos de
utilização; o caudal de água de lubrificação aplicado durante o corte, em l/min; as condições de alimentação
de batata às cortadoras, que podem variar entre alimentação singular (“uma-a-uma”) a alimentação agrupada;
e o desgaste das lâminas desde a sua mudança, em horas de utilização. Cada um destes fatores foi estudado
individualmente e a estratégia experimental aplicada ao estudo do respetivo efeito sobre as perdas de peso
da batata durante o corte diferiu para cada um dos fatores identificados, sendo descrita de seguida. Apesar
da estratégia diferir, envolveu sempre a aplicação repetida do procedimento standard da empresa. Cada
aplicação deste procedimento operatório será doravante numerada, por ordem de aplicação, e designada por
“teste”. Todos os testes foram realizados nas cortadoras das duas linhas de produção, implicando sempre
assim pausas ao funcionamento das mesmas durante a produção. A realização de testes às mesmas
condições experimentais e com amostras de batata do mesmo lote considera-se aqui como realização de
repetições, sendo independentes entre si. Testes repetidos foram designados com mesmo número, sendo
que a distinção entre repetições do mesmo teste é feita através da designação de a,b,c ou d, se fôr a primeira,
segunda, terceira ou quarta repetição do teste. No caso do estudo do efeito do desgaste das lâminas, os
estudos independentes realizados são distinguidos da mesma forma que os testes para os restantes fatores.
3.3.1. Desgaste das cabeças de corte
O efeito do desgaste das cabeças de corte foi estudado pelo corte de 23 amostras de batata usando uma
cabeça de corte com 0,7 anos de utilização (nível A) e de outras 23 amostras usando uma cabeça de corte
com aproximadamente 9 anos de utilização (nível B), num total de 23 testes sem repetições para cada nível.
Os testes foram realizados aleatoriamente entre as quatro cortadoras da linha P, a um caudal de água em
média de 16,4 l/min, alimentação singular de batata e sempre com lâminas novas, ou seja, com 0h de
desgaste. O mesmo nº de teste para o nível A e para o nível B deste fator correspondem a amostras de batata
do mesmo lote, sendo amostras independentes. Os valores de perda bem como as características de todas
as amostras usadas neste estudo apresentam-se na Tabela 7.1 do Anexo C.
3.3.2. Caudal de água de lubrificação
O efeito do caudal de água foi estudado pelo corte de 25 amostras de batata a um caudal de 17,4 l/min (nível
A) e de outras 25 amostras a um caudal aproximadamente de 67,0 l/min (nível B), num total de 25 testes para
cada nível, existindo repetições. Todos os testes foram realizados na cortadora nº4 da linha P, por ser a que
permite variação de caudal mais fácil, usando cabeças de corte com 0,7 anos de utilização, alimentação
singular de batata e sempre com lâminas com 0h de desgaste. O mesmo nº de teste para o nível A e para o
nível B deste fator correspondem a amostras de batata do mesmo lote, sendo amostras independentes. Os
valores de perda bem como as características de todas as amostras usadas neste estudo apresentam-se na
Tabela 7.2 do Anexo C.
25
3.3.3. Condições de alimentação
O efeito das condições de alimentação de batata foi estudado pelo corte de 23 amostras de batata aplicando
uma alimentação singular de batata (nível A) e de outras 23 amostras aplicando uma alimentação agrupada
de batata, num total de 23 testes para cada nível, existindo repetições. Todos os testes foram realizados
sempre na cortadora nº2 da linha K, com uma cabeça de corte com 9 anos de utilização, a um caudal de água
de 100 l/min e sempre com lâminas com 0h de desgaste. O mesmo nº de teste para o nível A e para o nível
B deste fator correspondem a amostras de batata do mesmo lote, sendo amostras independentes. Os valores
de perda bem como as características de todas as amostras usadas neste estudo apresentam-se na Tabela
7.3 do Anexo C.
3.3.4. Desgaste das lâminas
O efeito do desgaste das lâminas ao longo do tempo de corte até sua substituição foi estudado pela realização
de estudos independentes numa cortadora da linha K. Estes estudos envolveram a realização de testes a
intervalos definidos de tempo desde a mudança da cabeça de corte, ou seja, desde o momento de mudança
para uma cabeça de corte possuindo lâminas novas. Realizaram-se 3 estudos durante 4h e 3 durante 8 h,
num total de 6 estudos independentes. Para os estudos de 4h realizaram-se testes às 0 e às 4h, sendo o
tempo 0 correspondente a lâminas novas. Para os estudos de 8h realizaram-se testes às 0, 4 e 8h. Todos os
testes foram realizados sempre na mesma cortadora da linha K, a 2, com uma cabeça de corte com 9 anos
de utilização, um caudal de água 100 l/min e alimentação agrupada de batata. Os valores de perda bem como
as características de todas as amostras usadas neste estudo apresentam-se nas Tabelas 7.4 e 7.5,
respetivamente, do Anexo C.
Na Tabela 3.1 encontram-se resumidas as condições experimentais para os quatros fatores identificados.
Tabela 3.1 – Níveis estudados e condições experimentais para cada um dos fatores identificados como potenciais influenciadores da perda de peso da batata na operação de corte. Nas condições incluem-se: o local de realização, ou seja, a linha de produção e nº de cortadora; o desgaste das cabeças de corte usadas, em anos de utilização; o caudal de água de lubrificação, em l/min; alimentação de batata singular ou agrupada; e desgaste das lâminas, em horas de
utilização.
Fatores
Níveis estudados Condições de realização dos testes
A B Local
Desgaste das
cabeças de corte (anos)
Caudal de Água (l/min)
Condições de
alimentação
Desgaste das
lâminas (h)
Desgaste das cabeças de corte (anos)
0,7 9 P - 17,4 Singular 0
Caudal de água (l/min)
16,4 ~67,0 P (4) 0,7 - Singular 0
Condições de alimentação
Singular Agrupada K (2) 9 100 - 0
Desgaste das lâminas (h)
Estudos durante 4 ou 8h K (2) 9 100 Agrupada -
26
3.4. Estratégia analítica
3.4.1. Análise do efeito (%) do desgaste da cabeça de corte, do caudal de água e das
condições de alimentação
Da aplicação do procedimento operatório standard da empresa a todas as amostras recolhidas, descrito na
secção 3.2., foi possível obter o peso de uma amostra de rodelas de batata antes da operação de corte, o
“Peso 1”, e o da mesma amostra após o corte, o “Peso 2”. Com estes valores foi possível calcular a
percentagem de perda de peso da batata (Perda, em %) através da equação 1 para todas as amostras
testadas. Como descrito na secção 3.3, excetuando para o estudo do desgaste das lâminas, para os dois
níveis de estudo de cada fator foram utilizadas n amostras. Para n amostras, o valor médio de Perda (Perda̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ ,
em %) para um dado nível de um dado fator foi calculado através da média aritmética, tal como descrito pela
equação 2. O valor do desvio padrão (SD, em %) da perda para um dado nível de um dado fator foi calculado
de acordo com a equação 3. O valor do efeito (EfeitoA→B, em %) que um dado fator tem sobre as perdas de
peso da batata de acordo com os níveis estudados às condições experimentais estudadas é dado pela
diferença entre o valor médio de perda ao nível B (Perda̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅B, em %) e o valor médio de perda ao nível A (Perda̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅
A,
em %), tal como descrito pela equação 4. Este valor representa o aumento em perda de peso de batata no
corte (em %) da alteração de um fator do nível A para o nível B do mesmo.
Perda (%)=Peso 1-Peso 2
Peso 1×100 (1)
Perda̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ (%)=%Perda1+%Perda2+... +%Perdan
n n≤25 (2)
SD (%) =√∑ (Perda-Perda̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ )2
(n-1) (3)
EfeitoA→B (%)=Perda̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅𝐵-Perda̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅
𝐴 (4)
Os valores de Perda obtidos para todos os testes foram depois representados de forma gráfica (Figuras 4.1,
4.2, 4.4, 4.5, 4.7 e 4.8), onde cada nível de cada fator estudado possui um respetivo gráfico onde um ponto
representa um teste, estando estes representados por ordem cronológica de realização dos mesmos. Para
uma melhor análise dos resultados, foi também incluída nesta representação gráfica uma linha contínua verde
correspondente à respetiva Perda̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ e duas linhas contínuas, que representam os limites superiores (LS, em %)
e inferiores (LI, em %) dos resultados, sendo calculados, respetivamente, pelas equações 5 e 6, sabendo os
respetivos valores de SD.
LS (%)=Perda̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ +SD (5)
LI (%)=Perda̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ -SD (6)
Para avaliação da reprodutibilidade da estratégia experimental implementada, a diferença entre o maior e o
menor valor de perda foi também calculada para cada conjunto de testes para cada nível de cada fator
estudado. Este valor, a que se denominou de desvio de nível, foi calculado através da equação 7. No caso
dos fatores em que foi possível obter repetições, foi calculado o valor de desvio também através da equação
27
7 entre a repetição de maior valor e a de menor valor de perda. No caso do fator de desgaste da cabeça de
corte, foram também calculados os desvios sentidos em cada cortadora para um dado nível de um dado fator,
também com base na equação 7. Tanto os desvios associados às cortadoras como os associados às
repetições foram representados graficamente, correspondendo, respetivamente, à Figura 4.3 e às Figuras 4.6
e 4.9.
DesvioNível; Repetições; Cortadora (%)=Maior Perda (%) - Menor Perda (%) (7)
3.4.2. Análise do efeito do desgaste das lâminas
A percentagem de perda de peso da batata dos testes feitos aos intervalos de tempo determinados (ver
secção 3.3.4.) foi calculada da mesma forma para este estudo como nos restantes, recorrendo à equação 1.
A progressão da perda de batata ao longo de 4 ou 8h foi representada individualmente para cada estudo
realizado. Dos estudos obtidos, foi aplicado um modelo exponencial, como descrito pela equação 8, aos dois
estudos que representaram o melhor e o pior cenário de perdas, ou seja, aos cenários que apresentaram,
respetivamente, as progressões de aumento de Perda mais rápida e mais lenta. Na equação 8, Perda0
corresponde à percentagem de perda às 0h e b à constante de progressão exponencial. Os modelos
exponenciais obtidos foram representados graficamente.
Perda (%) (t)=Perda0ebt(h) (8)
3.4.3. Avaliação do impacto económico de alterações na operação de corte da linha K
Para estimar se alterações às condições operatórias da operação de corte da linha K são economicamente
viáveis foram usados os resultados obtidos da estratégia experimental descrita na secção 3.3. Os cálculos e
raciocínios associados a esta avaliação são descritos em detalhe na secção 4.2.
28
4. Resultados e discussão
Com a identificação dos fatores de interesse feita previamente (ver secção 2.3.3.1.), o presente capítulo
prende-se com a apresentação e análise dos resultados obtidos da experiência conduzida (secção 4.1). Dos
resultados obtidos, é depois também feita uma análise económica com o objetivo de verificar se alterações
às condições operatórias da operação de corte da linha K são economicamente viáveis (secção 4.2).
4.1. Efeito dos fatores identificados na perda de peso da batata na operação de
corte em rodelas
4.1.1. Efeito do desgaste das cabeças de corte, do caudal de água e das condições de
alimentação
Na Tabela 4.1 são resumidamente apresentados os resultados obtidos nos estudos conduzidos ao desgaste
das cabeças de corte, ao caudal de água de lubrificação e às condições de alimentação de batata, onde são
incluídos os valores médios de perda para cada nível de cada fator, e os respetivos desvios padrão, desvios
globais e efeitos obtidos.
Tabela 4.1 – Valores de perda média (em %), desvio padrão (SD, em %), desvio global para cada nível (A e B) estudado dos fatores desgaste das cabeças de corte (em anos), caudal de água (em l/min), condições de alimentação. Os valores do efeito (em %) da variação de cada um destes fatores nas perdas são também listados, bem o local de realização dos
testes.
Local Níveis Perda̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅
(%) SD (%) DesvioNível EfeitoA→B (%)
Desgaste das cabeças de corte (anos)
P 0,7 (A) 11,8 1,6 8,2
0,4 9 (B) 12,3 1,6 6,8
Caudal de água (l/min) P 17,4 (A) 11,6 1,1 4,2
0,2 67 (B) 11,8 1,2 4,1
Condições de alimentação
K Singular (A) 13,1 1,0 3,9
0,5 Agrupada (B) 13,6 1,1 4,5
Dos valores apresentados na Tabela 4.1 é possível fazer uma primeira análise global aos resultados das
experiências conduzidas. Dos três fatores listados, a alteração nas condições de alimentação de batata de
agrupada (B) para singular (A) aparenta ter o maior efeito (0,5%) sobre as perdas de peso da batata na
operação de corte, para a gama de níveis estudados deste dos restantes fatores. É também possível
demonstrar as diferenças entre a operação de corte das duas linhas de produção no que se deve às perdas
de peso de batata. Os valores médios de perda dos testes do nível A de desgaste da cabeça de corte e do
nível A de caudal de água correspondem a valores médios de perda (11,8 e 11,6%, respetivamente, 11,7%
em média) na operação de corte da linha P às respetivas condições operatórias normais. Já os valores médios
de perda dos testes ao nível B de condições de alimentação correspondem a valores médios de perda (13,6%)
na operação de corte da linha K às respetivas condições operatórias normais. De acordo com a experiência
conduzida, a diferença entre a operação de corte das duas linhas relativamente a este desperdício é assim
de 1,9%, valor próximo do apresentado na declaração do problema do projeto de 2% (ver secção 1.2). Uma
discussão mais detalhada da variabilidade, associada aos valores de desvio global, sentida ao longo da
realização das experiências será feita ao na secção 4.1.3.
29
4.1.1.1. Análise do efeito do desgaste das cabeças de corte
A Figuras 4.1 apresenta representações gráficas dos valores de perda obtidos cronologicamente para todos
os testes utilizando cabeças de corte com 0,7 (nível A) e com 9 anos de utilização (nível B), respetivamente.
Figura 4.1 – Efeito do desgaste das cabeças de corte com 0,7 anos de utilização (gráfico A) e com 9 anos de utilização (gráfico B) nos valores (pontos negros) de perda de peso da batata (Perda, em %) obtidos por ordem cronológica para 23 testes para cada nível, num total de 46 amostras independentes de 10kg de batata branca. Os testes realizaram-se no período entre 11/12/2017 e 20/12/2017 nas cortadoras da linha P, a um caudal de água de lubrificação médio de 16,4 l/min, com alimentação singular de batata e lâminas com 0h de desgaste. Os pontos circulares representam testes na cortadora 1, os quadrados na 2, os losangos na 3 e os triângulos na 4. Estão
também representados os valores de Perda̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ (em %) (linha verde contínua) e desta mais (LS) e menos o SD (LI) (linha continua
vermelha superior e inferior, respetivamente) para os dois níveis. As linhas verticais negras a tracejado representam mudança no lote de batata usado para recolha das amostras. As características do lote bem como os valores de Perda de todas as amostras podem-se
encontrar na Tabela 7.1 do Anexo C.
9,0
10,0
11,0
12,0
13,0
14,0
15,0
16,0
17,0
18,0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Per
da
(%)
Nº Teste
9,0
10,0
11,0
12,0
13,0
14,0
15,0
16,0
17,0
18,0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Per
da
(%)
Nº Teste
A
B
30
Por análise da Figuras 4.1, que correspondem aos resultados obtidos para os testes utilizando cabeças de
corte com 0,7 (nível A) e com 9 anos de utilização (nível B), respetivamente, para os quais se obtiveram
valores médios de perda de 11,8% e de 12,3%, para um efeito de variação de 0,4% (ver Tabela 4.1). Uma
observação global destas figuras indica uma tendência global semelhante de perdas para os dois níveis
estudados. De salientar que, para os dois níveis deste fator e dos restantes, o mesmo número de teste
corresponde a amostras independentes, mas que não só correspondem a amostras pertencentes ao mesmo
lote, mas que foram recolhidas no mesmo dia em momentos próximos, nunca separados de mais de 1h. É
possível também observar um claro ponto outlier nos dois níveis, correspondente ao teste nº18. Estes pontos
correspondem a amostras de um lote da variedade de batata VR808, diferente da variedade das restantes
amostras (Hermes). As perdas bastante mais elevadas observadas de 17,3% e de 17,0% para o nível A e B,
respetivamente, podem estar ligadas à variedade, mas também ao lote em particular. Seria necessária a
realização de mais testes com amostras de diferentes lotes desta variedade para perceber a razão desta
discrepância mas, visto que ocorreu nos testes aos dois níveis, não se pensa que o valor elevado de perda
esteja associado a um erro experimental. De qualquer forma, se o teste nº18 for excluído, os valores de desvio
global diminuem de 8,2 para 4,5 para o nível A, e de 4,5 para 3,6 para o nível B.
Visto que os testes ao efeito do desgaste das cabeças de corte foram realizados de forma aleatória pelas
quatro cortadoras da linha P, foram calculados os valores dos desvios sentidos em cada uma das cortadoras,
cujos valores se encontram representados na Figura 4.2. De salientar que, para uma análise consistente
destes valores, os valores de perda do teste 18 dos dois níveis foram excluídos.
Figura 4.2 – Representação gráfica dos valores de desvio obtidos (pontos negros) para cada uma das cortadoras da linha P. Os pontos ligados por uma linha contínua correspondem aos calculados a partir dos valores de Perda para as cabeças de corte com 0,7 anos de
utilização (nível A) e os pontos ligados pela linha tracejada correspondem aos obtidos para as cabeças de corte com 9,0 anos de utilização (nível B). Os pontos circulares correspondem à cortadora 1, os quadrados à 2, os losangos à 3 e os triângulos à 4. Todos os
valores de desvio apresentam-se na Tabela 7.6 do Anexo C.
Por observação do gráfico da Figura 4.2 pode concluir-se com base nesta experiência que a cortadora 3, por
apresentar os desvios superiores para os dois níveis (4,5 e 3,5, respetivamente para o nível A e B) estará a
realizar um corte menos consistente ao longo da produção, indicando que esta cortadora possa necessitar de
uma revisão mecânica por parte da manutenção. possivelmente criando inconsistência nas rodelas e
consequentemente na qualidade do produto final. Apesar de os valores de desvio mais baixos serem sentidos
na cortadora 1 (1,3) e na cortadora 4 (1,7), a cortadora 2 aparenta ser a cortadora mais fidedigna para futuras
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
1 2 3 4
Des
vio
Nº cortadora
31
experiências deste tipo. Para além de nesta cortadora os desvios serem mais baixos nos dois níveis do que
os da 4 (2,2 e 2,0, para o nível A e B, respetivamente), existe convergência nestes mesmos valores indicando
que, pelo menos no que toca à utilização de cabeças de corte diferentes, esta cortadora não é afetada pela
variação desta condição experimental. O mesmo não ocorre para as cortadoras 1 e 4.
32
4.1.1.2. Análise do efeito do caudal de água
A Figura 4.3 apresentam representações gráficas dos valores de perda obtidos cronologicamente para todos
os testes a um caudal de água de 17,4 l/min (nível A) e a um caudal de 67 l/min (nível B), respetivamente.
Figura 4.3 - Efeito do desgaste do caudal de água de 17,4 l/min (gráfico A) e de 67,0 l/min (gráfico B) nos valores (pontos negros) de perda de peso da batata (Perda, em %) obtidos por ordem cronológica para 25 testes para cada nível, num total de 50 amostras
independentes de 10kg de batata branca. Os testes realizaram-se no período entre 21/12/2017 e 30/01/2018 na cortadora 4 da linha P, usando uma cabeça de corte com 0,7 anos de utilização, com alimentação singular de batata e lâminas com 0h de desgaste. Estão
também representados os valores de percentagem de Perda̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ (em %) (linha verde contínua) e desta mais (LS) e menos o SD (LI) (linha continua vermelha superior e inferior, respetivamente) para os dois níveis. As linhas verticais negras a tracejado representam mudança
no lote de batata usado para recolha das amostras. As características do lote bem como os valores de Perda de todas as amostras podem-se encontrar na Tabela 7.2 do Anexo C.
Analisando agora os resultados obtidos nesta experiência de variação do caudal de água de lubrificação, que
se apresentam na Figura 4.3 A e B, respetivamente para um caudal de 17,4 l/min (nível A) e de 67,0 l/min
9,0
10,0
11,0
12,0
13,0
14,0
15,0
1a 1b 1c 2 3 4 5a 5b 6a 6b 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20a 20b
Per
da
(%)
Desginação do teste
9,0
10,0
11,0
12,0
13,0
14,0
15,0
1a 1b 1c 2 3 4 5a 5b 6a 6b 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20a 20b
Per
da
(%)
Designação do teste
B
A
33
(nível B). Os valores médios de Perda, às condições experimentais estudadas, para o nível A e B são de
respetivamente, 11,6 e 11,6%, para um efeito igual a 0,2% (ver Tabela 4.1). Neste caso, já não é observada
uma tendência semelhante no decorrer da experiência entre os valores de perda dos dois níveis, mas a
variabilidade entre os valores de perda volta a ser evidente, sendo que os valores de desvio global são,
respetivamente, para o nível A e B de 4,2 e de 4,1. Se os valores de perda correspondentes ao teste nº17
forem excluídos, os desvios do nível A e B tomam os valores 3,2 e 4,0, respetivamente. Os valores de perda
mais baixos sentidos nestes testes (9,2% no nível A e 9,6% no B) devem estar provavelmente associados a
uma característica inerente do lote das amostras usadas. Os valores de desvio global são mais baixos do que
os sentidos nos testes ao desgaste das cabeças de corte. Tal deve estar provavelmente associado à
realização dos testes sempre na mesma cortadora da linha P, a cortadora 4. Apesar disso, os desvios
observados podem estar associados a outros fatores. Para além da variação óbvia das características das
amostras, estes testes foram realizados aleatoriamente em vários dias de produção em que os produtos
produzidos na linha diferiram. Isto significa que as lâminas usadas no corte tiveram características variáveis
de geometria, para além das cabeças de corte também terem algumas características diferentes, apesar de
apresentarem os mesmos anos de desgaste. Os valores médios de perda para testes às condições do nível
A, que correspondem testes às condições operatórias normais da linha P, associados ao produto semelhante
ao da linha K e associados ao de geometria diferente observados nesta experiência são de, respetivamente
11,4 e 11,6%.
Visto que se realizaram repetições nos testes ao efeito do caudal de lubrificação, foram calculados os desvios
entre os valores de perda das repetições do mesmo teste. Os valores destes desvios são apresentados
graficamente na Figura 4.4. Os testes com repetições são o 1, o 5, o 6 e o 20, sendo que todos correspondem
a testes associados à produção do mesmo produto, sendo os valores de desvio comparáveis. Idealmente os
desvios deveriam tomar valores baixos, constantes para testes do mesmo nível e convergentes entre os testes
dos dois níveis.
Figura 4.4 - Representação gráfica dos valores de desvio obtidos (pontos negros) para cada um dos testes com repetições do estudo do efeito do caudal de água de lubrificação, sendo estes os testes nº1, 5, 6 e 20. Os pontos
ligados por uma linha contínua correspondem aos calculados a partir dos valores de Perda para uma caudal de água de 17,4 l/min (nível A) e os pontos ligados pela linha tracejada correspondem aos obtidos a um caudal de 67,0 l/min (nível
B). Todos os valores de desvio apresentam-se na Tabela 7.7 do Anexo C.
Por análise da Figura 4.4, é mais uma vez evidenciada a inexistência de uma tendência semelhante entre os
dois níveis, pela falta de convergência entre os desvios dos dois níveis, com exceção do teste 6. Apesar disso,
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
1 5 6 20
Des
vio
Nº Teste
34
os desvios variaram dentro uma gama menor (entre 0,4 e 2,2) do que a observada para os desvios de cada
uma das cortadoras da linha P (entre 1,3 e 4,5, ver Figura 4.2), no estudo do efeito do desgaste das cabeças
de corte, evidenciando que a realização dos testes sempre na mesma cortadora aumenta a fidelidade dos
resultados. Para além disso, o facto de os desvios tomarem globalmente valores mais baixos do que os das
cortadoras, que se baseiam em valores de perda de amostras pertencentes a lotes variáveis, evidencia que
a utilização de amostras pertencentes ao mesmo lote aumenta também a fidelidade dos resultados. Apesar
disso, a existência de um valor de desvio para repetições do mesmo teste é indicadora da variabilidade
inerente à batata como a forma e o tamanho, e a heterogeneidade dos seus tecidos, mesmo que pertencente
ao mesmo lote, algo que vai ser analisado em mais detalhe na secção 4.1.3.
4.1.1.3. Análise do efeito das condições de alimentação
A Figura 4.5 apresenta as representações gráficas dos valores de perda obtidos cronologicamente para todos
os testes a alimentação singular de batata (nível A, correspondente à Figura 4.5-A) e a alimentação agrupada
de batata (nível B, correspondente à Figura 4.5-B). Analisando os resultados obtidos nesta experiência de
variação das condições de alimentação de batata observa-se que os valores médios de perda de batata
respetivamente para o nível A e B são de 13,1 e 13,6%, tendo-se verificado um efeito de 0,5% (ver Tabela
4.1). A variabilidade entre os valores de perda de todas as amostras recolhidas volta a ser evidente, apesar
de neste caso as tendências de variação entre os valores de Perda serem semelhantes entre os dois níveis.
Os valores de desvio para os níveis A e B são, respetivamente, de 3,9 e de 4,5, sendo o primeiro o valor mais
baixo deste desvio até agora. Tal pode ser justificado pelos testes terem sidos realizados sempre na mesma
cortadora da linha K, a nº2 e terem sido realizadas mais repetições. O valor mais baixo de desvio para o nível
A, comparativamente ao do B, pode-se justificar pelo facto da batata, ao entrar individualmente na cortadora,
ser geralmente cortada sempre ao longo do mesmo eixo, o que não ocorre em alimentação agrupada, em
que batata é cortada em posições variáveis. Este fator variabilidade vai ser discutido na secção 4.1.3. O teste
nº 6 corresponde a valores de perda para um produto de espessura infeiror, o que significa a utilização das
mesmas cabeças de corte mas com lâminas afinadas para uma espessura inferior (ver Tabela 2.3). Excluindo
os valores de perda do teste nº6 (14,5(a) e 14,4%(b), e 15,7(a) e 15,8%(b), para o nível A e B, respetivamente),
os desvios globais para o nível A e B tomam os valores de 3,9 e 4,3, respetivamente. Isto pode indicar que a
ligeira diferença de espessura das rodelas de batata não afetou significativamente os desvios globais nesta
experiência. De qualquer forma, seria necessária a realização de testes em que se faria a comparação entre
as duas espessuras, utilizando amostras do mesmo lote de batata para os dois casos.
35
Figura 4.5 - Efeito da alimentação de batata singular (gráfico A) e de alimentação agrupada (gráfico B) nos valores (pontos negros) de perda de peso da batata (Perda, em %) obtidos por ordem cronológica para 23 testes para cada nível, num total de 46 amostras independentes de 10kg de batata branca.. Os testes realizaram-se no período entre
11/01/2018 e 20/02/2018 na cortadora 2 da linha K, usando uma cabeça de corte com 9 anos de utilização, a um caudal
de água de lubrificação de 100 l/min e lâminas com 0h de desgaste. Estão também representados os valores Perda̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅̅ (em %) (linha verde contínua) e desta mais (LS) e menos o desvio padrão (LI) (linha continua vermelha superior e inferior,
respetivamente) para os dois níveis. As linhas verticais negras a tracejado representam mudança no lote de batata usado para recolha das amostras. As características do lote bem como os valores de Perda de todas as amostras
podem-se encontrar na Tabela 7.3 do Anexo C.
Foram também calculados os desvios para os testes com repetições, estando estes valores representados
graficamente na Figura 4.6. Os testes com repetições são neste caso os de nº2, 3, 4, 5, 6, 11 e 12. Nesta
experiência, os desvios apresentaram tendências semelhantes, com exceção do teste 4, e existe uma boa
convergência entre os desvios dos mesmos testes, indicando que, para amostras dos mesmo lote, a variação
10,0
11,0
12,0
13,0
14,0
15,0
16,0
1 2a 2b 2c 3a 3b 3c 4a 4b 5a 5b 5c 6a 6b 7 8 9 10 11a 11b 12a 12b 12c
Per
da
(%)
Designação do teste
10,0
11,0
12,0
13,0
14,0
15,0
16,0
1 2a 2b 2c 3a 3b 3c 4a 4b 5a 5b 5c 6a 6b 7 8 9 10 11a 11b 12a 12b 12c
Per
da
(%)
Designação do teste
B
A
36
nas condições de alimentação não afetou a fidelidade da experiência. Tal pode indicar que, usando amostras
do mesmo lote, a variação da posição em que a batata é cortada já não afeta de forma tão evidente a
variabilidade dos resultados. Os valores de desvio dos testes com repetições são próximos dos observados
para os do estudo do caudal, devendo estar associados à já mencionada variabilidade inerente à batata,
mesmo que pertencente ao mesmo lote. O único teste que apresenta desvios mais elevados é o 2. Visto que
há convergência nos dois níveis deste desvio, deve estar possivelmente associado às características do lote
do qual as amostras foram recolhidas.
Figura 4.6 - Representação gráfica dos valores de desvio obtidos (pontos negros) para cada um dos testes com repetições do estudo do efeito das condições de alimentação de batata, sendo estes os testes nº2, 3, 4, 5, 6 e 11. Os pontos ligados por uma linha contínua correspondem aos calculados a partir dos valores de Perda para alimentação
singular (nível A) e os pontos ligados pela linha tracejada correspondem aos obtidos para alimentação agrupada (nível
B). Todos os valores de desvio apresentam-se na Tabela 7.8 do Anexo C.
4.1.2. Impacto do desgaste das lâminas
O impacto do desgaste das lâminas foi observado pela realização de estudos independentes às perdas de
peso de batata ao longo de períodos de 4 e de 8h. Estes estudos, que envolveram a realização de testes às
0h, ou seja, em lâminas novas e a cada intervalo de 4h, encontram-se apresentados na Figura 4.7. Apesar
dos resultados apresentarem resultados variáveis, aqui principalmente ligados às amostras e no
procedimento (ver secção 4.1.1.), é possível observar um claro aumento das perdas de peso de batata com
aumento do desgaste das lâminas.
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
2 3 4 5 6 11 12
Des
vio
Nº Teste
37
Figura 4.7 – Representação gráfica de 6 estudos independentes (linhas negras) da evolução dos valores (pontos negros) de perda de peso de batata (Perda, em %) ao longo do tempo (em horas). Em cada estudo os testes foram
realizados na mesma cabeça de corte com o mesmo conjunto de lâminas de corte e com amostras de 10kg de batata pertencentes ao mesmo lote. Os pontos correspondem a testes realizados às 0, às 4 e às 8h. O estudo 1 corresponde à linha com marcadores circulares, o estudo 2 aos triângulos, o 3 aos losangos e o 4 aos quadrados. Para o estudo 2 e 3,
o que possui uma linha continua representa a repetição “a” e a linha a tracejado representa a repetição “b”. Os testes realizaram-se no período entre 21/02/2018 e 26/04/2018 na cortadora 2 da linha K, a um caudal de água de lubrificação de 100 l/min e com uma alimentação agrupada de batata. As características do lote bem como os valores de Perda de
todas as amostras podem-se encontrar nas Tabelas 7.4 e 7.5 no Anexo C.
Como salientado na secção 2.3.3.1-D uma alteração para uma mudança de lâminas a cada 4h, ou seja, duas
vezes por turno, ao invés do que ocorre atualmente, que corresponde apenas a uma mudança a cada 8h, ou
seja, uma vez por turno, pode aproximar as condições operatórias da operação de corte da linha K às da linha
P. Neste caso, a alteração da frequência de substituição de lâminas poderá resultar numa redução das perdas
de peso de batata ao longo do turno e, consequentemente, ao longo de 1 ano de produção. Esta redução,
que se traduz numa poupança de batata, foi calculada para os estudos que representam os cenários de maior
perda e de menor perda ao longo de 8h, que correspondem, respetivamente, ao estudo 2a e 1. Para tal estes
dois estudos foram adaptados a modelos exponenciais, por serem os que ofereceram melhor correlação com
os dados. Os modelos obtidos para os dois cenários apresentam-se graficamente na Figura 4.8.
14,0
15,0
16,0
17,0
18,0
19,0
20,0
21,0
22,0
23,0
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Per
da
(%)
tempo (h)
38
Figura 4.8 – Ajuste de uma evolução exponencial da perda (em %) ao longo do tempo de utilização do mesmo conjunto de lâminas de corte ao estudo 1 (pontos circulares) e 2a (pontos triangulares) correspondentes ao melhor e pior
cenários de perdas (em %) ao longo do tempo (em h). Ao estudo 1 adaptou-se um modelo exponencial de equação
Perda (t) = 15,4e1,08E-02t com um coeficiente de determinação (r2) de 0,976. Ao estudo 2a adaptou-se um modelo exponencial de equação Perda (t) = 14,6e5,23E-02t com um coeficiente de determinação (r2) de 0,984.
A partir dos modelos obtidos é possível calcular o incremento de peso de batata (Incremento (t), em kg)
perdido por hora causado pelo desgaste laminar através da equação 9, sabendo que são consumidos 2000
kg/h (Consumo) de batata crua na linha K. Dos incrementos por hora pode-se calcular o total de peso
acumulado às 8h (Acumulado, em kg) através da equação 10, sendo que este valor representa o total de peso
desperdiçado num turno pelo desgaste das lâminas. Os mesmos cálculos podem ser feitos, mas para um
cenário em que seja feita uma mudança de lâminas às 4h, ou seja, a meio do turno. Nesse caso, o incremento
de peso de batata perdido às 4h volta a ser o sentido na primeira hora. Daí pode calcular-se também o total
de peso perdido acumulado ao longo da duração de um turno. A diferença entre o desperdício de batata
acumulado ao longo do turno sem mudança às 4h (Acumulados, em kg) e o acumulado (Acumuladoc, em kg)
com a mudança às 4h de lâminas dá uma estimativa da poupança de batata que é possível com esta
alteração, como descrito pela equação 11. Estes cálculos foram feitos para o pior e melhor cenário de perda
(ver Figura 4.7 e 4.8), estando os valores apresentados na Tabela 4.2, tendo sido obtido reduções no
desperdício de batata de 309 e 55,8kg respetivamente. A poupança anual será posteriormente calculada na
secção 4.2.4.
Incremento (t)=Consumo (kg/h)
100×(Perda0ebt(h)-Perda0) (9)
Acumulado (kg)= ∑ Incremento (t)8t=1 (10)
Poupança batata (kg/turno)=Acumulados (kg)- Acumuladoc (kg) (11)
14,0
15,0
16,0
17,0
18,0
19,0
20,0
21,0
22,0
23,0
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Per
da
(%)
tempo (h)
39
Tabela 4.2 – Valores dos incrementos (em kg) de peso de batata desperdiçada ao longo de 8h devido ao desgaste das lâminas com e sem mudança de lâminas às 4h, calculados para o pior e melhor cenários de perda, correspondentes aos
estudos 1 e 2a, respetivamente, com base nos modelos exponenciais adaptados a estes dois estudos independentes. São incluídos aqui também os valores do peso total acumulado (em kg) ao longo das 8h para todos os cenários e as
poupanças finais de batata para os dois cenários (em kg/turno).
t (h)
Incrementos de batata desperdiçada (kg)
Pior cenário Melhor cenário
Sem mudança de lâminas
Mudança de lâminas às 4h
Sem mudança de lâminas
Mudança de lâminas às 4h
1 15,6 15,6 3,34 3,34
2 32,1 32,1 6,71 6,71
3 49,4 49,4 10,1 10,1
4 67,7 67,7 13,6 13,6
5 87,0 15,6 17,1 3,34
6 107 32,1 20,6 6,71
7 129 49,4 24,1 10,1
8 151 67,7 27,7 13,6
Acumulado (kg) 639 330 123 67,5
Poupança batata (kg/turno)
309 55,8
4.1.3. Análise da variabilidade dos resultados obtidos
Dos resultados obtidos dos estudos feitos e discutidos nas secções 4.1.1 e 4.1.2, é possível salientar alguns
pontos importantes relacionados com a dispersão dos resultados e que podem afetar a fidelidade dos
mesmos, sendo estes enumerados e discutidos de seguida.
Idealmente, certas condições experimentais deveriam ter sido mantidas constantes para todos os testes
realizados, tais como: o local de realização, ou seja, a linha de produção e a cortadora; as cabeças de corte,
lâminas usadas e afinação das mesmas para a mesma espessura. Tal não ocorreu, como já descrito ao longo
deste texto. As decisões tomadas quanto aos estudos efetuados estão ligadas a um aumento da facilidade e
rapidez de realização dos testes. Por exemplo, a realização de testes na linha P é facilitada pelo layout da
mesma, para além de ser também mais fácil variar o caudal das cortadoras, em particular da 4, nesta linha.
O objetivo final de cada estudo era sempre obter o valor do efeito, em %, que é a diferença entre os valores
médios de perda dos dois níveis estudados para cada fator. Se as condições experimentais estabelecidas
para o estudo de impacto de cada fator tivessem sido mantidas constantes, a diferença isolaria apenas a
condição que variou, tornando os valores de efeito de cada fator comparáveis entre si. Quando o impacto de
certas variáveis numa experiência é desconhecido, as suas respetivas condições devem ser mantidas
40
constantes, e tal não foi feito. É importante assim destacar que a estratégia implementada pode não ter sido
a adequada.
Para além da questão acima mencionada, a dispersão dos valores de perda ocorreu mesmo para valores
ligados a testes realizados exatamente às mesmas condições experimentais e até para repetições dos
mesmos, onde para além da manutenção dessas mesmas condições foram usadas amostras pertencentes
ao mesmo lote de batata. Estes pontos são comprovados pelos valores de desvio calculados para cada
cortadora da linha P (ver Figura 4.2) e pelos valores de desvio das repetições (ver Figura 4.4 e 4.6). Esta
dispersão pode estar ligada a vários fatores que serão enumerados e discutidos seguidamente.
O fator mais óbvio estará relacionado com a variabilidade inerente das amostras recolhidas. A diferença entre
valores obtidos para amostras pertencentes a lotes diferentes era já esperada. De lote para lote características
como a variedade, fornecedor, conteúdo em sólidos, tamanho variam (ver Anexo C). Para além disso, as
condições da batata foram também variando entre “nova” e “velha” e “lavada” e “não lavada” (ver secção
2.3.3.), adicionando ainda mais um fator de variabilidade entre lotes. Mas foi também sentida variabilidade
dentro de amostras do mesmo lote, demonstrada pelos valores de desvio das repetições (ver Figuras 4.4 e
4.6). Apesar de pertencer a um mesmo lote, existe uma variabilidade inerente a esta matéria prima: não
existem duas batatas iguais, isto é, com a mesma forma, tamanho e conteúdo em sólidos. Para além disso,
a heterogeneidade histológica e o conteúdo variável de sólidos ao nível celular (ver secção 2.2.3.) introduzem
uma variabilidade em rodelas que possam ter sido cortadas a diferentes posições no mesmo tubérculo,
ocorrendo assim uma libertação variável de sólidos entre rodelas do mesmo tubérculo. Até para estas rodelas
podem ser assim obtidos dados altamente dispersos (Miranda et al., 2006). Com isto, a reprodutibilidade do
método usado pode ser posta em causa. Uma solução poderia passar pela recolha de amostras contendo
mais do que os 10 tubérculos descritos no procedimento. Esta solução poderia tornar as amostras mais
representativas do lote a que pertencem e reduzir os desvios das repetições. Lulai e Orr, 1979) construíram
curvas de tolerância de forma a determinar o número de tubérculos necessário para estimar a gravidade
específica média (massa volúmica, em g/ml), ou seja, o conteúdo em sólidos médio, de um lote de batata
para um nível de confiança definido e um desvio à média aceitável. Destas curvas, os autores concluíram que
a precisão da estimativa da média da gravidade específica decresce rapidamente quando menos de 10
tubérculos são usados, até para níveis de confiança baixos, o que corrobora que as amostras recolhidas neste
trabalho possam não ter o tamanho adequado. Estudos como este poderiam ser conduzidos no futuro de
forma a determinar um número de tubérculos representativo e adequado ao procedimento standard da
empresa.
Outro fator responsável pela dispersão dos valores está relacionado com a aplicação do procedimento. As
pesagens eram realizadas na linha de produção. Com isto, e graças à vibração inerente ao funcionamento
simultâneo de todos os equipamentos da linha, a leitura do valor do peso na balança das amostras era
dificultada, com os valores a variarem entre várias casas decimais e por vezes até entre unidades de g. Para
além deste problema, após a amostra de batata ser cortada, podem por vezes terem ficado troços de batata
presos na cortadora que não foram detetados no momento de lavagem da mesma, e por vezes, no momento
de retirada do tabuleiro de recolha de debaixo da cortadora, rodelas caíam para a linha de produção. Quando
esta ocorrência era detetada essas amostras eram imediatamente descartadas, mas podem ter sido incluídos
41
valores em que a mesma não foi detetada. Estes dois últimos fatores podem ter afetado os valores medidos
de “Peso 2”.
4.2. Alterações nas condições da operação de corte da linha K: Avaliação da
sua possibilidade e impacto económico
Apesar da dispersão dos resultados, os valores dos efeitos (ver Tabela 4.1) e das poupanças de batata nos
estudos das lâminas (ver Tabela 4.2) obtidos foram tomados como válidos de forma a estimar a viabilidade
económica de possíveis alterações a fazer na linha K de forma a minimizar as perdas de peso na operação
de corte em rodelas. As alterações propostas seriam: o investimento em novas cabeças de corte, a diminuição
do caudal de água de 100 l/min para 80 l/min, mudança para uma alimentação singular de batata e/ou
alteração da frequência de mudança de lâminas para 2 vezes por turno (de 4 em 4h).
A avaliação do impacto económico das alterações foi feita com base de que as mesmas não iram influenciar
o funcionamento correto e, por consequência, o rendimento, das operações posteriores à de corte. O
rendimento global será assim apenas afetado pelas alterações feitas na operação de corte. Sendo assim, o
novo rendimento (ηglobal novo
, em %) será calculado de acordo com a equação 12.
Considerou-se que o efeito de passar do nível A para o nível B (EfeitoA→B) é igual, em valor absoluto, ao de
passar do B para o A (EfeitoA→B), que é o efeito pretendido da implementação das alterações, tendo sido
utilizados os valores apresentados na Tabela 4.1 na equação 12. Para uma mesma produção anual de
produto final (Produção anual, em ton/ano), o novo consumo de batata crua anual (Novo Consumo anual, em
ton/ano) foi calculado através da equação 13 e a poupança de batata anual (Poupança batata, em ton/ano)
foi calculada através da equação 14 sabendo o consumo atual anual de batata crua (Consumo anual, em
ton/ano). Por fim a poupança monetária (Poupança anual, em €/ano) foi calculada através da equação 15
conhecendo o valor médio do custo da batata crua (Custo batata, em €/ton). Os valores de rendimento,
consumo e produção referem-se a dados de 2017 e estes dados, em conjunto com o custo da batata podem-
se encontrar na Tabela 7.9 do Anexo F.
ηglobal novo
(%)=ηglobal atual
(%)+|EfeitoB→A|(%) (12)
ηglobal novo
(%)=Produção anual(ton/ano)
Novo Consumo anual (ton/ano)×100 ⇔ Novo Consumo anual (ton/ano)=
Produção anual(ton/ano)
ηglobal novo(%)
×100 (13)
Poupança batata(ton/ano)=Consumo anual(ton/ano) - Novo Consumo anual(ton/ano) (14)
Poupança anual(€/ano)=Custo batata(€/ton) × Poupança batata(ton/ano) (15)
A avaliação da viabilidade económica das alterações propostas à operação de corte foi feita pelo balanço
entre a poupança anual em batata crua e os gastos associados a essas alterações. Nas subsecções seguintes
esta avaliação é feita em detalhe para cada uma das alterações propostas.
4.2.1. Investimento em novas cabeças de corte
O valor de efeito obtido no estudo do desgaste das cabeças de corte e usado para a avaliação do investimento
em equipamentos novos baseia-se na diferença de resultados ao usar cabeças de corte com 8 meses ou com
42
9 anos de utilização. Visto que a diferença de anos de utilização é elevada, considera-se que o valor de efeito
corresponde à diferença entre usar cabeças de corte novas e com 9 anos de utilização. Dos cálculos através
das equações 12 a 15 obteve-se, para este caso, uma poupança anual de batata de 51E+04 €/ano, de acordo
com dados de 2017. Neste cálculo assume-se que se estão sempre usar cabeças de corte novas ao longo
dos anos, o que tal não corresponde à realidade. Estes equipamentos são comprados ao fim de um período
determinado de tempo por avaliação do seu desempenho na fábrica.
A avaliação do investimento em novas cabeças de corte foi feita com base na compra de duas novas cabeças
por cortadora da linha K, excluindo as duas cortadoras novas que possuem já equipamentos novos. Sendo
assim, este investimento envolve a compra de 8 novas cabeças de corte, o que resulta num investimento de
4,2E+04 €, baseado no valor de mercado em 2017. Os dados do custo de uma cabeça de corte apresentam-
se em na Tabela 7.10 do Anexo E. De forma a perceber se este investimento teria retorno e, se fosse o caso,
ao fim de que período de tempo, recorreu-se ao método de cálculo usualmente usado em economia para
estimar o pay-back time, ou seja, o tempo de recuperação de um capital investido. O valor obtido aqui
considera-se como uma estimativa aproximada do pay-back time, visto que não estão a ser considerados os
fluxos de caixa mensais, mas apenas a estimativa do valor poupado em batata crua mensalmente (calculada
a partir da poupança anual de batata em €/ano) com a utilização de cabeças de corte novas. Na Tabela 4.3
apresentam-se os valores investidos e poupados mensalmente desde o momento do investimento nos novos
equipamentos e os valores acumulados mensalmente. Destes dados é possível estimar que o retorno do
investimento dar-se-á entre 10 a 11 meses após o investimento, visto que é no mês 11 que o primeiro valor
investido (poupado) acumulado é positivo. Ao fim de 1 ano a poupança resultante desta mudança seria de
8,1E+03 €. A poupança nos anos seguintes irá ter tendência a diminuir com o aumento do desgaste das
cabeças de corte compradas.
Tabela 4.3 – Valores auxiliares ao cálculo da estimativa do pay-back time do investimento em 8 novas cabeças de corte. São incluídos os valores investidos ou poupados mensalmente (em €) ao longo de 12 meses e respetivos valores
acumulados.
Período (meses) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Valor Investido (Poupado) (€)
-4,2E+04 4,2E+04 -4,2E+04 -4,2E+04 4,2E+04 4,2E+04 4,2E+04 4,2E+04 4,2E+04 4,2E+04 4,2E+04 4,2E+04 4,2E+04
Valor Investido (Poupado)
Acumulado (€)
-4,2E+04 -3,9E+04 -3,4E+04 -3,0E+04 -2,6 E+04 -2,2 E+04 -1,7E+04 -1,3E+04 -8,9E+03 -4,7E+03 -4.2 E+02 3,8 E+03 8,1 E+02
4.2.2. Diminuição do caudal de água
A alteração que se pretende fazer na linha K é de diminuir o caudal de 100 para 80 l/min por se ter
conhecimento na fábrica desse caudal não afetar o correto funcionamento da linha. Baixar o caudal até menos
que 80 l/min pode resultar em formação de aglomerados de batata que, após a fritura, podem conter centros
crus no seu interior, resultando assim na formação de produto defeituoso. Isto porque com menos água
43
durante o corte, e não existindo um passo de lavagem após esta operação nesta linha, uma maior quantidade
do amido libertado no corte ficará na superfície das rodelas, levando a que estas se colem umas às outras.
O valor de efeito obtido no estudo do caudal de água baseou-se na diferença entre aplicar um caudal de 17,4
l/min e aplicar um caudal de aproximadamente 67,0 l/min. Este estudo por ter sido realizado na linha P,
possibilitou apenas a variação de caudal entre 17,4 e 67,0 l/min e tinha como principal objetivo observar se o
caudal efetivamente influenciava as perdas de peso de batata. Não foi possível, até ao final de realização
projeto realizar testes na linha K aos caudais referidos e de forma a obter um valor do efetivo efeito desta
alteração. De qualquer forma, visto que vai haver sempre um balanço económico positivo desta alteração por
haver uma diminuição dos gastos de água, estimou-se a poupança final associada apenas à diminuição do
caudal e a associada à poupança combinada da diminuição de caudal e de batata usando o valor do efeito
obtido da experiência. Este último, calculado através das equações 12 a 15, é igual a 2,3E+04 €/ano.
Para o cálculo da poupança anual de água associada à diminuição de caudal foi necessário ter conhecimento
de vários dados decorrentes do processo. Para estes cálculos foram consideradas apenas as 4 cortadoras
antigas da linha K, visto que nas duas novas o caudal de 80 l/min já está a ser implementado. Sabendo a
duração de um ciclo de fritura (ciclo fritura, em min) foi possível calcular, através da equação 16, o nº de
frituras que ocorrem numa fritadeira por hora (nºfrituras, por h e por fritadeira). Tendo em conta o número de
fritadeiras ligadas a cada cortadora (nºfritadeiras/cortadora) e o número total de cortadoras (nºcortadoras)
ficou-se a conhecer, através da equação 17, o nº de batches processados por hora por todas as cortadoras,
ou seja, o número de cortes realizados por hora (nºcortes/h). Sabendo o tempo por corte que o caudal de
água se encontra aberto (t caudal aberto em s por corte) e o caudal de água das cortadoras (Caudal água ,
em l/min) foi possível calcular pela equação 18 consumo de água por h (Consumo água , em l/h). O consumo
anual de água (Consumo anual água, em l/h) pode ser finalmente calculado, recorrendo à equação 19,
sabendo o total de horas de produção anual da linha K (Total horas produção, em h/ano). Os gastos em água
(Gastos água, em €/ano) para um caudal de água de lubrificação podem ser finalmente calculados sabendo
os custos de água (Custo água, em €/m3), através da equação 20.
nºfrituras/(h.fritadeira)=60 min
ciclo fritura/fritadeira (min) (16)
nºcortes/h =nºfrituras/(h.fritadeira)*nºfritadeiras/cortadora*nºcortadoras (17)
Consumo água (l/h)=nºcortes/h × t caudal aberto (s/corte)×1min
60s×Caudal água (l/min) (18)
Consumo anual água (l/ano)=Consumo água (l/h)×Total horas produção (h/ano) (19)
Gastos água (€/ano)=Consumo água (l/ano)×Custo água (€/m3)×1 m3
103 l (20)
A poupança de água (Poupança água, em €/ano) pela diminuição do caudal de 100 para 80 l/min passa fazer
o cálculo através das equações 18 a 20 para os dois caudais e fazer a diferença entre os gastos associados
a cada caudal, através da equação 21. Todos os dados usados para a realização destes cálculos referem-se
a dados de 2017 da linha K, apresentados na Tabela 7.10 do Anexo E.
Poupança água (€/ano)=Gastos água100
(€/ano)-Gastos água80
(€/ano) (21)
44
A poupança anual associada apenas à diminuição do caudal é de 1,0E+04€ e, se simultaneamente for tomado
em conta o efeito do caudal, a poupança global estimada pode chegar a 3,3E+04€.
4.2.3. Alteração às condições de alimentação
Apesar dos resultados do estudo ao efeito das condições de alimentação terem dos resultados mais
fidedignos da experiência conduzida, a alteração efetiva das condições de alimentação nas cortadoras da
linha K, pelo menos na parte antiga da mesma não é possível. Para proporcionar uma alimentação “singulada”
de batata às cortadoras, uma alteração ao software que controla esta operação era suficiente, e implicaria
apenas fazer com que a batata caísse singularmente dos tapetes de alimentação a cada cortadora na
respetiva tremonha. Com isto, deixaria de ser possível ter um batch de batata em espera na tremonha, o que
poderá representar um risco na entrega atempada dos batch de batata às fritadeiras. Feita esta alteração, as
fritadeiras ficariam à espera de batata, resultando em: perda de capacidade linha, ou seja, menos produto
frito produzido no mesmo período de tempo; e degradação da qualidade do óleo, visto que óleo quente iria
permanecer em espera nas fritadeiras, levando a um aumento da respetiva acidez. Também não foi
encontrada nenhuma solução a nível de equipamentos que pudesse proporcionar esta a alteração na
alimentação de batata. De qualquer forma, se esta alteração fosse possível resultaria numa poupança anual
de batata de 1,4 E+04 €, calculada através das equações 12 a 15. Apesar disto, as duas novas cortadoras
instaladas este ano (2018) já têm uma alimentação singular de batata.
4.2.4. Alteração ao regime de substituição de lâminas
A alteração ao regime de substituição de lâminas passa por fazer esta substituição a cada 4h em vez de a
cada 8h. Para esta alteração já foi calculada, para dois cenários, a poupança de batata por turno, ou seja, a
cada 8h (ver Tabela 4.2). A poupança anual de batata (Poupança batata, em ton/ano) é calculada, neste caso,
pela equação 22, sabendo o total de horas de produção da linha K. Este dado, referente a 2017, apresenta-
se na Tabela 7.10 do Anexo F.
Poupança batata(ton/ano)=Poupança batata (kg/turno)
8h×
1ton
1000kg (22)
A poupança anual estimada associada a esta mudança é de, respetivamente para o pior e melhor cenários,
6,1E+04 e 1,1E+04 €/ano. De seguida, foi necessário calcular os gastos acrescidos em lâminas para os dois
cenários modelados. O custo de uma lâmina (Custo lâmina, em €, foi calculado, através da equação 23,
sabendo o custo de uma caixa de lâminas (Custo caixa, em €) e o número de lâminas numa caixa
(nºlâminas/caixa). O número de lâminas (Lâminas/ano) utilizadas anualmente foi calculado através da
equação 24, sabendo o número de lâminas que se inserem numa cabeça de corte (nºlâminas/cortadora), o
número total de cortadoras (nºcortadoras), o número de substituições de lâminas feitas por turno
(nºsubstituições/8h), o total de horas de produção anual da linha (Total horas produção, em h/ano) e a duração
de um turno (8h). Com estes dois cálculos, pode-se ficar a conhecer os gastos anuais associados à compra
de lâminas (Gastos lâminas, em €/ano), calculados através da equação 25.
Custo lâmina (€)=Custo caixa (€)
nºlâminas/caixa (23)
Lâminas/ano=nºlâminas/cortadora × nºcortadoras × nºsubstituições/8h ×Total horas produção (h/ano)
8h(24)
45
Gastos lâminas (€/ano)=Custo lâmina (€) × Lâminas/ano (25)
Os gastos acrescidos (Gastos lâminas acr, em € por ano) associados a fazer a alteração para duas mudanças
de lâminas por turno foram calculados através da equação 26, pela diferença entre os gastos associados a
duas mudanças (Gastos lâminas2×, em €/ano), e os associados a uma mudança (Gastos lâminas1×, em
€/ano). A poupança global foi finalmente estimada, recorrendo à equação 27, pela diferença entre os gastos
acrescidos e a poupança anual de batata associada à alteração do regime de substituição de lâminas.
Gastos lâminas acr (eur/ano)=Gastos lâminas2×(€/ano)-Gastos lâminas1×(€/ano) (26)
Poupança global lâminas (€/ano)=Poupança anual(€/ano) - Gastos lâminas acr (€/ano) (27)
A poupança global de lâminas estimada para o pior e melhor cenário é igual, respetivamente, a 5,1E+04 e
9,4E+02 €/ano, observando-se assim poupanças nos dois cenários.
Na Tabela 4.4 apresenta-se, em resumo, os gastos associados a cada alteração às condições operatórias do
corte em rodelas na linha K, bem como as respetivas poupanças em batata e poupanças globais estimadas.
Tabela 4.4 – Poupança anual de batata, gastos e poupança anual final (em €/ano) estimadas associadas a cada alteração proposta às condições operatórias da linha K, sendo estas o investimento em novas cabeças de corte,
diminuição do caudal de água e um novo regime de substituição de lâminas.
Alteração Poupança batata
(€/ano) Gastos associados
(€/ano)
Poupança final (€/ano)
Investimento em novas cabeças de
corte 5,1E+04 -4,3E+04 8,1 E+03 (no final do 1ºano)
Diminuição do caudal de água
2,3E+04 +1,0E+04 1,0 E+04 ou 3,3E+04
(com poupança batata)
Novo regime de substituição de
lâminas
6,1E+04 (Pior cenário)
1,1E+04 (Melhor cenário) -1,0E+04
5,1E+04 (Pior Cenário)
9,4E+02(Melhor cenário)
Pode concluir-se que, primeiramente, a diminuição do caudal deve ser obviamente realizada. A estimativa de
poupança de batata para este cenário necessitaria da realização de testes na linha K aos caudais
mencionados, mas, tendo conhecimento de que a alteração não afeta o funcionamento correto da linha, esta
alteração oferece sempre uma poupança anual à fábrica pela redução dos gastos de água, podendo
compensar, em parte, os custos associados às perdas de peso de batata no corte da linha K. Para além disso
e não menos importante, os ganhos ambientais associados a uma redução de consumo de água são
extremamente relevantes tendo em conta a situação mundial atual e contribuem para um dos pilares
fundamentais da política da empresa.
Para além disso, propõe-se, em conjunto com a diminuição do caudal, uma alteração do regime de
substituição de lâminas. Como observado para os dois cenários analisados, as poupanças podem ser
variáveis consoante as características do lote. Tendo sido verificadas poupanças nos dois cenários esta
46
alteração parece ser assim benéfica para a minimização das perdas de peso na operação de corte da linha
K. Apesar disto, dever-se-á, numa análise futura, analisar o tempo despendido pelos operadores na
substituição extra imposta. A contratação de mais operadores pode ser considerada, sendo que os custos
associados a isso devem ser tidos em conta no balanço final das poupanças desta alteração no regime de
alteração de substituição de lâminas.
Quanto ao investimento em novas cabeças de corte, seria interessante no futuro avaliar as perdas de peso
médias anuais desde a compra destes equipamentos para ter conhecimento da evolução das mesmas e de
forma a avaliar o momento mais adequado de investimento nestes equipamentos, ou seja, o momento em
que já não serão verificadas poupanças de batata. Para além disso, para um cálculo mais correto do pay-
back time deveriam ser incluídos mais dados que não só as poupanças de batata estimadas.
47
5. Conclusões e trabalho futuro
O objetivo principal sobre o qual se baseou este projeto prendia-se com a minimização dos valores de perda
(em %) de peso de batata na operação de corte da linha K de produção industrial de batata frita. Para tal
foram identificados possíveis fatores que estariam a influenciar as perdas superiores sentidas nesta linha de
produção da batata frita comparativamente à outra linha desta fábrica, a linha P. Os fatores identificados
foram: o uso de cabeças de corte com níveis de desgaste diferente, medidos em anos de utilização; a
aplicação de caudais de água de lubrificação de corte diferentes, medidos em l/min; a aplicação de uma
alimentação de batata diferente, variável entre singular e agrupada; e, por fim, o nível de desgaste das lâminas
usadas no corte, medido em horas de utilização. Desta identificação, o impacto da variação de cada fator foi
estudado, foram propostas soluções de forma a otimizar a operação de corte da linha K associadas a cada
fator e a viabilidade económica das mesmas foi também avaliada. Com tudo isto, pode concluir-se
primeiramente que ficaram por cumprir dois pontos correspondentes às fases de desenvolvimento do projeto,
listadas na secção 1.3. Estes foram o teste, em linha, de todas as soluções propostas e o controlo, também
em linha, destas soluções de forma a verificar se efetivamente as perdas de peso de batata desta operação
são minimizadas pelas alterações feitas.
As soluções de otimização da operação de corte propostas foram: o investimento em novas cabeças de corte,
a diminuição do caudal de água de lubrificação por cortadora de 100 para 80 l/min, a mudança de uma
alimentação agrupada para uma alimentação singular de batata e alteração do regime de substituição de
lâminas das cortadoras, de uma vez por turno (a cada 8h) para duas vezes (a cada 4h). Destas soluções
propõem-se, não só com base nas poupanças finais obtidas, mas também com base no conhecimento do
funcionamento das linhas e, principalmente, como base na fidelidade dos resultados obtidos das experiências
conduzidas, que o caudal seja diminuído para os 80 l/min, por gerar uma poupança anual garantida de
1,0E+04 € e alteração ao regime de substituição de lâminas, que pode gerar uma poupança anual que pode
variar entre os 9,7E+02 e os 5,1E+04 €. É de salientar que, para o caso do caudal, esta poupança pode ainda
ser superior, mas para tal é necessária a condução de testes em linha a este caudal, visto que esta poupança
é calculada apenas com base na poupança em água, pelo que o valor do efeito de variação de caudal ficou
por validar. A alteração ao regime de substituição de lâminas já era anteriormente prevista na fábrica, mas,
para além dos resultados de poupança anual obtidos baseados na experiência conduzida, devem-se também
ter em conta fatores como o tempo despendido pelos operadores nesta tarefa e até a contratação de mais
operadores para a manutenção do correto funcionamento da linha. De qualquer forma, também neste caso
devem-se realizar mais testes em linha que comprovem os resultados obtidos e um controlo desta alteração
a longo prazo, se a mesma for imposta.
Com isto, o mais importante a concluir deste projeto esteve ligado às experiências conduzidas em linha, tendo
em conta as dificuldades sentidas associadas à variabilidade dos resultados obtidos, isto é, dos valores de
perda de peso (em %) medidos.
Para experiências deste género conduzidas no futuro, propõem-se a aplicação de uma estratégia
experimental adequada, em que sejam mantidas, dentro do possível, todas as condições operatórias
constantes no decorrer da realização de testes, com exceção, é claro, da que se pretende estudar a respetiva
48
variação. Essas condições compreendem, por exemplo, a realização de testes sempre na mesma linha de
produção, na mesma cortadora e usando cabeças de corte semelhantes e com o mesmo nível de desgaste.
É importante destacar a variabilidade inerente ao tipo de amostras usadas nas medições, mesma para
amostras que pertençam ao mesmo lote, ou seja, que são da mesma variedade, e com conteúdos muitos
próximos de sólidos e cujos tubérculos têm tamanhos muito semelhantes. Esta variabilidade nas
características das amostras de batata recolhidas, associada em grande parte à heterogeneidade dos tecidos
da batata e do conteúdo variável de sólidos dos mesmos, pode ter afetado os resultados obtidos, tendo em
conta que tal já foi salientado em experiências anteriores (Miranda e Aguilera, 2006). Para solucionar este
problema, sugere-se que seja recolhido um número superior de batatas por amostra, sendo que atualmente,
de acordo com o procedimento operatório standard (ver Anexo C) aplicado na fábrica, são recolhidos apenas
10 tubérculos por amostra. Este aumento pode melhorar a reprodutibilidade do método aplicado, por se estar
a usar uma amostra potencialmente mais representativa do lote a que pertence, diminuindo assim os desvios
entre valores de perda para testes a amostras do mesmo lote. Lulai e Orr (1979) construíram curvas de
tolerância às quais se pode recorrer para estimar o número de tubérculos requeridos na determinação da
gravidade específica (massa volúmica, em g/ml) média do lote a que pertencem, de forma a fornecer um
desejado nível de confiança para um dado desvio à média. Esta curvas baseiam-se obviamente em desvios
de g/ml, não sendo diretamente transponíveis à experiência em presente análise. Apesar disto, experiências
como a conduzida por Lulai e Orr poderiam ser realizadas de forma a determinar um número apropriado e
representativo de tubérculos para o procedimento.
Sugerem-se também algumas alterações nas condições em que o procedimento é aplicado. Foram sentidas
dificuldades no decorrer do projeto ligadas às leituras dos pesos das amostras recolhidas, associadas à
vibração dos equipamentos da fábrica. Uma solução seria a passagem da localização do local de pesagem
das amostras para laboratório, onde esta vibração não é sentida. Para além disso, a aquisição de uma
“cortadora-piloto”, ou seja, de uma cortadora cujo único prepósito é o corte de amostras de batata, poderia
também ser benéfica, não só porque permitiria uma maior facilidade de realização de experiências deste
género, não interrompendo o funcionamento das linhas de produção, como também porque não seriam
perdidas pequenas quantidades das amostras para a linha de produção, permitindo a leitura de valores
corretos de peso de batata.
O método utilizado baseado no procedimento operatório standard da fábrica pode também ser posto em causa
embora, até à data, não tenham sido encontrados outros métodos que permitam uma análise deste
desperdício na operação de corte da batata em rodelas que sejam tão rápidos e pouco dispendiosos como o
presentemente utilizado.
49
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53
7. Anexos
A. Conversão entre massa volúmica (g/ml) e conteúdo em sólidos (%(m/m) da batata
Figura 7.1 - Tabela de consulta fornecida pela empresa onde se pode fazer a conversão entre massa volúmica, em g/ml (blocos a vermelho), e conteúdo em sólidos (% (m/m)) da batata.
54
B. Procedimento operatório standard da empresa
55
56
C. Valores de perda (em %) de todos os testes conduzidos dos fatores estudados e desvios
calculados
Tabela 7.1 – Valores de perda (em %) para os níveis A e B (*) de todos os testes realizados no estudo do efeito do desgaste da cabeça de corte, em anos. São incluídas as correspondentes características do lote de batata das
respetivas amostras recolhidas, tais como o conteúdo em sólidos (em % (m/m)), o nº tubérculos (por 10kg), se é batata ou não lavada. São também incluídas as datas de realização de cada teste e as cortadoras onde foram realizados.
Nº Teste
Perda A (%)
Perda B (%)
Nº cortadora
Nºlote Sólidos (% m/m)
Nº tubérculos Lavada Data
1 10,6 11,1 P 2 1981 20,3 68 Lavada 11/12/2017
2 11,4 10,9 P 3 1987 20,9 70 Lavada 12/12/2017
3 12,5 12,4 P 1 1987 20,9 70 Lavada 12/12/2017
4 11,8 10,2 P 4 1987 20,9 70 Lavada 12/12/2017
5 11,4 11,4 P 2 1987 20,9 70 Lavada 12/12/2017
6 10,3 11,0 P 3 1987 20,9 70 Lavada 12/12/2017
7 12,2 11,4 P 4 2007 20,6 68 Lavada 18/12/2017
8 13,7 13,9 P 3 2007 20,6 68 Lavada 18/12/2017
9 12,3 13,0 P 2 2007 20,6 68 Lavada 18/12/2017
10 13,6 13,8 P 1 2007 20,6 68 Lavada 18/12/2017
11 12,1 11,8 P 4 2014 23,0 70 Lavada 19/12/2017
12 11,2 10,7 P 3 2014 23,0 70 Lavada 19/12/2017
13 11,4 11,8 P 2 2014 23,0 70 Lavada 19/12/2017
14 9,2 10,4 P 3 2014 23,0 70 Lavada 19/12/2017
15 12,0 13,5 P 1 2014 23,0 70 Lavada 19/12/2017
16 10,3 12,6 P 2 2014 23,0 70 Lavada 19/12/2017
17 11,6 12,1 P 3 2014 23,0 70 Lavada 19/12/2017
18 17,3 17,0 P 4 2012 20,1 78 Não lavada 19/12/2017
19 11,0 10,6 P 3 2020 22,9 78 Lavada 20/12/2017
20 11,8 13,7 P 1 2020 22,9 68 Lavada 20/12/2017
21 10,5 12,7 P 4 2020 22,9 68 Lavada 20/12/2017
22 12,5 13,1 P 2 2020 22,9 68 Lavada 20/12/2017
23 11,4 13,5 P 3 2023 21,2 73 Não lavada 20/12/2017
Média 11,8 12,3
(*) Nível A corresponde a cabeças de corte com 0,7 anos de utilização e nível B com 9 anos de utilização. Os 23 testes realizaram-se a um caudal de água de lubrificação médio de 16,4 l/min, com alimentação singular de batata e lâminas
com 0h de desgaste.
57
Tabela 7.2 - Valores de perda (em %) para os níveis A e B (*) de todos os testes realizados no estudo do efeito do caudal de água de lubrificação, em l/min. São incluídas as correspondentes características do lote de batata das
respetivas amostras recolhidas, tais como o conteúdo em sólidos (em % (m/m)), o nº tubérculos (por 10kg), se é batata lavada ou não lavada. São também incluídas as datas de realização de cada teste.
Designação do
teste
Perda A (%)
Perda B (%)
Nº lote
Sólidos (% m/m)
Nº tubérculos
Lavada Data
1a 12,7 13,0 2028 22,3 68 Lavada 21/12/2017
1b 12,5 13,3 2028 22,3 68 Lavada 21/12/2017
1c 11,3 12,6 2028 22,3 68 Lavada 21/12/2017
2 11,9 13,4 2029 21,1 70 Não
Lavada 21/12/2017
3 11,6 13,4 9 22,1 67 Não
Lavada 03/01/2018
4 12,7 11,7 16 21,1 68 Não
Lavada 04/01/2018
5a 12,7 11,5 34 20,8 66 Não
Lavada 09/01/2018
5b 13,5 13,7 34 20,8 66 Não
Lavada 09/01/2018
6a 11,4 13,0 37 20,7 68 Não
Lavada 09/01/2018
6b 12,0 12,3 37 20,7 68 Não
Lavada 09/01/2018
7 10,6 11,4 46 20,8 - Não
Lavada 10/01/2018
8 11,8 11,0 - 20,5 - Não
Lavada 15/01/2018
9 11,7 9,7 59 21,4 - Não
Lavada 15/01/2018
10 13,3 13,4 66 22,0 - - 16/01/2018
11 10,3 11,5 75 20,3 74 Não
lavada 17/01/2018
12 10,2 10,0 83 20,2 76 Não
lavada 18/01/2018
13 10,5 11,5 84 20,4 72 Não
lavada 18/01/2018
14 11,2 11,5 98 20,3 - Não
lavada 22/01/2018
15 13,3 11,4 98 20,4 - Não
lavada 22/01/2018
16 11,1 10,4 105 21,6 74 Não
lavada 23/01/2018
17 9,2 9,6 106 20,9 66 Não
lavada 23/01/2018
18 10,6 11,7 118 20,6 77 Lavada 29/01/2018
19 11,0 11,0 124 20,6 69 Lavada 30/01/2018
20a 11,0 11,3 126 20,3 70 Lavada 30/01/2018
20b 10,9 10,6 126 20,3 70 Lavada 30/01/2018
Média 11,6 11,8
(*) Nível A corresponde a um caudal de água de lubrificação de 17,4 l/min e nível B a 67,0 l/min. Os 25 testes realizaram-se com cabeças de corte com 0,7 anos de utilização, com alimentação singular de batata e lâminas com 0h
de desgaste.
58
Tabela 7.3 - Valores de perda (em %) para os níveis A e B (*) de todos os testes realizados no estudo do efeito das condições de alimentação de batata. São incluídas as correspondentes características do lote de batata das respetivas amostras recolhidas, tais como o conteúdo em sólidos (em % (m/m)), o nº tubérculos (por 10kg), se é batata lavada ou
não lavada. São também incluídas as datas de realização de cada teste.
Designação do
teste
Perda A (%)
Perda B (%)
Nº lote
Sólidos (% m/m)
Nº tubérculos
Lavada Data
1 12,3 13,4 53 22,0 74 Não
lavada 11/01/2018
2a 12,0 12,9 54 20,5 - Não
lavada 12/01/2018
2b 13,2 14,3 54 20,5 - Não
lavada 12/01/2018
2c 15,0 15,7 54 20,5 - Não
lavada 12/01/2018
3a 13,0 13,6 130 21,3 - - 31/01/2018
3b 13,1 12,3 130 21,3 - - 31/01/2018
3c 12,6 13,6 130 21,3 - - 31/01/2018
4a 14,4 14,4 138 20,8 - - 01/02/2018
4b 12,8 13,8 138 20,8 - - 01/02/2018
5a 12,1 12,5 141 20,9 70 Lavada 02/02/2018
5b 12,9 13,6 141 20,9 70 Lavada 02/02/2018
5c 13,6 13,3 141 20,9 70 Lavada 02/02/2018
6a 14,5 15,7 146 21,1 72 Lavada 05/02/2018
6b 14,4 15,8 146 21,1 72 Lavada 05/02/2018
7 12,7 13,7 156 21,7 67 Lavada 06/02/2018
8 12,9 12,7 163 22,1 68 Lavada 07/02/2018
9 14,1 13,8 167 22,1 63 Lavada 08/02/2018
10 12,1 13,2 173 20,8 66 Lavada 09/02/2018
11a 11,1 11,3 208 21,3 67 Lavada 20/02/2018
11b 12,4 12,8 208 21,3 67 Lavada 20/02/2018
12a 13,0 13,1 212 20,3 - Lavada 20/02/2018
12b 14,0 13,1 212 20,3 - Lavada 20/02/2018
12c 13,2 14,3 212 20,3 - Lavada 20/02/2018
Média 13,1 13,6
(*) Nível A corresponde a alimentação de batata singular e nível B a agrupada. Os 25 testes realizaram-se com cabeças de corte com 9 anos de utilização, a um caudal de água de 100 l/min e lâminas com 0h de desgaste.
59
Tabela 7.4 - Valores de perda (em %) às 0, 4 e 8h para todos os estudos realizados ao efeito do desgaste das lâminas, em horas de utilização.
Nº Estudo
Perda 0h (%)
Perda 4h (%)
Perda 8h (%)
1 15,4 15,9 16,8
2a 14,8 17,4 22,5
2b 15,8 16,5 22,3
3a 14,4 15,0 -
3b 14,3 15,8 -
4 15,2 17,1 -
Média 15,0 16,3 20,5
(*) Estudos realizados com cabeças de corte com 9 anos de utilização, caudal de água de 100 l/min e alimentação agrupada de batata.
Tabela 7.5 – Características dos lotes das amostras recolhidas para todos os estudos ao efeito do desgaste das lâminas, em horas de utilização, onde se incluem o conteúdo em sólidos (% (m/m)), o nº tubérculos (por 10kg), se é
batata lavada ou não lavada.
Nº Estudo
Nºlote Sólidos (% m/m)
Nº tubérculos
Lavada Data
1 215 20,8 - Lavada 21/02/2018
2a 461 22,4 72 Lavada 10/04/2018
2b 461 22,4 72 Lavada 10/04/2018
3a 512 24,1 69 Não
lavada 17/04/2018
3b 512 24,1 69 Não
lavada 17/04/2018
4 540 24,9 69 Não
lavada 20/04/2018
Tabela 7.6 – Valores dos desvios de cada cortadora da linha P, calculados para os níveis A e B do estudo do efeito do desgaste das cabeças de corte, baseados nos valores de Perda (em %) listados na Tabela 7.1.
Nº Cortadora
Desvio A Desvio B
1 3,3 1,3
2 2,2 2,0
3 4,5 3,5
4 1,7 2,4
Tabela 7.7 – Valores dos desvios de cada teste com repetições do estudo do efeito do caudal de água de lubrificação, calculados para os níveis A e B, com base nos valores e perda (em %) da Tabela 7.2.
Nº Teste Desvio A Desvio B
1 1,4 0,4
5 0,8 2,2
6 0,7 0,7
20 0,1 0,6
60
Tabela 7.8 - Valores dos desvios de cada teste com repetições do estudo do efeito das condições de alimentação de batata, calculados para os níveis A e B, com base nos valores e perda (em %) da Tabela 7.3.
Nº Teste Desvio A Desvio B
2 3,0 2,7
3 0,5 1,3
4 1,5 0,6
5 1,5 1,1
6 0,1 0,1
11 1,4 1,4
12 1,0 1,2
61
D. Dados para a avaliação económica
Tabela 7.9 – Dados necessários ao cálculo da poupança anual em batata crua.
Rendimento K 2017 (%) 28,4
Produção K 2017 (ton/ano) 4518
Consumo batata crua 2017 (ton/ano) 15886
Custo médio batata crua (€/ton) 208
Tabela 7.10 – Dados necessários aos cálculos auxiliares da avaliação do impacto económico do investimento em novas cabeças de corte, da diminuição do caudal de água de lubrificação e da alteração ao regime de substituição das
lâminas.
Custo de uma cabeça de corte (€, em 2017) 5350
Nº cortadoras da linha K 4 (antes das obras)
Nº fritadeiras/cortadora 2
t caudal aberto (s) 40
Total tempo produção K 2017 (h) 7587
Custo água (€/m3) 2,08
Custo caixa lâminas (€) 53,08
Nº lâminas por caixa 160
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