PROCESSAMENTO INDUSTRIAL

CONTROLE ESTATÍSTICO DE PROCESSOS APLICADO À COLHEITA DO TOMATE PARA PROCESSAMENTO INDUSTRIAL

Túlio de Almeida Machado Murilo Machado de Barros João Paulo Barreto Cunha

Introdução

O tomate (Solanum lycopersicum) é um importante produto agrícola, no qual é produzido em todas as regiões do globo, possuindo indústrias em todos os grandes centros. A sua forma de consumo pode ser dividida em dois diferentes grupos: tomate para consumo in natura (ou tomate “de mesa”) e tomate a ser processado pela indústria. De acordo com a FAOESTAT (2018), o cultivo do tomate no mundo ocupa uma área de aproximadamente 4.762.457 ha. Entre os anos de 1994 e 2008 houve um aumento de 52,95% da área cultivada, e a produção obteve um incremento de 121,06% alcançando 182.256.458 toneladas. Como o aumento da produção vem através dos anos crescendo mais do que as áreas cultivadas, denota-se aumento na produtividade. Este fato indica que as técnicas utilizadas no cultivo dessa cultura têm sido aprimoradas. Atualmente, a China é o maior produtor de tomate do mundo produzindo aproximadamente 61.631.581 toneladas. O Brasil, no mesmo ano, produziu 4.110.242 toneladas, ocupando a décima posição. A área destinada de produção de tomate no Brasil no ano de 2020 foi de aproximadamente 55.885 ha (IBGE, 2018). De acordo com RUBIN et al., (2019), estima-se que 35% da área utilizada no país para esta cultura seja para o cultivo de variedades voltadas ao processamento industrial. Com o crescimento da produção de tomate voltado à indústria, a colheita mecanizada passou a ser parte essencial neste processo. Portanto, diagnosticar perdas decorrentes do processo de colheita pode auxiliar em uma maior eficiência de produção e contribuir com a redução do desperdício de alimentos, pois, anualmente 1,3 milhões de toneladas de resíduos de alimentos são desperdiçados em todo o mundo (BENITEZ, 2016). A busca pelo desenvolvimento de máquinas e mecanismos para a colheita do tomate de variedade para indústria surgiu no final da década de 1940. Hanna e Lorenzen foram os primeiros desenvolvedores desses equipamentos e observaram que o tomate possuía baixa resistência ao processo de colheita mecânica devido aos frutos não suportarem os impactos decorrentes dos processos de corte, separação, classificação e carregamento. Alguns frutos esmagavam em contato com as lâminas de corte, outros eram muito fixos às plantas e não se separavam quando submetidos ao rotor/agitador. Mesmo quando conseguiam passar pelas etapas anteriores, não conseguiam se mover adequadamente até a correia transportadora. A espessura do epicarpo era fina e não suportava o lançamento do fruto que saía da colhedora até o transbordo. Finalmente, em 1959, a equipe encontrou uma variedade de tomate com forma oval e epicarpo mais espesso, que suportava a colheita mecanizada chamado vf-145 conhecido como tomate quadrado (PEÑA, 2013). SIMS JR. et al. (1976), já indicavam, naquele momento, que o sistema de colheita totalmente mecânico era viável do ponto de vista econômico e de engenharia, desde que fossem realizadas algumas práticas culturais adequadas para esse fim. No Brasil, a colheita mecanizada (Figura 1) ganhou importância a partir da década de 90, com a expansão da cultura na região Centro-Oeste. O cultivo nessa região é realizado em grandes áreas, fazendo-se necessário o uso de processos mecanizados (CORTEZ et al. 2002; MACHADO et al. 2011).

Figura 1. Colheita mecanizada de tomate industrial. Fonte: Acervo Túlio Machado.

Em todas as regiões de cultivo de tomate industrial do mundo, a introdução da colheita mecanizada foi precedida por ajustes na escolha de cultivares e nas práticas de manejo cultural. Além disso, houve também a necessidade de se adequar as estruturas das indústrias para recepção de matériaprima colhida mecanicamente (MELO & VILELA, 2005). O processo de colheita mecanizada reduz os custos aumenta a praticidade e o rendimento operacional. Além destes fatores, obtêm-se melhoria sanitária devido ao menor trânsito de pessoas na área, diminuindo a propagação de pragas e doenças. As atuais colhedoras do tomate industrial possuem os seguintes sistemas: Corte: Consiste em uma estrutura flutuante equipadas de lâminas que realizam o corte da cultura. Recolhimento: Constituído por uma esteira longitudinal que tem função de transportar o material até a esteira de alimentação, na qual leva ao sistema de trilha (Figura 2).

Figura 2. Plataforma de corte e recolhimento de uma colhedora de tomate indústria. Fonte: Acervo Túlio Machado.

Trilha: Tem por objetivo desprender os frutos das ramas por meio de vibração forçada de um rotor equipado com varetas (Figura 3).

Figura 3. Sistema de trilha de uma colhedora de tomate industrial. Fonte: Catálogo Guaresi.

Limpeza: Sistema constituído por ventilador axial, que possibilita a retirada de possíveis restos culturais. Seleção dos Frutos: O sistema é equipado de fotossensores permitindo a separação de frutos verdes e torrões de terra. A retirada do material inerte é realizada por meio de “dedos” pneumáticos presentes na parte inferior da correia transportadora (Figura 4).

Figura 4. Esteira de seleção em uma colhedora de tomate industrial. Fonte: Acervo Túlio Machado.

Descarga: Sistema constituído por esteira (braço de descarga) que permite a descarga do material colhido em recipientes de transporte (Figura 5).

Figura 5. Descarga dos frutos de tomate industrial no recipiente de transporte. Fonte: Acervo Túlio Machado.

De acordo com a disposição do transplantio, para que a colheita seja realizada, antes da passagem da colhedora, é necessário um trabalho de enleiramento e amontoa das ramas dispersas, possibilitando assim uma maior taxa de recolhimento da massa formada por ramas e frutos. Essa etapa de enleiramento pode ser realizada de maneira manual ou de maneira mecanizada. A seguir, serão exemplificados alguns estudos realizados com a colheita do tomate para processamento industrial, visando tanto a utilização do CEP para parâmetros quantitativos quando para parâmetros qualitativos.

Desenvolvimento

O processo de colheita mecanizada do tomate possui grande potencial de melhorias. Seja na qualidade da produção ou na redução das perdas quantitativas do produto. Por isso, a avaliação dos sistemas presentes na colhedora e nas práticas que antecedem a colheita são extremamente importantes. Pois, é possível por meio das respostas destas avaliações, uma colheita mais eficaz e melhor capacidade operacional, que tendem a beneficiar todo o sistema de produção de tomate industrial. De acordo com CUNHA et al. (2014), as perdas estão relacionadas ao manejo, principalmente pela utilização de equipamentos não adaptados à realidade da cultura. Outros fatores observados por MACHADO et al. (2016), relacionados ao equipamento, é que a idade e a conservação das máquinas possuem relação com as perdas encontradas no momento da colheita. Quanto menor o número de horas trabalhadas na colhedora, menores serão os danos e as perdas quantitativas dos frutos. AZAZURI et al. (2010), avaliaram o estresse mecânico do tomate submetido à colheita mecanizada e observaram que o rotor/agitador de trilha foram os elementos da colhedora que registraram maior impacto. Segundo os autores, apenas com a regulagem do sistema foi possível reduzir o percentual de danos ao tomate. De acordo com SOARES et al. (2019), as principais perdas no processo de colheita de tomate industrial ocorrem no solo com frutos maduros, que podem ser desprendidos das ramas durante o processo de enleiramento. O espaço entre as correias transportadoras da colhedora de tomate pode ser o fator das perdas de frutos no solo. O processo também é influenciado pela cultivar, estádio de maturação, tamanho e a forma do fruto. Inúmeros são os processos ocorridos que podem interferir na qualidade final da colheita mecanizada. Portanto, para se obter uma melhoria contínua dos processos de colheita é importante usar ferramentas que permitam identificar os problemas ocorridos e assim realizar melhorias em todo o sistema. Aliadas a uma maior eficiência e eficácia das operações no campo, a busca e a exigência por produtos de qualidade, aliados a melhores preços, são o esteio fundamental para o mercado no momento de adquirir a matéria prima. Essa exigência de excelência é primordial para empresas e indústrias que compram matérias-primas e as beneficiam, buscando atender às exigências dos consumidores. O fato é que a matéria-prima deve sair de sua origem, no caso do tomate para processamento industrial, do campo, com o máximo de qualidade possível. Nesse âmbito, o uso do CEP, a princípio, foi desenvolvido e utilizado por empresas buscando melhoria de qualidade e de produtividade. Bons resultados e a possibilidade de utilizar-se dessas ferramentas na agropecuária abriram caminhos para que estudos fossem realizados, principalmente em operações mecanizadas. Para MINGOTI & FIDELIS (2001), o Controle Estatístico de Processo (CEP) possui o objetivo de detectar rapidamente alterações dos parâmetros de determinados processos para que os problemas possam ser corrigidos antes que muitos itens não-conformes sejam produzidos. Segundo BONILLA (1995), algumas ferramentas destacam-se no CEP, sendo elas: histogramas, cartas de controle por variáveis e parâmetros da estatística descritiva, tais como: medidas de tendência central (média aritmética, mediana e moda), medidas de dispersão (amplitude, desvio-padrão e coeficiente de variação) e medidas de assimetria e de curtose. O CEP, como ferramenta de produção no meio agrícola já é utilizado na colheita mecanizada de várias culturas, tais como: cana de açúcar (SILVA et al., 2008), algodão (SILVA, et al., 2007), café

(PAIVA CUSTÓDIO et al., 2012), milho (ZERBATO, et al., 2013), feijão (SILVA, et al., 2013), soja (CHIODEROLI, et al., 2012), dentre outras. TRINDADE et al. (2000) sugerem que a elaboração das cartas básicas de controle pode ser por variáveis ou por atributos. Nas cartas básicas por variáveis, obtém-se a variação de modo quantitativo, podendo ser subdivididas em cartas de controle pela média, pela amplitude e pelo desvio-padrão, e cartas de dispersão do desvio-padrão e da amplitude. No caso das cartas de controle por atributos, a variação é obtida de modo qualitativo, podendo ser subdivididas em cartas da fração defeituosa e cartas do número total de defeitos por unidade. Esta ferramenta já vem sendo utilizada com sucesso para a determinação de eficiência de colheita, por sua fácil distinção entre processos eficientes e não eficientes. O seu uso pode vir a ser fundamental, pois identifica as variações da eficiência da colheita mostrando as falhas do processo, permitindo avaliações em cada um dos sistemas da colhedora de tomate, sejam elas quantitativas ou qualitativas fornecendo subsídios, para as realizações de regulagens e adaptações do sistema na busca de maior eficiência e qualidade. Na colheita do tomate para processamento industrial parâmetros quantitativos e qualitativos podem ser mensurados através das cartas de controle. Dentre os parâmetros quantitativos podemos descrever as perdas de frutos que não vão para indústria e ficam no campo após a colheita mecanizada. Dentre os fatores qualitativos, podemos ter atributos físico-químicos tais como: firmeza, perda de massa, pH, ºBrix, acidez titulável, etc. A seguir, serão exemplificados alguns estudos realizados com a colheita do tomate para processamento industrial, visando tanto a utilização do CEP para parâmetros quantitativos quando para parâmetros qualitativos. Para três colhedoras com diferentes horas de uso: M1 = 7255 horas; M2 = 2984 horas; M3 = 6512 horas) e avaliando perdas totais (fatores quantitativos) e atributos de firmeza e porcentagem de perda de massa (fatores qualitativos) através da análise descritiva presente na Tabela 1, permite-se uma maior compreensão do comportamento dos dados obtidos por colhedoras autopropelidas de tomate industrial com diferentes horas de trabalho, sendo assim obtidos valores de médias, mediana, valores máximos e mínimos, desvio padrão e coeficientes de variação, curtose e assimetria para as perdas totais e as características físicas dos frutos colhidos como a firmeza e a perda de massa.

Tabela 1. Análise estatística descritiva para perdas totais (kg. ha-1), firmeza (N.cm-2) e porcentagem de perda de massa (%) independente das horas de uso das colhedoras. Valor Coeficientes Variável Média Mediana Max. Min. Desvio padrão CV Ck Cs

Perdas totais 7142 6200 11600 2800 2846 39,8 -0,66 0,55 N Firmeza 2,18 2,05 3,0 1,5 0,347 15,9 0,52 029 N

Perda de massa 10,91 10,0 17,5 6,0 3,039 27,8 -0,33 0,64 N

Ck: coeficiente de curtose; Cs: coeficiente de assimetria; A: distribuição assimétrica pelo teste de Shapiro-Wilk. N: Distribuição normal pelo teste de Shapiro-Wilk.

De uma maneira geral, os dados observados no campo apresentaram distribuição normal pelo teste Shapiro Wilk a 5% de probabilidade. Com relação a variabilidade de um atributo quando avaliado está diretamente relacionado com a magnitude do seu coeficiente de variação (FREDDI et al., 2006). Sendo assim, segundo PIMENTEL GOMES (2009), se o coeficiente de variação (CV) for inferior a 10%, é considerado baixo, ou seja, a experiência tem maior precisão; entre 10 e 20%, é considerado médio, e alto entre 20 e 30%. Outro ponto a ser destacado é o comportamento dos coeficientes de curtose e assimetria, visto que, eles permitem observar como os dados se apresentam distribuídos em relação a média dos dados. Com base nessa observação, parâmetros que apresentam coeficiente de curtose e assimetria positivos, apresentam por características a maioria dos valores abaixo da média, além de demonstrar que os valores de perdas tenderam a se concentrarem em torno da média. Nesse mesmo estudo, A partir da obtenção da carta de controle e de amplitude móvel para as perdas quantitativas do processo de colheita (Figura 6), é possivel entender a relação entre a idade da colhedora e as perdas do sistema de trilha, e observar que para todas as máquinas avaliadas as perdas se

mantiveram dentro dos limites de controle estabelecidos (± 3σ). Ademais, quando avaliada a carta da amplitude média todos os valores estão dentro dos limites de controle e apresentam um comportamento aleatório, indicando controle do processo estatístico apontando que para as condiçoes causas especiais não influenciaram no processo de colheita mecanizada. A carta de amplitude auxilia a visualização da diferença dos valores obtidos.

Figura 6. Carta de controle para as perdas do sistema de trilha em função da quantidade de horas de uso da colhedora.

Com base nos resultados apresentados na carta de controle, percebeu-se uma maior perda no sistema de trilhas à medida que a quantidade de horas trabalhadas pela máquina aumenta. Sendo assim, os maiores valores de perdas representam um maior desgaste dos mecanismos internos da colhedora, o que interfere na eficiência do sistema de trilha. Nessa linha, de acordo com MESQUITA et al. (2002), de uma forma geral no caso das colhedoras autopropelidas, ocorre a tendência dessas máquinas apresentarem comportamento similares independente do tempo de uso, mas avaliando a colheita da soja, máquinas que apresentaram mais de quinze anos de uso apresentaram perdas superiores àquelas encontradas nas colhedoras com menos de cinco anos de idade. Como estudos acerca das perdas qualitativas de tomates colhidos de forma mecanizada são escassos, o dano mecânico causado pelos mecanismos das colhedoras é um dos principais problemas, mudando as características físicas dos frutos colhidos e se fazendo cada mais necessário seu monitoramento (HACISEFEROUGULLARI et al., 2007; TANIGAKI et al., 2008). Qualitativamente, variáveis também são avaliadas por meio das cartas de controle, um exemplo disso são as avaliações de firmeza e porcentagem de perda de massa que foram realizadas por MACHADO (2018), para colhedoras de diferentes horas de uso. Outras variáveis que podem ser utilizadas como exemplo podem ser o teor de sólidos e solúveis, acidez titulável, pH etc. Especificamente, diferentes fatores influenciam o processo de colheita mecanizada do tomate industrial onde, além de alterar o comportamento da máquina, reduzindo a eficiência da operação, promovem também a redução a qualidade físico-química do produto colhido e encaminhado ao posterior processamento. Dessa forma, fatores como idade das máquinas utilizadas, condições de solo, regulagens dos componentes da colhedora serão abordados a seguir no presente capítulo, cujos temas já foram abordados em outros estudos. A Figura 7 trata-se de cartas de controle individuais representando os dados de firmeza e perda

de massa dos frutos colhidos em relação a quantidade de horas trabalhadas pelas colhedoras. Com base na carta foi possível determinar limites aceitáveis e que sirvam de parâmetros reais para possíveis comparações e análises. Dessa forma os limites foram definidos baseados nas características de frutos colhidos por um tratamento testemunha, ou seja, colhidos de forma manual e sem apresentar danos.

Figura 7. Carta de controle para a firmeza (a) e porcentagem de perda de massa (b) dos frutos colhidos em função da quantidade de horas de uso da colhedora.

Diante do exposto, apesar da máquina 3 apresentar menor quantidade de horas trabalhadas, causas especiais ao processo podem explicar tal resultado indicando assim possíveis desgastes dos componentes do sistema de trilha. Outro fator que pode ter influenciado foi a maneira de operação de cada colhedora, onde de acordo com TAHERI-GARAVAND et al. (2011), ao avaliar a correlação da massa de frutos de tomate com diferentes atributos concluíram que nas operações de transporte e colheita, os frutos são expostos a cargas mecânicas, que podem provocar lesões, por corte e, ou, esmagamento, causando perdas qualitativas e quantitativas. A porcentagem de perda de massa dos frutos colhidos pelas máquinas avaliadas alcançou valores acima da média de controle em relação à testemunha. Apesar de não possuir a maior média geral, as colhedoras 1 e 3 apresentaram maior variação dosdados, indicando desuniformidade nos danos causados nos frutos, onde uns estão sujeitos a maiores danos do que outros. Com base nesses resultados é possível afirmar que o controle estatístico de processo pode ser uma ferramenta importante na análise das perdas no processo de colheita e transporte de produtos agrícolas, uma vez que o entendimento do processo permite ações de adequação da máquina visando a redução dos danos causados, já que no caso específico de frutos como tomates, goiabas, mamões submetidos ao impacto e compressão tem um aumento da perda de massa e redução de nutrientes (GODOYet al., 2010;

GRIGIO et al., 2011). Outra utilização do CEP pode ser através da avaliação do processo de colheita mecanizada do tomate industrial, onde as máquinas trabalham com a barra de corte das ramas próximas ao solo. Um dos artifícios utilizado pelos produtores para uma melhor condução do processo de colheita mecanizada é a aplicação de uma leve irrigação, principalmente em solos com compactação nas camadas superficiais do solo, fazendo assim com que se maximize a eficiência de corte da plataforma. Conforme a Figura 8, para ambas as situações avaliadas, ocorreram pontos fora do controle, indicando que o comportamento é semelhante entre as duas áreas.

Figura 8. Carta de controle para as perdas em relação as umidades (a) 20% e (b) 37%.

Dessa maneira, foi possível afirmar que a utilização do expediente de aumento da umidade do solo não teve na prática grande impacto nas perdas, devendo assim em sua adoção, primeiramente passar por uma avaliação criteriosa, uma vez que o processo de colheita do tomate envolve uma quantidade grande de caminhões responsáveis pelo transporte, o que pode inviabilizar a operação, degradar o solo e compactação das áreas. Alguns fatores podem explicar tal comportamento, como, por exemplo, a regulagem prévia das colhedoras usadas. De uma maneira geral, cuidados com a plataforma de recolhimento, cuja função é de transportar a massa colhida para as etapas subsequentes da colhedora. Devido a sua inclinação e constituição, dotadas de dedos de borracha que recolhem e transportam a massa colhida para o sistema de trilha, alguns frutos já soltos das ramas tendem a voltar para o início da esteira de recolhimento e diminuindo a eficiência de colheita devido ao aumento das perdas. Com base no exposto, a redução do processo de colheita passa principalmente pela adoção de velocidades operacionais adequadas, treinamento dos operadores e a regulagem dos mecanismos de colheita e separação da máquina, adotando assim rotações e vibrações adequadas.

Avaliando outras características da colheita mecanizada do tomate para processamento industrial verificou-se ganhos de eficiência e melhorias na relação custo/benefício onde, de uma maneira geral os modelos de colhedoras utilizadas possuem origem italiana ou americana, tendo como principais diferenças os sistemas de destacamento dos frutos, posição das correias de seleção e unidade de descarga do produto (ARAZURI et al., 2007; JARÉN et al., 2007). Os dois sistemas de destacamento que sobressaem-se são o sistema de cintas e o rotativo. De acordo com ARAZURI et al. (2010), a tendência dos modelos mais novos de colhedoras é a utilização de sistemas rotativos, que, mesmo apresentando baixas rotações na sua operação, apresentam vantagens, como o tamanho reduzido, menor necessidade de energia para separação dos frutos e menor ruído. Diante do exposto faz-se necessário a regulagem adequada dos parâmetros vibração e rotação, fatores esses que podem minimizar perdas referentes ao sistema de separação das colhedoras. De uma maneira geral, as colhedoras trabalham com frequências vibratórias de até 6 Hz e rotação de até 18 rpm em seus sistemas de destacamento de frutos. De acordo com OLIVEIRA et al. (2007), o uso da vibração e/ou o impacto mostram-se como métodos eficientes para a colheita de diversos produtos agrícolas. Assim, diferentes tipos de colhedoras foram desenvolvidos segundo esse princípio, como as de café, citros, azeitona e o sistema de separação da colhedora de tomate. Nesse sentido diferentes pesquisas vêm sendo realizadas para a melhor compreensão desses fatores e seu efeito nas perdas relacionadas ao processo de colheita do tomate. CUNHA et al (2014) avaliando as perdas ocasionadas no processo de colheita mecanizada do tomate, verificaram que as perdas totais ocasionadas pela colhedora no sistema de separação apresentaram-se fora dos limites de controle e dos padrões aceitáveis de perdas, para a cultura do tomate industrial. Os mesmos autores citam que a adoção de maiores níveis de frequência de vibração (4,7 Hz) e de rotação (18 rpm) do sistema de separação proporcionaram menores perdas e, consequentemente, os melhores resultados. Diferentemente dessa situação, constatou-se que, quando utilizada a menor vibração (0,83 Hz), houve perdas totais médias de, aproximadamente, 10,7%, valor acima do aceitável. TATLIDIL et al. (2005), avaliando as perdas ocasionadas no período de colheita mecanizada de tomate, observaram valores de perdas totais de 5,1-9,8%. Com relação às vibrações do sistema de destacamento da máquina, ela influencia diretamente nas perdas no processo, sendo assim a escolha da vibração e rotação adequada uma escolha criteriosa a ser definida em função das condições de lavoura e operação da máquina, uma vez que algumas variedades apresentam frutos que se desprendem com mais facilidade da rama, o processo de “arraste” da planta e seus frutos para a plataforma de corte (CUNHA et al., 2014).

Considerações finais

Como visto, a aplicação do controle estatístico de processos na colheita mecanizada do tomate industrial permite um maior conhecimento das diferentes variáveis que alteram o comportamento da colhedora e influenciam diretamente nos processos de perdas e redução da eficiência. Além disso, tal ferramenta vem sendo aplicada para explicar as relações ocorridas entre os fatores ambientais, humanos e que visam explicar melhor o comportamento desses parâmetros, como fatores ergonômicos como ruídos, e outras etapas do processo de produção do tomate industrial como as etapas de transporte e transplantio semimecanizado.

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