Revista Engenho, vol.9 Junho de 2014 EDITORIAL. O objetivo do artigo intitulado A Importância Da Qualidade No

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1 EDITORIAL O objetivo do artigo intitulado A Importância Da Qualidade No Desenvolvimento De Software de Cristiane Candido Pereira, Carlos Eduardo Câmara e Peter Junior Jandl é o de mostrar através de estudo de caso e aplicação de testes que a qualidade do produto é algo extremamente importante, mas o fato é que, garantindo-se a qualidade do processo é que se pode adquirir a qualidade no produto. O artigo Monitoramento De Vibrações Em Mancais Com Acelerômetro de Jefferson Peró Ormonde, Valter Roberto Pinesi e Mario Mollo Neto descreve o desenvolvimento de um protótipo microprocessado que diagnostica vibrações de sistemas movimentados por motores elétricos fornecendo informações importantes para a manutenção preditiva. Vanderlei Inácio de Paula e Denis Rafael de Souza Lima no artigo Uso De Análise De Imagens Para Quantificação De Compostos utilizam um celular Samsung Galaxy fit para obter imagens e analisá-las no programa de código aberto ImageJ (v 1.47) desenvolvido por Wayne Rasband em plataforma Java. Os autores propõem o uso desta metodologia para a quantificação de espécies presentes em água e efluentes, em métodos baseados em reações químicas desde que seja possível a formação de cor pelos reativos em análise Influência Dos Tratamentos Superficiais Na Adesão De Polipropileno, Utilizando Adesivo Base Poliuretano de Fernando Beltrame Costa, Hipólito Alberto da Silva Gomes e Ailton Cavalli avaliam o comprotamento do adesivo a base de poliuretano em substratos de polipropileno, termosplastico quimicamente inerte, os autores concluem que a adesao pode aumetar e 451% se a superfície do substrato for ser limpa e preparada com primer. Caroline Patrícia Bedim e Juliano José Fiori no artigo Caracterização Física De Amostras De Leite Condensado Comercializadas Em Jundiaí-Sp comparam cinco marcas de leite condensado analisando as propriedades: teor de sólidos solúveis Brix, viscosidade aparente e identificação de cristais. Os autores concluem que houve uma

2 relativa variação entre amostras de diferentes marcas e que as amostras analisadas possuem pouca quantidade de cristais aparentes e perceptíveis pelo tato bucal Uma revisão, sobre a microtoxina aflatoxina, assim como os estudos realizados para desenvolver métodos eficazes no combate a esta microtoxina no Brasil e no mundo, é escrita por Conceição Batista da Silva e Jonh Dalton de Castro Martins no artigo Aflatoxina em Amendoin Ailton Cavalli Editor ÍNDICE A IMPORTÂNCIA DA QUALIDADE NO DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE 1 MONITORAMENTO DE VIBRAÇÕES EM MANCAIS COM ACELEROMETRO 27 USO DE ANÁLISE DE IMAGENS PARA QUANTIFICAÇÃO DE COMPOSTOS 63 INFLUÊNCIA DOS TRATAMENTOS SUPERFICIAIS NA ADESÃO DE POLIPROPILENO, UTILIZANDO ADESIVO BASE POLIURETANO. 78 CARACTERIZAÇÃO FÍSICA DE AMOSTRAS DE LEITE CONDENSADO COMERCIALIZADAS EM JUNDIAÍ-SP 91 AFLATOXINA EM AMEDOIM 105

3 A IMPORTÂNCIA DA QUALIDADE NO DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE CRISTIANE CANDIDO PEREIRA Centro Universitário Padre Anchieta CARLOS EDUARDO CÂMARA Centro Universitário Padre Anchieta PETER JUNIOR JANDL Centro Universitário Padre Anchieta RESUMO Qualidade no desenvolvimento de software é relacionada ao antecipar, satisfazer, estar em conformidade com os requisitos necessários para o cliente, porem não basta ela existir, ela deve também ser reconhecida pelo cliente. Para isso acontecer, não é apenas o ato de desenvolver um software, este deve seguir regras, normas ou padrões, o desenvolvedor precisa entender que o problema não está no software em si, mas sim na forma como ele é desenvolvido, que é preciso aplicar os conceitos de qualidade. O objetivo da presente pesquisa é o de mostrar através de estudo de caso e aplicação de testes que a qualidade do produto é algo extremamente importante, mas o fato é que, garantindo-se a qualidade do processo é que se pode adquirir a qualidade no produto. Palavras-Chave: engenharia de software; qualidade de software; testes de software. ABSTRACT Quality in software development is related to anticipate, satisfy, comply with the requirements for the client, however it simply does not exist, it must also be recognized the client. For this to happen, not just develop software, this must follow rules, norms or standards, the developer needs to understand that this problem is not the software itself, but in how it is developed, it is necessary to apply the concepts of quality. The objective of this research is to show product quality is extremely important, but the fact is, that ensuring the quality of the process is that one can acquire quality product. Keywords: software engineering; software quality; software testing.

4 INTRODUÇÃO Atualmente as empresas desenvolvedoras de software buscam um objetivo comum que é produzir software com alto nível de qualidade. A preocupação com a qualidade deixou de ser um diferencial competitivo e passou a ser um pré-requisito básico para participação ativa no mercado, afinal um único sistema é capaz de integrar todos os departamentos de uma empresa e o cliente deseja um sistema que traga solução rápida e eficiente. A importância de um projeto de software pode ser definida com uma única palavra Qualidade (Pressman, 2006). É exatamente nesse contexto que a engenharia de software tem ganho espaço dentro das empresas, contribuindo com métodos, ferramentas e metodologias avançadas para obter maior nível de qualidade. Ela muda continuamente à medida que novos métodos, melhores análises e o mais amplo entendimento evolui, aprimorando o projeto. Segundo Paula (2009) O que decide a qualidade é a comparação com os respectivos requisitos: O confronto entre a promessa e a realização de cada produto, porém qualidade é algo relativo. O que é qualidade para uma pessoa pode ser uma falha para outra. Por esse relativismo que atender os requisitos do cliente é importante e para que a qualidade seja alcançada são utilizadas técnicas como validação e verificação de software e testes de sistema que são imprescindíveis para atingir a qualidade no software. A qualidade no software utilizando dessas técnicas traz benefícios a empresa como aumento da produtividade, reduz os possíveis defeitos no sistema, o retrabalho é menor e o índice de satisfação do cliente maior. Não basta que a qualidade exista, ela deve ser reconhecida pelo cliente. A qualidade de software se inicia no levantamento de requisitos que é uma parte de grande importância no desenvolvimento, segundo Mello é entender aquilo que o cliente deseja ou o que o cliente acredita que precisa e as regras do negocio ou processos do negocio, pois é desse ponto que se inicia a qualidade de um software.

5 Partindo dessa necessidade de conhecer essas técnicas, neste trabalho foram realizadas análises com bases em pesquisas procurando focar nos processos de verificação, validação e teste de software. Com o objetivo e a intensão de mostrar quais procedimentos devem ser tomados, quais opções existem e como podem ser realizados e apresentando estudo de caso utilizando como base essa análise, aplicando algumas opções e procedimentos que foram pesquisados, apresentados e aplicados. VALIDAÇÃO E VERIFICAÇÃO DE SOFTWARE A validação tem como finalidade verificar se o sistema está de acordo com sua especificação. Se o sistema atende ás expectativas do cliente, ou seja, a validação avalia se a construção segue os requisitos pré-estabelecidos (Kosciansk, 2006). A verificação se refere aos conjuntos de atividades para garantir que o software seja implementado corretamente, ela identifica defeitos e possíveis problemas. Esses processos envolvem verificar por meio de inspeção e revisão, em cada estágio, desde a definição dos requisitos dos usuários até o desenvolvimento do programa (Sommerville, 2003). Essa atividade pode utilizar técnicas propostas pela norma IEEE (Institute of Eletrical and Eletronics Engineers) Standard for Software Test Documentation STD , que é uma terminologia padrão de Engenharia de Software e com ela é possível identificar as tarefas mínimas e documentos recomendados para cada nível de integridade de software. Nível de integridade pode ser entendido como criticidade e complexidade do software. A utilização dos documentos de teste facilita na padronização e organização da execução do processo além de facilitar o trabalho do testador, existem várias formas de criar esses documentos, podem ser encontrados modelos em site como IEEE. Essa norma descreve oito documentos para a atividade de teste de um programa de software, esses documentos são usados em três áreas: no planejamento (Plano de teste), na execução (Especificação de teste) e nos relatos (Relatórios de teste).

6 Plano de Teste: Identifica as funcionalidades a serem testadas com ênfase nas datas, pessoas envolvidas e riscos. A figura 1 mostra algumas informações básicas para um plano de teste, a tabela foi criada através dos modelos IEEE. Figura 1. Plano de Teste (tabela desenvolvida através dos modelos IEEE) Especificação de Teste: As especificações de teste são artefatos que contêm os detalhes dos testes a serem realizados. Uma especificação é reaproveitada quando testes similares e são realizados de diferentes marcos de um projeto. Tipicamente uma especialização é desenhada apenas uma vez, mas o teste que ela descreve pode ser executado muitas vezes (Paula, 2009). A figura 2 mostra uma estrutura para o relatório de especificação, com as informações a serem preenchidas de acordo com as especificações, conforme o modelo IEEE. Figura 2. Especificação de Teste (tabela desenvolvida através dos modelos do site IEEE) Conforme Blanco (2012) Especificação Projeto de Teste: Identifica os casos, os procedimentos e critérios de aprovação.

7 Especificação Casos de Teste: Dados de entrada, resultados esperados, ações e condições gerais para executar o teste, o que interessa nesse caso é o que é obtida no final, a confiabilidade depende da qualidade do teste. Especificação de Procedimento de Teste: Identifica quais passos são seguidos para executar o teste. Relatório de Incidente: Documenta qualquer evento que ocorra durante a atividade de teste e que necessite de análise posterior (erros). A figura 3 mostra um modelo de estrutura e informações necessárias para preenchimento, conforme o modelo IEEE. Figura 3. Relatório de Incidente (tabela desenvolvida através dos modelos do site IEEE) Relatório de Resumo: Mostra um resumo dos resultados das atividades associados à especificação projeto de teste. A figura 4 mostra as informações que podem ser usadas como preenchimento do relatório de teste conforme o modelo IEEE.

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

9 Diário de teste: Registro cronológico dos dados relevantes. Relatório de Encaminhamento de Item: Identifica os itens encaminhados para testes no caso de equipes distintas serem responsáveis pelas tarefas. Visando facilitar a documentação, pode ser feita uma união dos documentos de Plano de Teste, Especificação de Teste, Especificação de Projeto de Teste e Especificação dos Casos de Teste. De acordo com Myers, citado por Blanco (2012) Infelizmente não é possível testar todas as entradas de dados e suas centenas ou milhares de combinações possíveis. Criar casos de testes para todas essas possibilidades é impraticável, pois levaria muito tempo e seria economicamente inviável. A verificação e validação revisam e analisam o software nas diversas fases dos processos de desenvolvimento, abrangem nos documentos de requisitos, os diagramas de análise de projetos e o próprio código fonte, as revisões são consideradas técnicas estáticas por não envolverem a execução do produto. TESTES DE SOFTWARE Teste é uma atividade fundamental para a qualidade ser assumida no software, o principal objetivo é revelar falhas, um teste bem sucedido identifica defeitos que ainda não foram descobertos e que podem ser corrigidos pelo programador, um teste bem eficiente é aquele que é projetado para descobrir o maior número de erros possíveis. Segundo Sommerville (2003), teste de software consiste em um processo que é utilizado com o intuito de descobrir evidencias de problemas de software. Para definir essas evidencias, é preciso saber as diferenças dos conceitos relacionados aos testes, conforme Dias (2007): Defeito: É um ato inconsistente cometido por um individuo ao tentar entender uma determinada informação, resolver um problema ou utilizar um método ou uma ferramenta, exemplo uma instrução ou comando incorreto. Erro: É uma manifestação concreta de um defeito num artefato de software, diferença entre o valor obtido e o valor esperado, ou seja, qualquer estado intermediário incorreto ou resultado inesperado na execução constitui um erro. Isso pode ser causado por desvio da especificação, modelagem mal feita, erro de programação, pressão de tempo, especificação de requisitos.

10 Falha: É o comportamento operacional do software diferente do esperado, um processamento incorreto, uma falha pode ser causada por diversos erros e alguns erros podem nunca causar uma falha. A figura 5 mostra a diferença entre esses conceitos. Figura 5. Defeito x Erro x Falha (revista Qualidade de Software) Teste de sistema é na verdade uma série de diferentes testes cuja finalidade principal é exercitar por completo o sistema baseado em computador. Apesar de cada teste ter uma finalidade distinta, todos trabalham para verificar se os elementos do sistema formam adequadamente integrados e executam as funções a eles alocados (Pressman, 2006), algumas finalidades do teste podem ser de : Teste de recuperação: No qual o software é forçado de diversos modos a falhar para verificar se a recuperação é adequadamente realizada. Teste de segurança: São feitas várias invasões impróprias no sistema ou alterações dos arquivos gerados pelo sistema e verificam-se os mecanismos de proteção são capazes de protegê-lo (Pressman, 2006). Testes de stress: Executa no sistema uma quantidade de recursos anormais em grande volume para verificar o quanto o sistema é sensível. Teste de desempenho: É analisado o desempenho do sistema durante a execução, verificando qual é o comportamento integrado entre o software e o hardware. Teste Funcional: Verifica se todos os requisitos foram cumpridos de acordo com as regras de negocio, garantindo de que não existam diferenças entre os requisitos funcionais e o

11 comportamento do software construído, o teste não se preocupa com o código em si, eles são realizados a partir da seleção dos Casos de Uso baseados na especificação. TÉCNICAS EM TESTE DE SOFTWARE O teste de software é uma das técnicas mais custosas do desenvolvimento, porém o rigor e o custo depende da criticidade da aplicação, essas técnicas são classificadas de acordo com a origem das informações utilizadas para estabelecer os requisitos de testes, essas técnicas podem ser classificadas como funcional e estrutural. A técnica estrutural conhecida também como teste de caixa branca trabalha diretamente com o código fonte, avalia aspectos como: teste de condição fluxo de dados, caminhos lógicos, laços; Os aspectos nessa técnica dependem da complexidade do componente de software (Dias,2007), ela permite uma verificação mais precisa de comportamento ela é realizada durante todo o processo de desenvolvimento. A técnica funcional ou teste de caixa preta identifica erros de interface, acesso ao banco de dados, desempenho e velocidade (Kosciansk,2006); Os dados de entrada são fornecidos e o resultado é comparado a resultados previamente conhecidos, haverá sucesso se o resultado recebido foi igual ao esperado, ela é aplicável em todos os níveis de teste. Existe também a definição de teste de caixa cinza no qual são focados os mecanismos dos componentes e não do sistema em si, ele ignora os componentes internos e focaliza apenas as saídas geradas em resposta a entrada e condições de execução selecionadas. Conforme Sommerville (2003) o processo de teste deve evoluir em estágios, os testes devem ser realizados incrementalmente, em conjunto com a implantação do sistema. Esses processos podem ser divididos em estágios: Teste de Unidade: Explora a menor unidade do projeto, procura falhas ocasionadas por defeitos de lógica e de implementação de cada modulo, são testados individualmente ou em grupos de unidades para garantir que eles operam corretamente (Sommerville, 2003), podem ser baseados nas especificações de classes e na codificação do código. Teste de Módulos (Subsistema): São executados procedimentos em componentes dependentes, como uma classe de objetos que foram integrados. Teste de Integração: Provoca falhas associando entre os módulos quando eles são integrados, testa quais componentes são combinados e avalia a interação entre eles, esse teste geralmente é executado durante o desenvolvimento.

12 Teste de Sistema: Busca falhas por meio de utilização como se fosse o usuário final, verifica se o produto satisfaz os requisitos funcionais e não funcionais e testa as propriedades emergências do sistema, identifica possíveis erros entre o hardware, o software e o banco de dados, é baseado no projeto e na arquitetura do software. Teste de Aceitação: Costuma ser o estágio final do processo de teste do sistema e simulando rotinas de operações de modo a verificar se seu comportamento está de acordo com o solicitado, ele pode revelar erros e omissões nas definições de requisitos, quando os recursos na verdade não atendem ás necessidades dos usuários ou quando o desempenho do sistema é inaceitável (Sommerville, 2003). Teste de Regressão: Consiste em aplicar todos os testes já aplicados nas versões anteriores em todos os ciclos e atualizações, (Dias, 2007), verifica se as alterações não causam nenhum efeito indesejado e se o sistema mantém a conformidade com os requisitos especificados, são mais utilizados na manutenção do sistema. Técnicas de testes devem ser vistas como complementares e a questão está em como as utilizar de forma que as vantagens de cada uma seja melhor explorada em uma estratégia que leve a uma atividade de teste de boa qualidade, que seja eficaz e de baixo custo. O objetivo central de toda metodologia de teste é maximizar a sua cobertura e a quantidade potencial de defeitos que podem ser por ela detectados. TESTES AUTOMATIZADOS Conforme Souza,2013 Automação de teste é o uso de software para controlar a execução do teste de software, a comparação dos resultados esperados com os resultados reais, a configuração das pré-condições de teste e outras funções de controle e relatório de testes, é testar um software com outro software. São usados scripts padronizados que podem ser mais rápidos na execução dos testes e na detecção dos erros do que a forma de teste manual. Utilizando testes automatizados é possível aumentar a consistência e abrangência, reduzir o tempo ou esforço, diminuir o custo, aumentar a qualidade do produto final. O ideal é automatizar tarefas repetitivas, cálculos matemáticos, testes de regressão e funcionalidades criticas no sistema. Funcionalidades pouco usadas, protótipos e funcionalidades que exigem inspeção visual são pouco recomendadas.

13 Existem ferramentas comerciais e OpenSource disponíveis para auxiliar o desenvolvimento de automação de software, ferramentas específicas para cada tipo de teste e software: Selenium: É usado para automatizar navegadores em várias plataformas, realizando testes funcionais. JUnit: É um framework simples para escrever testes repetíveis, orientado a Java, realiza testes de unidade. JMeter: Projetado para testar aplicações web, mas expandiu para outras funções de teste, realizado para teste de desempenho (performance). MODELOS DE TESTE Modelo TMAP: O modelo teste TMAP (Test Management Approach) é uma abordagem que pode ser aplicada em todas as situações de teste e em combinação com qualquer outra metodologia de desenvolvimento de sistema, ele oferece ao testador uma série de elementos para seu teste como técnicas de especificação de teste, infraestrutura de teste, estratégia de teste, organização de teste, ferramentas de teste, entre outros. TMap é composto das seguintes fases e etapas, conforme a figura 6 mostra: Figura 6. Fases e Etapas TMap (Gerencia de projeto de teste Segundo o Modelo do PMI por Emerson Rios,2003 ) Segundo Rios 2003, as etapas de Planejamento e Controle e Preparação seguem em paralelo as demais etapas, pois continuam em andamento durante todo o projeto. O produto da fase de planejamento, uma vez concluído, deve ser acompanhado e controlado. Na etapa de preparação os ambientes de gerencia de mudanças e de

14 gerencia de configuração são adequados ao projeto de testes, além de ser preparada a infraestrutura a ser utilizada no projeto (Hardware, Software e Pessoal). Modelo V: A estrutura do modelo em V é uma aproximação estruturada de teste que pode ser usada em todas as metodologias de desenvolvimento. Segundo Silva o modelo que foi definido por Paul Rook em 1980, foi apresentado como um modelo alternativo ao modelo Waterfall e enfatizava a importância nos testes em todo o processo de desenvolvimento e não somente ao término do processo. Este modelo introduz a criação de testes de dados e cenários de teste durante o ciclo de desenvolvimento do software, em geral, reforça a ideia de que o teste não é uma fase, mas uma parte integrante do ciclo de desenvolvimento do software, o qual trabalha com diferentes níveis de teste como: teste de unidade, teste integração, teste de sistema e teste de aceitação. A principal ideia é sempre testar a mesma coisa, porém com focos diferentes, o modelo em V possui dois lados, um lado é especifico para verificação que é o ciclo de vida de desenvolvimento e o outro é especifico para a validação que é o ciclo de testes. Basicamente o modelo segue as fases citadas na figura 7: Figura 7. Fases e Etapas V (Técnicas de Teste no Ciclo de Desenvolvimento de Software por Camilo Ribeiro,2010)

15 A vantagem nesse modelo é que segundo Camilo Ribeiro a fase de teste começa no inicio do ciclo, os planos de teste são detalhados em cada fase do ciclo o que ajuda a compreender melhor qual a origem do problema. A desvantagem, segundo o mesmo autor é que apesar da sua implementação em todas as fases continua a não ser flexível suficiente e é necessário maior número de feedback entre todas as fases do ciclo. ESTUDO DE CASO LIBRE OFFICE Libre Office é um pacote de componentes para escritório gratuito, é desenvolvido por voluntários do mundo todo através de fundações sem fins lucrativos. É uma extensão aberta do StarOffice e uma continuação de desenvolvimento da suíte OpenOffice. Seus componentes são: processador de textos (Write), planilha de cálculo (Calc), apresentações (Impress), gráficos vetoriais (Draw), banco de dados (Base), editor de fórmulas matemáticas (Math), o pacote possui inúmeras vantagens entre elas: sem taxas de licenciamento, código aberto, multiplataforma, extenso suporte a idiomas, é compatível com vários Sistemas Operacionais (como Windows, Linux e MAC OS). Possui grande compatibilidade com extensões de arquivos, suporte online gratuito, entre outras inúmeras vantagens (Tutorial LibreOffice). Esse estudo de caso visa testar algumas funções do componente processamento de texto Write, que além dos recursos usuais de um processador de texto, fornece também características como, exportação para PDF, integração de banco de dados, ferramentas de desenho incluídas, entre outras funções muito similar ao MS Word. Para verificar a finalidade do software foi utilizado o teste funcional das funções de cartão de visitas, envelopes, abrir documentos salvos no Word. Na função de recuperação de documentos foi aplicado o teste de recuperação, com objetivo de verificar se essas funções funcionam corretamente. E finalmente, validar o uso das mesmas. Os modelos dos relatórios foram desenvolvidos através dos modelos sugeridos site IEEE e o site do Grupo de Testadores de Software (Blog editado por Anne Caroline, mestre em Ciência da Computação pela UFCG). Hipótese Abrir Documentos Salvos no Word: Como muitos documentos são salvos em Word é importante que o Libre Office abra os documentos, sem alterar formatações que foram estabelecidas no Word (veja resultado na figura 9).

16 Hipótese Recuperação de Dados: Como existem riscos é importante que quando o sistema fechar de forma inesperada, ele recupere todos os dados e as formatações do documento (veja resultado nas figuras 10, 11,12 e 13). Hipótese Cartão de Visita: Independente de que forma que ele seja feito, num cartão de visita é importante que a impressão seja de acordo com o que foi estabelecido na configuração, respeitando o tamanho, layout e os dados informados (veja resultado nas figuras 14 e 15). Hipótese Envelopes: A impressão do envelope deve ser correta, com o endereço legível, posição aceitável e que tamanho das letras seja legível (veja resultado nas figuras 16 e 17). Hipótese Personalizar Barra de Ferramentas: A barra deve ser criada conforme foi feita a personalização, os atalhos criados devem funcionar corretamente e deve ser possível alterar a barra personalizada (veja resultado nas figuras 18, 19). Hipótese Conversor de Documentos: Arquivos com extensão doc devem ser convertidos sem alterações ou erros para o formato oxps (veja resultado nas figuras 20, 21). Foi escrito um relatório de plano de teste (veja resultado na figura 8) para cada função do sistema testado, esse plano de teste foi respeitado e executado com êxito, os resultados negativos foram registrados no relatório de incidentes, informando quais foram os erros.

17 Figura 8. Plano de teste executado (tabela desenvolvida para teste do Libre Office) Foram encontradas divergências e dificuldades nas funções de cartões de visita, abrir documentos salvos pelo Word e na Recuperação de documentos, as divergências foram: A função de abrir documentos no Word não respeita algumas formatações como tabelas, que abrem fora de formatação, cortando algumas colunas da tabela (veja resultado na figura 9).

18 Figura 9. Tabela de relatório de Incidente (tabela desenvolvida para teste do Libre Office) A função de recuperação de dados não funciona, pois não recupera dados que não foram salvos (veja resultado na figura 10, 11, 12 e 13). Figura 10. Imagem do texto a ser recuperado (Imagem desenvolvida para teste do Libre Office)

19 Figura 11. Tela para iniciar a recuperação de dados (Libre Office) Figura 12. Tela informando os dados recuperados (Libre Office)

20 Figura 13. Imagem com texto recuperado (Imagem desenvolvida para teste do Libre Office) Na função cartões de visitas, alguns campos são confusos e não existe formatação e nem validação para as informações como CEP, telefone e , a visualização da impressão é difícil e a impressão não é econômica, pois fica muito espaço sem aproveitamento na folha e ao visualizar impressão não aparece as informações (veja resultado na figura 14 e 15). Figura 14. Tela para preenchimento cartão de visita (Libre Office)

21 Figura 15. Tela de impressão dos cartões de visita (Libre Office) A função de envelope não apresentou divergências (veja resultado na figura 16 e 17). Figura 16. Tela de preenchimento para envelope (Libre Office)

22 Figura 17. Envelope impresso (Libre Office) A função de personalização de barra de ferramentas não apresentou divergências (veja resultado na figura 18 e 19) Figura 18. Criando barra de ferramentas (Libre Office)

23 Figura 19. Barra de ferramentas criada (Libre Office) A função conversor de documentos não apresentou divergências (veja resultado na figura 20 e 21) Figura 20. Tela para selecionar tio de documento (Libre Office) Figura 21. Tela com o tipo de documento alterado (Libre Office)

24 Todas as divergências encontradas foram documentadas no relatório de incidentes, conforme a figura 22 mostra. Figura 22. Relatório de teste preenchido (tabela desenvolvida para teste do Libre Office) Utilizadas nos testes as técnicas de unidade e sistema, verifica se cada função atende as hipóteses esperadas. O relatório de teste é preenchido informando a quantidade de validações realizadas, quantas foram bem sucedidas ou mal sucedidas, os casos de teste são preenchidos de acordo com as validações que são informadas no plano teste, o resultado é apresentado na figura 23.

25 Figura 23. Relatório de Teste (tabela desenvolvida para teste do Libre Office) CONCLUSÕES Uma das formas importantes para ter qualidade no software é realizar o processo de teste corretamente: criar um plano de teste a ser seguido, preencher os relatórios de incidente e relatórios de teste. Uma documentação de plano de teste bem elaborada e especificada é indispensável, para que o testador possa executar todos os passos e que o mesmo consiga validar e reportar os erros de todas as definições estabelecidas junto ao cliente. É importante também que o grupo de testes siga a metodologia e a cumpra para que a produtividade e qualidade aumente, além disso as equipes de teste e desenvolvimento devem ser distintas, pois conforme algumas experiências realizadas é muito difícil um desenvolvedor

26 realizar as duas funções (desenvolver e testar), podendo estes encobrirem seus próprios enganos de modo que a eficácia dos testes seja praticamente nula (Rocha,2011). Utilizando corretamente as regras pré-definidas e respeitando a técnica de teste é possível atender a real necessidade do cliente e atingir a qualidade no software, porém para que isso seja bem feito é necessário tempo, detalhe de extrema importância que a maioria dos projetos não possui. Teste de software não é um processo barato, pelo contrário é um dos processos mais caros, porém em num software bem testado o custo de manutenção é menor, quanto antes o erro for descoberto no processo, menor o custo, o que leva a uma grande economia, redução no custo e a confiança e satisfação do cliente. No estudo de caso desta pesquisa foi utilizado como técnica principal, o teste de sistema, no qual foram encontrados diversas falhas, defeitos e alguns pontos que podem ser melhorados. A área de teste será uma área de grande evolução e disseminação no mercado, dificilmente em uma fábrica de software de grandes empresas não haverá a necessidade de testadores no meio de milhares de desenvolvedores. A qualidade de software não deve ser vista como algo simples e de nenhum interesse, mas sim como sendo uma área de grande valor para o mercado e principalmente para que clientes possam estar criando sistemas ágeis, rápidos e com qualidade. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AMARAL, Davi; GOMES, Renato; JESUS, Rodrigo Passos; ARAUJO, Tiago Marques; GOULART, Elias E.. Metodologias de Teste de Software. Disponível em < Acessado em 03/11/2013. BLANCO, Mariana Zanuzzio. Documentação de teste baseado na Norma IEE 829 estudo de caso: Sistema de apoio a tomada de decisão, Disponível em < >. Acessado em 03/11/2013.

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30 SOMMERVILLE, Ian. Engenharia de Software. Ed.8. Editora Pearson Education Limited, SOUZA, Eduardo Freitas. Introdução a Automação de Teste de Software. Centro de estudos avançados Intellecta. Disponível em: < Acessado em 22/09/2013.

31 MONITORAMENTO DE VIBRAÇÕES EM MANCAIS COM ACELEROMETRO Jefferson Peró Ormonde Centro Universitário Padre Anchieta Valter Roberto Pinezi Centro Universitário Padre Anchieta Mario Mollo Neto Centro Universitário Padre Anchieta RESUMO Este artigo descreve o desenvolvimento de um protótipo, microprocessado e de tamanho reduzido, que proporciona a coleta de informações provenientes de vibrações mecânicas (eixos X, Y, Z) causadas por sistemas movimentados por motores elétricos baseados em suportes com mancais de rolamentos durante a realização de trabalho, enviando as informações em tempo real diretamente para uma Interface Homem Maquina (IHM), composta por uma placa de aquisição de dados e um computador pessoal, possibilitando a análise de forma fácil e amigável dos sinais coletados no campo. Através desta pesquisa notamos a possibilidade de utilizar a eletrônica embarcada e as ferramentas de software substituindo análises empíricas, que às vezes podem não trazer um diagnóstico verdadeiro, fornecendo base para tomada de decisão, através de manutenção preditiva. Palavras chaves: Vibrações; Motores Elétricos; Acelerômetro; Manutenção Preditiva. ABSTRACT This article describes the development of a small size microprocessor prototype and, which provides a collection of information from mechanical vibrations (X, Y, Z) caused by moved electric motors systems based on media roller bearings while performing work by sending the information in real time directly to a Human Machine Interface (HMI), consisting of a data acquisition card and a personal computer, enabling the analysis in an easy and friendly signals collected in the field. Through this study, we detected the possibility of using the embedded electronics and software tools replacing empirical analyzes, which sometimes cannot bring a true diagnosis, providing a basis for decision-making, through predictive maintenance. Keywords: Vibrations; Electric Motors; Accelerometer; Predictive Maintenance.

32 INTRODUÇÃO Esta pesquisa propõe a construção e desenvolvimento de um dispositivo composto por microcontrolador, conversores e sensores capazes de mensurar as vibrações e excitações provocadas por movimentos e oscilações em três eixos em mancais de máquinas rotativas industriais, e enviar as informações coletadas para um computador e modelar seus dados. Este protótipo focaliza a construção de um dispositivo capaz de captar grandezas como vibrações e seu devido comportamento, para identificar possíveis anomalias no funcionamento destes componentes de transmissão de movimento. Segundo Lamin Filho (2003) a maioria das maquinas modernas opera a partir de motores elétricos, que com o uso contínuo podem desenvolver falhas e essas falhas podem causar paradas na máquina. É proposto o desenvolvimento de uma placa de aquisição que contém um sensor medidor de aceleração gravitacional, que converte a força da gravidade em um dado ponto em capacitância, em seguida para um conversor de capacitância para nível de tensão possibilitando que essa informação posteriormente seja processada por um microcontrolador, em seguida a informação é convertida de nível TTL (Transistor Transistor Lógic) para uma porta de comunicação serial RS232 onde, o dispositivo que processa e trata esses dados para um formato amigável é um computador portátil que incorpora um software gráfico que possibilita a amostragem da informação em tempo real para os usuários. A constante busca das indústrias em reduzir o tempo de parada provocado pelas quebras em equipamentos e paradas em seu processo produtivo ocasionado por falta de manutenção preventiva e preditiva tem crescido constantemente. No atual ambiente onde a busca pela redução de custos de produção é mandatório para a sobrevivência das empresas de todos os ramos de atividades, a eficiência dos equipamentos é tratada com grande importância. O protótipo proposto neste trabalho faz a aquisição de dados em tempo real das curvas características de vibração em máquinas rotativas, possibilitando ao usuário fazer leituras da vibração de um equipamento, permitindo a criação de um banco de dados para análise futura em diversos intervalos de tempo. O que facilita o acompanhamento

33 do estado geral de funcionamento comparado a medições anteriores, no caso das leituras serem diferentes no mesmo equipamento e no mesmo ponto, é possível identificar uma anomalia que talvez seja imperceptível perceber somente com os cinco sentidos ou com os dispositivos de sinalização tradicionais. Os equipamentos comercializados para este fim possuem maior precisão, porém, com custo de aquisição muito maior, o que impede a instalação de mais unidades para monitoramento fixo em determinadas máquinas consideradas chave para a produção. Além da grande vantagem de fazer predições, o equipamento proposto apresenta componentes de fácil aquisição, baixo custo e uso de poucos componentes eletrônicos, além da integração com microcomputadores do tipo PC s e notebooks que hoje são de fácil acesso na grande maioria dos estabelecimentos produtivos. Isto permite a aplicação de várias unidades deste dispositivo no ambiente fabril, de forma a manter um monitoramento distribuído e, quando algum dos equipamentos monitorados apresente indicações de problemas, o mesmo poderá ser avaliado com a instalação de um único instrumento de precisão para uma melhor avaliação ou até que seja sanada a falha. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Vibrações A noção de vibração começa com a ideia do equilíbrio. Um sistema está em equilíbrio quando a resultante de todas as forças atuantes sobre mesmo é nula. Qualquer sistema que esteja sob esta condição somente sairá dela quando alguma perturbação externa atuar sobre o mesmo. A oscilação irá ocorrer quando, após a perturbação atuar, o sistema apresentar a tendência a retornar à sua posição de equilíbrio. Ao se conceder ao pêndulo um ângulo inicial pequeno o mesmo entrará em movimento tendendo a retornar à sua posição de equilíbrio inicial. Ao passar por ela o movimento não se interrompe porque a massa do pêndulo possui velocidade, portanto energia cinética. Enquanto esta energia permanecer presente no sistema o movimento oscilatório continuará. Se, entretanto, a energia inicial concedida for muito elevada, o pêndulo entrará em movimento rotativo. Situação semelhante ocorre com uma bola rolando dentro de uma superfície circular (LARANJA, 2005). Segundo o mesmo autor, o movimento do pêndulo se produz na direção em que o mesmo é permitido. Em se tratando de um pêndulo simples o movimento é plano

34 sendo necessária apenas uma única variável para descrevê-lo (o ângulo). Diz-se, então que ele possui um grau de liberdade ou mobilidade. Se fosse permitido ao mesmo girar em torno de um eixo vertical, o mesmo possuiria dois graus de liberdade. O número de graus de liberdade de um sistema, como destaca o autor, é o número mínimo de coordenadas capazes de representar completamente o movimento do mesmo (estas coordenadas são chamadas coordenadas generalizadas). Se um sistema possui pelo menos um grau de liberdade, os valores das variáveis que descrevem o estado do sistema (posição, velocidade, aceleração) devem ser especificados. Para isto é necessário que se escolha um sistema de coordenadas, a figura 1 ilustra os sistemas com um grau de liberdade e com dois graus de liberdade. Figura 1 Sistema com um (a) grau de liberdade e (b) dois graus de liberdade. Fonte: (LARANJA, 2005). Defeitos comuns em mancais de rolamentos. Falhas em rolamentos podem ser previstas através da análise de vibrações, detectando-se componentes espectrais com frequências características dos defeitos e suas harmônicas e bandas laterais. O prognóstico da falha se baseia não só na intensidade dessas componentes, como também no padrão de distribuição de energia pelas diversas bandas espectrais, o que permite identificar o estágio de degradação do rolamento (SCHILTZ, 1990). As causas mais comuns de defeitos em rolamentos são: seleção incorreta, sobrecarga, defeito de fabricação, desalinhamento, "jambragem", montagem incorreta,

35 estocagem inadequada, lubrificação inadequada, excessiva ou insuficiente, falha de vedação e descargas elétricas através dos mancais (SCHILTZ, 1990). Geralmente, os defeitos em rolamentos evoluem com certa lentidão e emitem sinais com bastante antecedência da falha final, que pode ocorrer por travamento ou ruptura dos componentes. Defeitos típicos que evoluem dessa forma são: escamamento, descascamento (pelling), arranhadura, escorregamento, fratura, trincas, gaiola danificada, impressões, pitting, desgaste, corrosão por contato, esmagamento (falso brinel), deslizamento, superaquecimento, corrosão elétrica, oxidação elétrica, falha de instalação, alteração de coloração (PIERRI, 2004). A figura 2 demonstra um dos tipos de falhas que acontecem em rolamentos. Figura 2 Escamamento. Fonte: (NSK BEARING DOCTOR, 2001). Componente: Anel interno de rolamento de contato angular. Sintoma: Escamamento ao longo da pista. Causa: Desalinhamento na instalação. Frequências Básicas Geradas por Defeitos de Rolamentos Segundo Taylor (1994) as frequências características de falha de rolamentos possuem uma peculiaridade especial: elas são não síncronas, isto é, não são múltiplas inteiras da velocidade de rotação do eixo. Isso pode permitir a sua identificação, mesmo quando não se conhece qual o rolamento instalado na máquina monitorada. As quatro frequências básicas geradas por defeitos de rolamentos são relacionadas com o comportamento dinâmico de seus principais componentes, ou seja: Frequência de passagem de elementos rolantes por um ponto da Pista Interna (geralmente indicada por BPFI do inglês Ball Pass Frequency Inner Race), associada a defeitos na pista interna.

36 Frequência de passagem de elementos rolantes por um ponto da Pista Externa (geralmente indicada por BPFO do inglês Ball Pass Frequency Outer Race), associada a defeitos na pista externa. Frequência de giro dos elementos (geralmente indicada por BSF do inglês Ball Spin Frequency), associada a defeitos nos elementos rolantes (rolos ou esferas). Frequência de giro da gaiola ou do conjunto (trem) de elementos rolantes (geralmente indicada por FTF do inglês Fundamental Train Frequency), associada a defeitos na gaiola e a defeitos em alguns dos elementos rolantes. É importante ressaltar que, ao contrario da maioria das frequências de vibração geradas por componentes mecânicos, essas frequências são verdadeiramente frequências de defeito. Isto é, elas só estarão presentes nos espectros de vibração quando os rolamentos estiverem realmente defeituosos ou, pelo menos, quando seus componentes estiverem sujeitos a tensões e deformações excessivas que poderão induzir uma falha (TAYLOR, 1994). Equações de frequências Segundo Taylor, (1994), as frequências básicas de defeitos em rolamentos podem ser calculadas através das equações 1 A 4: Rotação da Gaiola Para pista externa estacionária, para pista interna estacionária: ( ) ( ) Rotação do Elemento Rolante: [ ( ) ] ( ) Passagem de Elementos pela Pista Externa: ( ) ( ) Passagem de Elementos pela Pista Interna:

37 ( ) ( ) Onde: S = Si - Se Se = frequência de rotação da pista externa Si = frequência de rotação da pista interna d = diâmetro dos elementos rolantes D = diâmetro primitivo n = nº de elementos rolantes Ø = ângulo de contato As frequências de defeitos dos rolamentos comerciais podem ser obtidas de varias fontes, como através de distribuidores dos fabricantes de rolamentos, bancos de dados disponíveis comercialmente, etc. TÉCNICAS DOMÍNIO DO TEMPO Pela praticidade no desenvolvimento do software supervisório deste protótipo, foi a técnica adotada para a análise dos dados coletados nesta pesquisa, uma das abordagens de detecção e diagnóstico é analisar o sinal de vibração medido no domínio do tempo. Outras abordagens mais sofisticadas podem ser usadas, como as aplicadas por Dyer e Stewart, (1978); Swansson e Favaloro (1984); e por Alfredson e Mathew (1985), como o cálculo da tendência de parâmetros estatísticos em domínio de tempo. Podem-se definir vários parâmetros estatísticos como RMS, pico, fator de crista, Curtose como aplicado por Dyer e Stewart (1978); Lai (1990) e Khan (1991), fator de folga, fator de impulso, fator de forma segundo Li et al.,(1991), e o fator de defeito segundo aplicação realizada por Garlipp (2001). A técnica de se visualizar o sinal no tempo não é tão fácil, pois uma enorme quantidade de informação pode ser obtida desta maneira, como a presença de modulações, componentes de frequência do eixo, desbalanceamento do eixo, transitórios, componentes de frequência mais alta, frequências de defeitos e outros (ALMEIDA e ALMEIDA, 2005). Podem ser usados parâmetros estatísticos em domínio de tempo e de tendência em uma tentativa de se detectar a presença de danos incipientes do rolamento. Os

38 parâmetros estatísticos mais usados são o pico, RMS, fator de crista, fator de forma, fator de impulso, fator de defeito, pico a pico, fator de folga e Curtose. Estes parâmetros podem ser definidos para um sinal discreto e são formas tradicionais de se quantificar um sinal dinâmico (ALMEIDA e ALMEIDA, 2005). O parâmetro Pico é o valor de zero a pico, ou seja, um valor medido de zero até o pico mais alto da onda (Equação 5). { [ ( )] [ ( )]} ( ) O valor Pico é útil na medida das respostas dos sistemas a choques mecânicos. O parâmetro RMS é o valor eficaz ou o valor médio quadrático. Ele se relaciona diretamente com a energia do sinal, ou seja, com a capacidade destrutiva da vibração (Equação 6). [ ( ) ] ( ) O fator de crista permite detectar falhas em rolamentos através de relações de amplitudes dos sinais de vibrações. É definido como a relação do valor do pico de vibração pelo valor de RMS medido dentro de uma banda de freqüência (Equação 7). ( ) O método de Curtose utiliza-se a análise estatística para detectar falhas em rolamentos através de um fator de Curtose designado por K. É baseado no sinal do domínio do tempo e usa-se o quarto momento central de um sinal (Equação 8). [ ( ) ] ( ) Na prática observou-se que para K=3 é o caso para um rolamento sem defeito e quando o K>3 tem-se defeitos correspondentes aos sinais em forma de pulso de curta duração. O Fator de Defeito é um parâmetro para a avaliação de defeitos em rolamentos através da evolução na diferença entre os picos e os valores RMS do sinal de vibração do rolamento (Equação 9).

39 ( ) O valor Pico-a-Pico é o valor medido entre os extremos da onda (distância do maior pico negativo até o maior pico positivo), (Equação 10). { [ ( )] [ ( )]} ( ) O valor pico a pico indica o trajeto total do elemento e é útil nas considerações de folgas e tensões dinâmicas geradas pela vibração. Onde x denota o valor médio do sinal de tempo discreto x(t) com N pontos de dados. Podem-se usar duas abordagens para estatística em domínio de tempo. A primeira é computar os parâmetros estatísticos para toda a faixa de frequência do sinal conforme digitalizado, e a segunda é decompor o sinal em faixas discretas de frequência e obter os parâmetros para cada faixa (DYER e STEWART, 1978). Existe um grande número de estudos para investigar o uso destes parâmetros para detecção dos danos do rolamento e para cálculo de tendência, para determinar seu comportamento com o aumento dos danos do rolamento (DYER e STEWART, 1978; SWANSSON e FAVALORO, 1984; LAI, 1990; KHAN, 1991; KIRAL e KARAGULLE, 2006). Outros parâmetros em domínio de tempo podem ser definidos tais como fator de folga, fator de impulso e fator de forma, conforme desenvolvido por Li et al. (1991). Os fatores de Folga e de Impulso são os mais úteis. O fator de Folga é o mais sensível e geralmente robusto para detecção de fragmentação por fadiga incipiente. TÉCNICA DOMÍNIO DA FREQÜÊNCIA Na maior parte das medidas de vibração é mais fácil trabalhar no domínio das frequências que no domínio do tempo (BREITENBACH, 1999). Segundo o autor, o sinal no domínio da frequência ou espectro de frequência é um gráfico de amplitude da resposta de vibrações pela frequência e pode ser derivado utilizando-se a transformada rápida de Fourier (FFT) da forma de onda no tempo. O

40 espectro de frequência fornece uma informação valiosa sobre a condição de uma máquina. Desde que as forças de excitação sejam constantes ou variem de uma pequena quantidade, os níveis de vibrações medidos da máquina também permanecem constantes ou variam de uma pequena quantidade. Entretanto, a partir do momento que as máquinas começam a apresentar defeitos, seu nível de vibrações e, portanto, o formato do espectro de frequência muda. Através da comparação do espectro de frequência das máquinas danificadas com um espectro de frequência de referência correspondente a uma máquina sem danos, a natureza e a localização das falhas podem ser detectadas (NEPOMUCENO, 1989). Ainda segundo Nepomuceno (1989), outra característica importante de um espectro é que cada elemento rotativo em uma máquina gera frequências identificáveis, onde se vê a relação entre os componentes de uma máquina e seu correspondente espectro de vibrações. Portanto, mudanças no espectro em uma determinada frequência podem ser associadas diretamente com o correspondente componente da máquina. Uma vez que mudanças no espectro são mais facilmente detectadas comparadas com mudanças nos níveis globais de vibrações, esta é uma característica que ajuda muito na detecção de defeito na prática. TRANSFORMADA DE FOURIER Transformada contínua Sinais periódicos contínuos podem ser representados como uma série (a série de Fourier). Para existir a série de Fourier é necessário ao sinal satisfazer as seguintes condições: - ser finito - possuir um número finito de descontinuidades - possuir um número finito de máximos e mínimos em um ciclo (SPIEGEL, 1971). Segundo o Spiegel (1971), qualquer sinal periódico limitado pode ser representado pela série de Fourier. A vibração de uma estrutura, assumida como periódica no tempo e de período T, pode ser considerada que satisfaz essas condições, e, portanto escrita como a seguinte série infinita:

41 ( ) ( ) ( ) onde ao/2 é o nível DC do sinal, e an e bn" podem ser obtidos a partir de x(t), previamente conhecido, através das seguintes relações:' ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Os coeficientes an e bn" são chamados genericamente de coeficientes de Fourier (ou coeficientes espectrais) para a função x(t), e a equação (14) é a Série de Fourier. Considerando a fórmula de Euler e que a soma de uma senóide e uma cosenóide de mesma freqüência pode ser escrita da seguinte maneira: A cos(wt) + B sin(wt) = C sin(wt + ) (14) onde (15) e = tan -1 (A/B) Pode-se escrever a série de Fourier para sinais contínuos da seguinte forma: onde ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Para sinais não-periódicos (período infinito), a série de Fourier se transforma na Transformada de Fourier, definida como:

42 ( ) ( ) ( ) ( ) A equação acima pode ser obtida a partir das anteriores, considerando que o período do sinal tende a infinito. A Transformada de Fourier existe para as funções para as quais a integral acima converge, o que em geral é verdade para os sinais provenientes de vibrações (SPIEGEL, 1971). Transformada discreta FFT Os analisadores de Fourier modernos são baseados em microcomputadores digitais, sendo necessário, portanto, para a análise de vibrações mecânicas, que os sinais sejam convertidos de contínuos para discretos, através do processo de amostragem e digitalização. Nesse caso, há a necessidade da Transformada de Fourier Discreta (FFT), uma vez que os sinais foram convertidos. Assim, x(t) passa a ser uma função discreta no tempo xk = x(k t) definida somente para um conjunto de N valores de (tk= k t, k= 1,N), igualmente espaçados no tempo de t. A série de Fourier transforma-se então na seguinte série finita: ( ) ( ) k=1,n (19) De forma semelhante ao caso contínuo, pode-se definir a transformada discreta, a partir da série, como: ( ) ( ) A transformada de Fourier é, portanto uma transformação do domínio de análise que possibilita uma visualização melhor das propriedades espectrais contidas no sinal de vibração. SENSOR DE ACELERAÇÃO GRAVITACIONAL

43 O sensor de aceleração gravitacional denominado acelerômetro usado no protótipo é o circuito integrado MMA7361L ±1.5g, ±6g Three Axis Low-g Micromachined Accelerometer da Freescale. Segundo Rueda et al. (2005), sensores são dispositivos que mudam seu comportamento sob a ação de uma grandeza física, podendo fornecer diretamente ou indiretamente um sinal que indica esta grandeza. O sensor MMA7361L figura 3 é um é um sensor capacitivo com processamento de sinal onde qualquer inclinação nos eixos faz com que a capacitância do sensor se altere, assim o conversor de capacitância para nível de tensão faz a conversão simultânea, além disso, os sensores são de baixo consumo de energia e são encapsulados no mesmo chip fechado hermeticamente. Figura 3 Acelerômetro em SMD acoplado na placa com capacitores de filtro. Fonte: (FREESCALE, 2008). A célula gravitacional (G-Cell) é formada por materiais semicondutores (polysilicon), fixados em um ponto central de massa que se move entre as paredes internas do chip, a medição da distância entre esses materiais determina a aceleração da gravidade (mv/g), como o centro se move com a aceleração, o valor de capacitância também mudará, pois é dado pela equação 21 onde A é a área, ε é a constante dielétrica e d é a distância. (21) C A. d Para esse protótipo adotamos o sensor MMA 7361L experimentalmente, devido a sua vasta aplicação, características adequadas para respostas às entradas e facilidade de aquisição no mercado. A figura 4 apresenta o diagrama de blocos do MMA761L, para melhor entendimento.

44 Figura 4 Diagrama de blocos do MMA7361L. Fonte: (FREESCALE, 2008). MICROCONTROLADOR Um Microcontrolador pode ser definido como: Um pequeno componente eletrônico, dotado de uma inteligência programável, utilizado nos controles de processos lógicos segundo (SOUZA, 1999). A base para o funcionamento e processamento do protótipo é um microcontrolador da família PIC18F, de fabricação da MICROCHIP, o modelo utilizado é o PIC18F4520, que possui 32 Kbytes para programação interna 1536 bytes de memória RAM (Random Access Memory) de dados, 13 canais configuráveis A/D de 10 bits de resolução e retenção de dados na memória flash que pode armazenar dados por até 40 anos. Os Microcontroladores PIC18F possuem uma resolução de 10 bits para os canais analógicos sendo assim é necessário utilizar alguns registradores para controle dos PORT s, nessa versão usamos o controle ADCON1 que é responsável por dizer quais serão os pinos que irão ser canais analógicos. Para execução da conversão compara-se a tensão de entrada do canal A/D com a tensão de referencia Vref+ & Vref-, considerando que a Vref+ é igual a 1023 e Vref é igual a 0. O funcionamento do processo de conversão é baseado em um capacitor interno do microcontrolador de 25 pf, quando a leitura é iniciada, o capacitor desconecta e a tensão do capacitor mantém constante, esse capacitor mantém a tensão enquanto o processo de conversão é feito, e caso haja ruídos na conversão, o mesmo não será lido devido ao microcontrolador priorizar a tensão no capacitor.

45 O capacitor é ligado e durante o processo de conversão é desligado, o tempo mínimo para carga dos 5 V é de 1.4 µs com impedância até 2500Ω, após conversão o capacitor é desligado do circuito de entrada esse processo dura 100 ns o TAD (Tempo de Aquisição de Dados) é um o tempo que determina a frequência de trabalho do conversor A/D esse tempo depende da configuração dos registradores, após conversão o capacitor é desligado, após o término do processo o capacitor é ligado na entrada analógica. O registrador que configura o TAD é o ADCON2 que pode configurar para 0,7 µs e 25µs. FONTES DE ALIMENTAÇÃO Para alimentação do Microcontrolador PIC18F4520 e também do CI MAX232 são necessários tensão de 5 Volts DC. O PIC18F consome cerca de 200 ma em seu consumo máximo, e o CI MAX232 consome cerca de 10 ma. Sendo assim como base para esse projeto optamos pelo uso do CI LM7805 que é um regulador de voltagem de 3 pinos, para fornecer 5 V DC/1A para alimentação do PIC e também do MAX 232. Figura 5 Fonte com saída de 5 V DC. Fonte: (KEC SEMICONDUTOR, 2010). Para o Acelerômetro utilizamos o CI LM317 que também é um regulador de voltagem de 3 pinos, onde foi dimensionado por divisor de tensão de forma a fornecer 3.3 V DC que irá alimentar o Acelerômetro MMA7361 onde o consumo médio é da ordem de 600 µa. Com o uso do CI LM317 da National, podemos construir uma fonte regulável entre 3 e 40 Volts com limites de até 3,4 A de corrente, através da equação da figura 6 podemos trabalhar com diversos valores saída de tensão. Para esse projeto utilizamos um resistor de referencia de 480 Ω e como R2 um trimpot de 1,2K, ajustando a resistência até chegar a +/- 780Ω tendo V out de 3,3 Volts.

46 Figura 6 Fonte regulável com uso do LM317. Fonte: (NATIONAL SEMICONDUTOR, 2004). Na concepção das fontes internas consideramos as diversas flutuações que podem acontecer na operação do circuito, sendo assim utilizamos para efeito de cálculo o fator de ripple. Como a alimentação do microcontrolador deve estar entre 4,2 Volts e 5,5 Volts para uma frequência de trabalho de 40Hz, optamos por manter o ripple o menor possível, esse filtro de rejeição de ripple possui efeitos até a faixa de 120 Hz. Sendo assim pela equação 22: Vr.( p p) Vr( rms) Idc 3. f. C Vdc Vm (22) Obtivemos para o circuito um valor menor que 0,5%, esse cálculo de ripple foi aplicado para ambas as fontes. COMUNICAÇÃO SERIAL O CI MAX232 foi adotado para esse protótipo devido a sua versatilidade, baixo custo e alta funcionalidade (TEXAS INSTRUMENTS, 1989). Este CI é um conversor de tensão de nível TTL para RS232, ele é composto por um circuito interno formado por capacitores que geram tensões de -15 a +15 Volts a partir de uma fonte de 5 V DC, sua função é conectar o microcontrolador a porta serial do PC através dos pinos de RX e TX. Segundo a Texas Instruments (1989), comunicação serial é o tipo de comunicação onde à mensagem é convertida em pacotes de bits e enviados por um canal, um a um em sequencia, cada bit é a representação da parte de uma mensagem e quando recebidos pelo receptor, são reordenados. O LSB (Less Significative Bit) é o

47 primeiro bit, o protocolo RS232. O controle do clock é feito pelo transmissor e receptor por se tratar de um protocolo assíncrono. Quando existe controle por hardware o protocolo usa os sinais de controle RTS (ready to send) e o CTS (clear to send) para controle de fluxo. Para iniciar um envio o transmissor ativa o pino RTS e o receptor prepara o pino CTS após receber a confirmação de que o CTS do transmissor esta ativo estabelece a transmissão. Cada byte possui bits de start e stop, sendo o bit 1 start e o último bit o de stop. No caso desse protótipo utilizamos o principio de comunicação assíncrona com controle por software, onde utilizamos a taxa de 9600 bps (Bits por segundo) no Microcontrolador e também no receptor. É enviado um bit de start, em seguida aguarda-se um tempo e envia-se o conjunto de 8 bits e mais o bit de stop, com mesmo intervalo de tempo. O receptor por sua vez percebe a borda de descida (de nível lógico 1 para nível lógico 0) recebe os 8 bits e aguarda o bit de stop, como tem a velocidade de transmissão conhecida, ele efetua a leitura. Figura 7 Esquema de pinos do CI MAX232. Fonte: (Texas, 2002). Na RS232 o nível lógico 1 representa uma tensão de -30 V e o nível lógico 0 representa uma tensão de +30 V, para o protocolo é considerado nível de transição as tensões de -3 V e + 3 V ou seja o sinal será indefinido. Ocorre a transição de sinal por bit, entretanto a taxa de transferência e a bit rate são idênticas essas taxas são mensuradas por transição elétrica por segundo. MATERIAIS E MÉTODOS

48 A pesquisa baseou-se inicialmente na exploração bibliográfica de conteúdos relacionados à fundamentação sobre o fenômeno físico da vibração e para o desenvolvimento das funcionalidades do sistema embarcado proposto, que deram direcionamento inicial para a elaboração do projeto e consequentemente a constituição do protótipo, realizando o levantamento de componentes básicos, tecnologia a ser utilizada e funcionamento do sistema. Esse sistema conta com um sensor de aceleração gravitacional, um microcontrolador, uma fonte de alimentação, um sistema de comunicação serial e um software para aquisição de dados no computador. Figura 8 Diagrama de blocos do protótipo. Fonte: (Construído pelos autores.) O projeto tem como base um sensor de aceleração gravitacional de 3 eixos, que converte a aceleração da gravidade em capacitância e em seguida em nível de tensão, que por sua vez é lido por um chip (microcontrolador). O dispositivo processa os sinais referentes aos 3 eixos (X, Y, Z), faz a filtragem referentes a ruídos e os amplifica dobrando os valores lidos, por meio de varredura em alta velocidade aproximadamente 100ms (milissegundos), convertendo em valores de 0 a 1023 que é equivalente a resolução do canal analógico de 10 bits. Esses valores são enviados na ordem X, Y, Z convertidos para base alfanumérica e enviados para o conversor serial chip MAX232 que faz a conversão do nível de tensão TTL (Transistor to Transistor Logic) para o padrão serial RS232 que é enviado para o microcomputador onde temos o software de leitura que promove a aquisição de dados escrito em linguagem C# que faz a exibição de 3 gráficos de tensão x tempo referente aos eixos X, Y, Z. Ao mesmo tempo em que o software faz a aquisição dos dados através do protocolo serial RS232, ele armazena as leituras em um arquivo extensão -txt, que pode

49 ser aberto e tratado por softwares de modelagem de dados e estatística assim como o Microsoft Excel. O protótipo foi montado em placa perfurada para devidos testes e construção. Após a elaboração e confecção do protótipo foram realizados diversos testes e ajustes, com a finalidade de aumentar a precisão das medições e a eliminação de ruído térmico. Para verificação das funcionalidades deste protótipo foram feitas três leituras comparativas e em seguida suas respectivas análises. Nesta atual configuração o protótipo é capaz de realizar 20 leituras por segundo, ou seja, onde se levar em consideração que são coletadas 3 leituras instantâneas X, Y, Z, temos essa quantidade triplicada (30 leituras por segundo e 1800 leituras por minuto). Primeiramente verificamos o ruído térmico presente no protótipo, para essa medição deixamos o conjunto de testes (motor e mancal) completamente desligados e notamos que o nível de ruído presente é irrelevante, para a faixa de frequência que desejamos verificar, pois os gráficos exibidos na tela demonstram pouca oscilação, que é basicamente influencia do ruído térmico proveniente do chaveamento interno dos componentes e capacitâncias do circuito. Figura 9 Ruído térmico gerado pelo sistema. Fonte: Fonte: (Autores.)

50 Em seguida fizemos a leitura de dois mancais em diferentes estados de conservação, sendo um novo e o outro já com metade da sua vida útil, onde visualmente não é possível perceber seu real estado de operação. As leituras realizadas foram trabalhadas no software Microsoft Excel que recebeu a análise estatística e, onde foi possível fazer as devidas análises de cada mancal analisado. FASE 1 CONSTRUÇÃO E PROJETO DO PROTÓTIPO Circuito eletrônico Projetado A figura 10 apresenta o diagrama eletrônico projetado para o protótipo da pesquisa e a figura 11 exibe o protótipo construído em placa padrão perfurada: Figura 10 Circuito eletrônico projetado com hardware do protótipo para testes de validação da pesquisa. Fonte: (Construída pelos autores.)

51 Figura 11 Foto do protótipo montado em placa perfurada. Fonte: (Construída pelos autores.) Programação Do Firmware Do Microcontrolador Na criação do firmware do microcontrolador, utilizamos a ferramenta MicroC Pro for PIC, baseando se na linguagem de programação em C para Microcontroladores. Como as leituras executadas pelo acelerômetro são sinais analógicos de nível de tensão em relação ao tempo, optamos por usar o PIC18F4520 que possui internamente recursos de conversão A/D e uma resolução de até 10 bits para conversão, possibilitando uma resposta mais precisa em relação à leitura realizada. A figura 12 demonstra em forma de fluxograma todo funcionamento do firmware do Microcontrolador.

52 Figura 12 Fluxograma de funcionamento do firmware. Fonte: Fonte: (Autores.) Neste Firmware utilizamos para o ADCON1 as seguintes características: Seleção de Clock do conversor: divisão da frequência externa por 4; Formato do resultado: justificado a direita; TAD (Tempo de aquisição): 6 TAD; Canal utilizado: canal AN0, AN1, AN2. Interrupção da conversão A/D: desligada; Tensão de referência: interna baseada nos valores de Vdd e Vss Em seguida usamos a função Adc_read(canal) para salvar os valores de conversão AD de cada canal, como a resolução é de 10 bits devemos utilizar uma variável do tipo inteiro int para armazenar o valor do canal A/D. Quando o acelerômetro está no ponto de 0 gravidade, ou seja, quando está posicionado em algum dos ângulos em relação a gravidade, ele apresenta diferentes níveis de tensão. Como o acelerômetro pode detectar acelerações nos 3 eixo diferentes (x, y, z), isso determina os níveis de tensão para cada ângulo de inclinação é necessário possuir uma referencia para o ponto de zero aceleração, sendo assim no software supervisório tratamos todas as variáveis.

53 Utilizamos o a sensibilidade de 200 mv/g do sensor MMA7361L, que é configurada via firmware deixando o pino em 0 que está ligado ao PORTC.RC5 do PIC18F, a função Sleep do sensor também foi desativada colocando o pino 7 em nível 1, através do PORTD.RD5 do PIC18F. Para monitoramento do programa utilizamos um LED (Light Emissor Diode) que está ligado diretamente ao pino PORTB.RB4, durante a execução do programa esse pino é colocado em nível 1. Com a aquisição dos dados em cada canal A/D, as leituras são armazenadas em variáveis auxiliares do tipo unsigned int Inteiro. Os dados são enviados transportados para as variáveis X, Y, Z e em seguida o programa faz a chamada da função void EnviaDados e envia cada variável, que em seguida são armazenadas na matriz do tipo unsigned char que por último são enviadas para a função UART. Os pinos RC7 e RC6 são os pinos de RX, TX que comunicam se diretamente com o CI MAX232 estabelecendo a comunicação serial e conversão, respectivamente, no caso utilizou-se uma taxa de transferência de baud rate de 9600 bps com o uso da função UART1_init do compilador. FASE 2 PROGRAMAÇÃO DO SOFTWARE SUPERVISÓRIO PARA WORKSTATION Programação do software visual Na fase 2 testou-se o funcionamento do software através de um recurso do compilador MicroC Pro For PIC, que se chama UART Terminal, esse recurso permitiu estabelecer uma comunicação pela porta serial através de uma porta COM.

54 Figura 13 Recurso do MicroC Pro for PIC UART Terminal. Fonte: Fonte: (Autores.) Na figura 13, pode-se observar os dados recebidos pelo UART Terminal através da porta serial do PC, na sequencia [x, y, z], demonstrando assim o funcionamento do protótipo, que ao modificar sua inclinação, altera cada valor das variáveis de acordo com os níveis de tensão convertidos de A/D. Desenvolvimento do Software Supervisório em C# Com o objetivo maior de garantir amplas funcionalidades para o projeto e melhor interface visual, fomos auxiliados pelo Sr. Leandro Tubini Bezerra, graduado em Sistemas de Informação do Centro Universitário Padre Anchieta de Jundiaí, que colaborou nesta pesquisa com o suporte e desenvolvimento do software de supervisão e coleta de dados, com o uso da ferramenta Visual C# Sharp. Detalhes de funcionamento Nessa seção são apresentados alguns diagramas UML 2.0, que descrevem as características, requisitos e funcionamento do software para monitoramento de vibrações chamado de SMV (Software de Monitoramento de Vibrações). Os diagramas UML utilizados são: diagrama de casos de uso, diagrama de sequência. Na figura 14, pode ser visto o diagrama de caso de uso do protótipo de sistema de monitoramento de vibrações de através de acelerômetro.

55 Figura 14 Diagramas Use case de funcionamento. Fonte: Fonte: (Autores.) Onde se seguem as seguintes etapas: Usuário configura monitor de vibrações (Porta COM & baud Rate); Usuário iniciar capturas do modulo de vibração Recebe os dados do Monitor de Vibrações e armazena em um buffer Decodificação lê os dados recebidos e envia dados para gerar gráfico e gravar no arquivo de log. Recebe o dado e desenha o ponto no gráfico. Verifica se já possui o arquivo de log senão cria o arquivo. Grava as informações no log. Após o start de captura o sistema abre a porta de comunicação serial já configurada pelo Usuário e começa a realizar a captura de dados armazenando em um buffer. A decodificação lê os dados do buffer, decodifica e tratando os dados, deixando os dados no formato EixoValor como por exemplo ( XFFF, Y000, Z1F1 ), o valor é sempre capturado em hexadecimal, para criação do gráfico e geração do log, os dados são convertidos valores para inteiros. Na geração de log é criado um arquivo com no nome do formato data_hora.txt no caminho c:\log com o formato texto, o formato do arquivo é (Valor X, Valor Y, Valor Z, Tempo, Data, Hora), onde os valores XYZ são os valores dos ângulos capturados do monitor de vibrações, Tempo representa o numero da captura recebida, e a data e hora do recebimento da informação, a tabulação é feita pelo caractere,. A figura 15 demonstra os recursos visuais do software de monitoramento em tempo real, que apresenta as variações em relação ao tempo dos eixos X, Y, Z em tempo real.

56 Figura 15 Tela do sistema de monitoramento de vibrações e três eixos. Fonte: Fonte: (Autores.) A figura 16 demonstra os registros do software de monitoramento em arquivo de log. Figura 16 Conteúdo de um arquivo com Log da captura. Fonte: Fonte: (Autores.) A figura 17 demonstra a tela da modelagem dos dados extraídos do software de monitoramento, que são tratados pelo Microsoft Excel, importados dos arquivos de log, podendo assim ser analisados através de análises estatísticas e gráficas,

57 possibilitando assim a geração de relatórios completos comparativos para determinar futuras ações ou simplesmente o monitoramento. Figura 17 Extração dos arquivos em Excel. Fonte: Fonte: (Autores.) TESTES E VALIDAÇÃO Os resultados para validação foram obtidos através de ensaios com a montagem de uma bancada de teste utilizando um motor elétrico marca Kolbach de 500W de 4 pólos acionando uma polia de diâmetro igual a do motor, portanto, girando a uma velocidade de 1700 rpm. O motor foi alimentado em 220VCA monofásico, acionando dois mancais tipo P 203(H) com rolamentos UC 203. Executou-se também uma medição com um medidor de vibrações de uso industriais para um comparativo, da marca Megadras modelo VIB Na figura 18 se observa a bancada de testes com os medidores instalados durantes os ensaios aplicados (Protótipo construído pelos autores e também o medidor industrial). Com o motor desligado, sobre uma base de mármore nivelada e em temperatura ambiente de 25 (ºC), executamos a leitura do protótipo com a finalidade de ajustar o set point, descartando o ruído térmico presente no circuito.

58 valores em milivolt (mv) Revista Engenho, vol.9 Junho de 2014 Figura 18 Bancada de testes. Fonte: Fonte: (Autores.) A figura 19 mostra o gráfico de set point do protótipo, demostrando a presença de ruído em cada um dos eixos, depois de descartado (filtrado) o ruído via set point seguimos com a análise e, as coleta de dados foram feitas conforme apontado na tabela 1. Tabela 1 Itens Mensurados e tempos. Dado Mensurado Temperatura Ambiente (Cº) Tempo Amostragem (s) Set Point Mancal bom Mancal Danificado Set Point do Sensor valores em milisegundos (ms) Valor X Valor Y Valor Z Figura 19 Set point do sensor. Fonte: Fonte: (Autores.)

59 valores em milivolts (mv) valores em milivolsts (mv) valores em milivolsts (mv) Revista Engenho, vol.9 Junho de 2014 Após serem coletados os dados do mancal bom, repetiu-se o procedimento de coleta de dados do mancal com rolamento danificado, mantendo as mesmas regulagens de tensão da correia e demais condições do ambiente. A seguir, nas figuras 20, 21 e 22, temos os dados das análises efetuadas nos testes de bancada. Gráfico comparativo Eixo X valores em milisegundos (ms) Mancal Novo Valor X Mancal danificado Valor X Figura 20 Gráfico comparativo Eixo X. Fonte: Fonte: (Autores.) Gráfico comparativo Eixo Y valores em milisegundos (ms) Mancal Novo Valor Y Mancal danificado Valor Y Figura 21 Gráfico comparativo eixo Y: Fonte: Fonte: (Autores.) Gráfico comparativo Eixo Z valores em milisegundos (ms) Mancal Novo Valor Z Mancal danificado Valor Z Figura 22 Gráfico comparativo eixo Z: Fonte: Fonte: (Autores.)

60 Após terem sido efetuadas medições nos eixos vertical, horizontal e axial, utilizamos como ferramenta de modelagem de dados o programa Microsoft EXCEL criando um módulo de análise de dados com o uso de estatística descritiva, onde, foi calculada a média quadrática (RMS) (Figura 23), o fator de crista (Figura 24), e construíram-se os gráficos de desvio padrão (Figura 25) e Curtose (Figura 26) em gráficos para melhor visualização. Média RMS eixo x eixo y eixo z 895,75 708,08 898,77 750,51 663,48 757,34 mancal novo mancal danificado Figura 23 Gráfico da média RMS dos mancais. Fonte: Fonte: (Autores.) fator de crista eixo x eixo y eixo z 1, , , , , , mancal novo mancal danificado Figura 24 Fator de crista dos mancais. Fonte: Fonte: (Autores.) Notoriamente o mancal danificado teve uma elevação do valor RMS, que permite estimar o conteúdo de energia do sinal vibratório, ele é usado para estimar a

61 severidade de vibração proveniente da estrutura de uma máquina ou de fatores externos, sendo mais usado que a média (MITCHELL, 1993). Além da evolução deste dado estatístico a medição de temperatura efetuada pela termografia permitiu destacar a anomalia nos rolamentos dos mancais indicadas pela diferença de temperatura. Abaixo, na Figura 25, vemos o gráfico de desvio padrão entre os mancais e na Figura 26 o gráfico do valor de Curtose obtido. 400 Desvio padrão Mancal Novo Mancal danificado -0, Eixo X -0, Eixo Y -0, Eixo Z Figura 25 Desvio padrão dos mancais. Fonte: Fonte: (Autores.) 0, Valor de Curtose Série1 mancal novo mancal danificado -0,6292 Figura 26 Valor de Curtose entre mancais. Fonte: Fonte: (Autores.) Na prática pode se observar que o valor de Curtose tende a diminuir quando existe uma deterioração do mancal analisado.

62 Construiu-se um gráfico do comparativo (figura 27) que foi feito entre nosso protótipo e o medidor industrial que mostra que as diferenças obtidas das medições. Para a geração deste gráfico utilizamos na construção do firmware um fator de escala para atribuir um valor que condiz com a norma ISO (10816) e, utilizamos um fator escala de 1:20 corrigido matematicamente no Excel para os valores obtidos pelo protótipo para termos uma comparação com o medidor industrial em questão, também convertendo de G para mm/s. RMS. Abaixo na Figura 27 temos o gráfico comparativo dos medidores, valor global Comparativo Medidor Industrial x Protótipo mancal ruim(mm/s) mancal bom(mm/s) 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 mancal bom(mm/s) mancal ruim(mm/s) industrial 1,10 2,73 protótipo 1,41 2,95 Figura 27 Gráfico comparativo entre os medidores de vibrações. Fonte: Fonte: (Autores.) Vale ressaltar que os limites admissíveis nesta norma são apenas recomendações iniciais de alarme, ela não define o modo normal de vibrar de um equipamento específico. As limitações de vibração variam de equipamento para equipamento, devendo ser tomada com base em seu histórico de análise. RESULTADOS E CONCLUSÕES O grande desafio da análise de vibração em mancais de rolamento de máquinas rotativas industriais está em saber o que procurar e, o diagnóstico correto, está relacionado à capacidade de medir e correlacionar os resultados com mecanismos de falha conhecidos. Nesta pesquisa foi feita uma revisão dos desenvolvimentos ocorridos nas últimas décadas, sobre diagnósticos de defeitos em rolamentos através da análise de vibrações.

63 A vibração dos mancais de rolamento foi investigada olhando-se para a ciência fundamental, incluindo a resposta dinâmica do mancal aos danos, efeitos do percurso de transmissão, ruído externo e vibração, medição da vibração e outros. Tem-se percebido que estes fatores desempenham o papel mais significativo na detecção, diagnóstico e prognóstico de danos em mancais. Foram também discutidos alguns parâmetros estatísticos em domínio de tempo. Uma imensa quantidade de informações pode ser colhida a partir da vibração medida externa às máquinas rotativas. Nosso intuito de analisar nesta pesquisa foi o de demonstrar que, através de um custo relativamente baixo a partir da montagem de um circuito com acelerômetro e microcontrolador, é possível o desenvolvimento de um aparelho que possa auxiliar a manutenção preditiva de diversas máquinas, permitindo a aplicação de equipamentos de menor precisão, porém de menor custo e, quando da detecção da possível falha, a equipe de manutenção da empresa poderá lançar mão da instalação de um equipamento comercial mais preciso para a melhor avaliação do problema. Este procedimento permite que a empresa monitore um número muito maior de equipamentos de suas linhas de produção sem grandes investimentos, utilizando um único equipamento profissional de maior custo para a tomada de decisão final sobre os procedimentos de manutenção corretiva ou preditiva a serem realizados. A técnica empregada (domínio do tempo) mostrou-se bastante eficiente na detecção de falhas incipientes por meio do protótipo, mesmo quando o sinal encontra-se contaminado com ruído. Para alguns casos onde as frequências a serem lidas sejam mais altas, existe uma limitação, no caso a quantidade de amostras, o que pode ser um fator que impede a leitura de forma mais precisa, de acordo com a frequência fundamental, que no caso de motores elétricos são em torno de 1 khz. No nosso caso na verdade estaremos coletando menos de 1% desta frequência (10 Hz), podendo nos levar a uma limitação para interpretações mais detalhadas, devido a limitações de hardware. É importante lembrar que quanto maior for o tempo de leitura e aquisição de dados maior será a precisão do relatório. Conclui-se ainda que o protótipo desenvolvido possa ser melhorado através de filtros demoduladores, análises mais profundas em relação a diversas ferramentas

64 matemáticas aplicadas a técnicas de domínio de frequência e tempo, e mesmo em diversos aspectos relacionados a software e hardware, mas temos a convicção que chegamos ao que foi proposto desde o início. Comparando as medições realizadas com o protótipo proposto, entre o mancal bom x mancal ruim, observamos uma diferença graficamente visível, nas devidas respostas em relação ao tempo. Após os devidos tratamentos matemáticos na mineração de dados no Microsoft Excell, foi possível ampliar as informações para chegarmos à conclusão do funcionamento deste protótipo. O uso da ferramenta industrial de precisão teve somente o objetivo de comparar se de fato havia uma discrepância entre os valores coletados pelo protótipo, confirmando assim o funcionamento do mesmo. Vale lembrar que a análise de vibrações é uma área de conhecimento onde são levadas várias variáveis para se chegar a uma conclusão, assim neste protótipo nos limitamos somente buscar um meio mais acessível, para facilitar o acesso à ferramentas de manutenção preditiva, que pode trazer inúmeros benefícios a industria e ao meio ambiente, consequentemente. Desta forma, conclui-se finalmente que o protótipo desenvolvido apresenta uma solução interessante, que permite à empresa ter acesso a um monitoramento de várias máquinas simultaneamente, ou que os team leaders possam ter acesso a qualquer momento deste dispositivo para avaliação inicial sobre as condições de funcionamento das máquinas sob sua responsabilidade e de seus subordinados, e o uso do equipamento profissional, mais sensível e de maior custo fica reservado para avaliações mais específicas e a disputa pelo seu uso pode cair de maneira substancial. Agradecimentos Os autores agradecem ao Centro Universitário Padre Anchieta, ao Sr. Leandro Tubini Bezerra pelas contribuições em programação em C#, ao Prof. Esp. Fernando Simplício pelo material de apoio em microcontroladores PIC. E a todos aqueles que divulgam o conhecimento, contribuindo de certa forma para a sociedade e para a preservação do meio ambiente.

65 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ACELERÔMETRO. MMA 7361, Disponível em : < p> Acesso em 28 de Set ALFREDSON, R.J.; MATHEW, J. Frequency domain methods for monitoring the condition of rolling element bearings. Mechanical Engineering Transactions, Vol. ME10, No. 2, The Institution of Engineers, Australia, pp , July l985a. ALMEIDA, F.V.R.; ALMEIDA, M.T. Statistical analysis of vibration signal for condition monitoring of defects in rolling element bearings. 18th International Congress of Mechanical Engineering - COBEM, Ouro Preto, PIC18F4520, DOWNLOADS, Disponível em: <ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/39564c.pdf> Acesso em 14 de Out DE SOUZA, D.; Desbravando o PIC - Ampliado e Atualizado para PIC 16F628A, 1ª Edição, Editora Érica, DYER, D.; STEWART, R.M. Detection of rolling element bearing damage by statistical vibration analysis. Transactions of the American Society of Mechanical Engineers, Journal of Mechanical Design, Vol. 100, pp , April GARLIPP, F. Manual do usuário da 01dB-Stell INTERNATION STANDARDS ORGANIZATION. Mechanical vibration of machine with operation speeds from 10 to 200 rev/s ISO :General guidelines, ISO, KHAN, A.F. Condition monitoring of rolling element bearings: A comparative study of vibration based techniques. Ph.D. Thesis, University of Nottingham, May 1991.

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67 NEPOMUCENO, Lauro X. Técnicas de Manutenção Preditiva, São Paulo, Editora Edgar Blucher, NSK, Bearing Doctor, Diagnóstico Rápido de Ocorrências em Rolamentos, 2001, disponível em: <:// Acesso em Abril de PIERRI, Eng. Remo Alberto, CUNHA, Eng. Paulo Mario Rodrigues da, Manutenção Preditiva por Análise de Vibrações, Aditeq março de RUEDA, T.C., SANTOS, L.M.S., RABELO, G.F. Controle Automático do Nível de Poeira Baseado em Microcontrolador.UFLA - Universidade Federal de Lavras, 2005.Disponível em: < Acesso em 10/08/ SCHILTZ, Richard L., Forcing Frequency Identification of Rolling Element Bearings, Volume 24, No.5, May, SPIEGEL, M. R., Análise de Fourier. Coleção Schaum - Editora McGraw-Hill do Brasil, SWANSSON, N.S.; FAVALORO, S.C. Applications of Vibration Analysis to the Condition Monitoring of Rolling Element Bearings. Aeronautical Research Laboratory, Propulsion Report 163, January TAYLOR, J. I. The Vibration Analysis Handbook. Flórida: Vibration Consultants, 1994.

68 USO DE ANÁLISE DE IMAGENS PARA QUANTIFICAÇÃO DE COMPOSTOS Vanderlei Inácio de Paula Centro Universitário Padre Anchieta Denis Rafael de Souza Lima Centro Universitário Padre Anchieta RESUMO O uso de análise de imagens é uma alternativa de análise química que permite a consolidação de conceitos de espectroscopia, apresentando baixo custo e boa reprodutibilidade. O estudo de análise de imagem foi realizado com os corantes vermelho bordeaux (amaranto 95% e azul brilhante 5%), eritrosina, violeta cristal e vermelho congo através de imagens obtidas por uma câmera de um aparelho celular modelo Samsung Galaxy Fit e comparada com espectrofotômetro comercial Smart Spectro. Os resultados para R 2 indicam que o método de análise de imagens reproduz o comportamento linear esperado pela teoria. Palavras-chave: Análise de imagens, química analítica, sistema de cor RGB, corantes. ABSTRACT The use of image analysis is an alternative chemical analysis that allows consolidation of concepts of spectroscopy, with low cost and good reproducibility. The study of analysis of images was performed with the dyes bordeaux red (amaranth 95% and bright blue 5%), erythrosine, crystal violet and congo red by image obtained through a camera of a mobile device model Samsung Galaxy Fit and compared with a commercial spectrophotometer Smart Spectro. The results for R 2 indicate that the method of image analysis reproduces the linear behavior expected by the theory. Keywords: Image analysis, analytical chemistry, RGB color system, dyes.

69 INTRODUÇÃO A análise química é de suma importância para o desenvolvimento da área química, pois permite identificar e quantificar compostos químicos presentes em amostras. As técnicas instrumentais de análise comumente apresentam maior reprodutibilidade e rapidez dentre os métodos de análise. As medidas que empregam como fonte de estímulo a radiação eletromagnética (luz) são as mais empregadas e os equipamentos são denominados de espectrofotômetros. A maneira mais corriqueira de determinar a quantidade de uma substância é através do uso de métodos espectroscópicos que são classificados de acordo com a região do espectro eletromagnético envolvida na medida, que pode ser luz visível, ultravioleta, ondas de rádio (micro-ondas, ressonância magnética nuclear), radiação infravermelha, raios X (fluorescência de raios X), raios gama, entre outros (CHAGAS, 1997). As interações entre radiação e matéria são estudadas pela espectroscopia que emprega a teoria de Beer-Lambert, habitualmente conhecida como Lei de Beer, que permite calcular a concentração de uma amostra desconhecida através da construção de curvas de calibração com padrões de concentração conhecidos. A equação da Lei de Beer está representado na expressão (1), onde ε é a absortividade molar, b é o caminho óptico do meio absorvente e c a concentração da espécie absorvente. (SKOOG, 2006). (1) Na quantificação de compostos que possuem cor (cromóforos), como corantes, por exemplo, a técnica mais empregada é a espectrometria nas regiões do visível (VIS), que consiste na incidência de um feixe de luz de intensidade conhecida através de uma amostra e a medição da intensidade de luz resultante, o que possibilita o cálculo da transmitância (T) da mesma, de acordo com a equação (2). Sendo I a intensidade luminosa transmitida pela solução e I 0 a intensidade incidente do feixe, temos: T = I / I 0 (2) A absorbância (A) de uma solução está relacionada com a transmitância de forma logarítmica, como mostrado na equação (3). (3) Os valores de absorbância obtidos para cada concentração de uma amostra padrão permite a construção da curva de calibração. Posteriormente, é possível realizar

70 medidas de uma amostra desconhecida e realizar a correlação com a concentração da espécie em estudo. Os espectrofotômetros são equipamentos simples, contudo a maior parte das instituições de ensino não possui um acesso adequado a semelhante equipamento. Há vários trabalhos na literatura que apresentam projetos de confecção de espectrofotômetros de baixo custo (SARTORI, 2009). A quantificação de compostos coloridos pode ser realizada através de análise de imagens, pois uma imagem é um resultado de um estimulo luminoso que está associada aos comprimentos de onda refletidos no sensor de um dispositivo eletrônico, tal como câmeras digitais, câmera de celular, tablets, scanner (GODINHO, 2008) e outros equipamentos que registrem a luz. O uso da análise de imagens ainda é pouco difundida para quantificação de compostos químicos, porém nos últimos anos vêm ganhando novos estudos e aplicações, como na análise de complexos amido-iodo (MATHEWS, 2004), determinação de ácido ascórbico (GOMES, 2008), detecção de fraudes em café (CUNHA, 2000), classificação de bebidas como cervejas e refrigerantes (SILVA, 2006; GODINHO, 2008) e no ensino de química (KEHOE, 2013). Este artigo relata o estudo de análise de amostras de corantes a partir de fotos obtidas com uma câmera de celular (Samsung Galaxy Fit), onde a medição dos valores foi realizada por separação das matrizes dos canais RGB (red, green e blue) da imagem com o software ImageJ, seguido da construção de curvas de calibração através de regressão linear e comparação com resultados obtidos em espectrofotômetro de bancada na região do visível. A escolha de corantes como material de análise neste trabalho se deve ao fato desses aditivos de cor serem amplamente aplicados em vários setores industriais tais como: tintas, cosméticos, têxtil, alimentício, plásticos e outros. Entretanto, estima-se que entre 12 a 20% dos corantes utilizados nos processos químicos são perdidos e consequentemente geram efluentes que possuem como característica uma intensa coloração a qual, em ambientes aquáticos, pode causar interferência nos processos de fotossíntese. Dependendo do corante, em concentração de 1 ppm (mg/l) já é perceptível a coloração em corpos d água (GUARATINI, 2000).

71 MATERIAIS E MÉTODOS O estudo realizado consistiu na análise de amostras dos corantes Vermelho Bordeaux, Eritrosina, Vermelho Congo e Violeta Cristal por análise de imagens e, comparativamente, por espectrofotômetro comercial de bancada na região do visível modelo Smart Spectro (Marca LaMotte). As soluções foram preparadas utilizando balança analítica para pesagem, vidrarias volumétricas e água deionizada. A partir de uma solução de corante de concentração 1 ppm foram realizadas diluições (0,8; 0,6; 0,4 e 0,2 ppm) para construção das curvas de calibração. Após o preparo, uma alíquota de 3,5 ml de cada soluçãopadrão foi acondicionada em cubeta plástica, com caminho ótico de 1 cm, utilizando pipeta automática modelo WCS-1000 (Digipet). As imagens digitais (fotos) das amostras foram obtidas com uma câmera de celular (modelo Samsung Galaxy Fit), em frente a uma tela LCD de notebook exibindo fundo branco uniforme, com as soluções padrão, branco e amostras desconhecidas numa mesma imagem, a uma distância de 50 cm da câmera, conforme orientações de Kehoe & Penn (2013), como ilustrado na Figura 2. A Figura 3 mostra um exemplo de imagem obtida para análise, contendo todas as soluções padrão, branco e amostras. Figura 2: Representação de obtenção das imagens. Fonte: KEHOE & PENN, Figura 3: Exemplo de imagem utilizada na análise de concentração do corante Vermelho Bordeaux, obtida com câmera de celular.

72 Para análise das imagens foi utilizado o programa ImageJ (v.1.47) 1 de código aberto desenvolvido por Wayne Rasband, do U. S. National Institute of Health (NIH), em plataforma Java. O programa possui diversas ferramentas de processamento e análise de imagens, como ajuste de brilho e contraste, segmentação e análise, medição de distâncias e ângulos, entre outras (RASBAND, 2014). As imagens obtidas via câmera fotográfica do aparelho celular foram carregadas no programa mencionado, sendo selecionado um retângulo de dimensões 0,9 cm por 2,0 cm no meio da altura de cada cubeta e em seguida aplicado o comando Analyze Histogram, para obter os valores médios dos canais RGB (red, green e blue) das áreas. A Figura 4 apresenta exemplos de histogramas obtidos com este comando. Figura 4: Histogramas dos canais RGB de imagem obtidos com o programa ImageJ 1 Disponível para download em:

73 Absorbância Revista Engenho, vol.9 Junho de 2014 A absorbância (A), que é definida como o logaritmo negativo da transmitância (I/I 0 ) pode ser calculada a partir da fórmula (4): A = - log(i n / I branco ) (4) Onde I n é o valor médio do canal R, G ou B da amostra e I branco é o valor de R, G ou B do branco, todos obtidos da mesma imagem. Com estes dados, foi possível calcular os valores de absorbância de cada amostra, plotar a curva de calibração com auxílio do software Microsoft Excel e verificar sua linearidade. Comparativamente, as amostras foram analisadas em um espectrofotômetro UV- Visível modelo Smart Spectro (LaMotte), nos comprimentos de onda correspondentes a maior absorbância, determinado experimentalmente para cada corante (λ máx ) na faixa de 350 a 710 nm. Foram encontrados valores de absorbância máxima para Vermelho Bordeaux (λ máx = 520 nm), Eritrosina (λ máx = 525 nm), Vermelho Congo (λ máx = 510 nm) e Violeta Cristal (λ máx = 583 nm). As figuras 5, 6, 7 e 8 apresentam os espectros UV-VIS dos respectivos corantes obtidos experimentalmente. 0,4 Vermelho Bordeaux λmáx. = 520 nm 0,3 0,2 0, Comprimento de Onda (nm) Figura 5: Espectro UV-VIS do corante Vermelho Bordeaux Segundo Silva (2008), o vermelho bordeaux é composto por uma mistura dos corantes amaranto (95%) e azul brilhante FCF (5%). É muito utilizado na indústria alimentícia (cereais, balas, laticínios, geleias, gelados, recheios, xaropes e preparados líquidos). No espectro da figura 5 observa-se a banda característica do amaranto (λ = 520 nm).

74 Absorbância Absorbância Revista Engenho, vol.9 Junho de Eritrosina λmáx. = 525 nm 0,8 0,6 0,4 0, Comprimento de Onda (nm) Figura 6: Espectro UV-VIS do corante Eritrosina O corante eritrosina é usado principalmente para alimentos (pós, laticínios, refrescos, geleias) e tintas de impressão. Apresentou banda de absorção característica (λ = 525 nm), condizente com valores da literatura (PRADO & GODOY, 2003). Vermelho Congo 0,5 0,4 λmáx. = 510 nm 0,3 0,2 0, Comprimento de Onda (nm) Figura 7: Espectro UV-Vis do corante Vermelho Congo Vermelho Congo é usado principalmente em bioquímica e histologia, para coloração biológica microscópica e formulação de meios de cultura. Apresentou banda de absorção característica (λ = 510 nm).

75 Absorbância Revista Engenho, vol.9 Junho de 2014 Violeta Cristal 1,8 λmáx. = 583 nm 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, Comprimento de Onda (nm) Figura 8: Espectro UV-VIS do corante Violeta Cristal O violeta cristal (ou violeta de metila) tem larga aplicação no tingimento têxtil, tintas de impressão e em medicina, nos testes de coloração de Gram para classificar bactérias. Apresentou banda de absorção característica (λ = 583 nm). Os corantes estudados apresentam estruturas químicas conhecidas pelos grupos orgânicos, o grupo monoazo está presente em Amaranto e Vermelho Congo, o grupo xanteno é presente na Eritrosina e o grupo cromóforo do trifenilmetano constitui os corantes Azul Brilhante e Violeta Cristal. As estruturas estão representadas na figura 9. Os dados de absorbância obtidos permitiram a construção das curvas de calibração e a realização de um comparativo com o método de análise por imagens.

76 Figura 9: Estrutura química dos corantes avaliados: Vermelho Bordeaux (composição de 95% Amaranto e 5% Azul Brilhante), Eritrosina, Violeta Cristal e Vermelho Congo. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os valores de absorbância quantificados por análise de imagens foram tratados com o software ImageJ, plotados na forma de curvas de calibração (regressão linear) e comparados aos valores obtidos em espectrofotômetro comercial na região do visível. Todas as curvas obtidas por análise de imagens apresentaram coeficiente de correlação (R²) acima de 0,98. O canal RGB utilizado para construção das curvas para análise de

77 imagens foi o Green, pois apresentou melhores resultados devido ao fato de ser a cor complementar mais próxima à dos corantes estudados. A metodologia de análise de imagem teve sua performance comparada frente a um espectrofotômetro modelo Smart Spectro (Marca LaMotte) utilizando cubeta de 1 cm de caminho óptico. Tanto o espectrofotômetro quanto o estudo de análise de imagens apresentaram resposta linear na faixa da concentração estudada (0 a 1 ppm), conforme pode ser verificado através das figuras 10, 11, 12 e 13. A curva de calibração para o Vermelho Bordeaux realizado via espectrofotômetro apresentou uma equação de reta f(x) = 0,4264x 0,0137 com coeficiente de correlação igual a 0,9965 enquanto a mesma curva de calibração via análise de imagens apresentou a equação de reta f(x) = 0,1381x 0,0061 com coeficiente de correlação igual a 0,9863. A determinação da absorbância por espectrofotometria de absorção molecular (espectrofotômetro) apresentou coeficiente angular superiores aos obtidos por análise de imagens, na ordem de 3 vezes, o que reflete um comportamento esperado considerando a monocromaticidade do feixe de radiação estudado. As equações de reta e coeficiente de correlação das curvas de calibração dos corantes Vermelho Bourdeaux, Eritrosina, Vermelho Congo e Violeta cristal estão apresentados na tabela 1. As vantagens do uso da análise de imagens em soluções coloridas estão associadas à possibilidade de ampliar o universo de compreensão do funcionamento intrínseco de uma análise e do equipamento de espectrofotometria. Porém, a obtenção da imagem a ser analisada deve conter todas as amostras a serem avaliadas a fim de minimizar as variáveis ambientais que podem interferir na composição da imagem, tais como brilho, iluminação e sombra.

78 Vermelho Bordeaux Figura 10: Gráficos de absorbância versus concentração para a amostra de corante Vermelho Bordeaux utilizando espectrofotômetro (esquerda) e análise de imagens (direita). Eritrosina Figura 11: Gráficos de absorbância versus concentração para a amostra de corante Eritrosina utilizando espectrofotômetro (esquerda) e análise de imagens (direita). Vermelho Congo Figura 12: Gráficos de absorbância versus concentração para a amostra de corante Vermelho Congo utilizando espectrofotômetro (esquerda) e análise de imagens (direita).

79 Violeta Cristal Figura 13: Gráficos de absorbância versus concentração para a amostra de corante Violeta Cristal utilizando espectrofotômetro (esquerda) e análise de imagens (direita). Tabela 1: Equações das curvas de calibração e coeficientes de correlação (r). Corante Equação de reta Coeficiente de correlação Vermelho Boudeaux E f(x) = 0,4264x - 0,0137 0,9965 AI f(x) = 0,1381x - 0,0061 0,9863 E f(x) = 0,9692x - 0,0064 0,9998 Eritrosina AI f(x) = 0,0968x - 0,0057 0,9808 E f(x) = 0,4111x - 0,0115 0,9929 Vermelho congo AI f(x) = 0,0927x - 0,004 0,9871 E f(x) = 1,650x - 0,0137 0,9999 Violeta Cristal AI f(x) = 0,4814x - 0,0029 0,9974 * Intervalo das medidas 0 a 1 ppm (mg/l). E = espectrofotômetro comercial Smart Spectro. AI = análise de imagens.

80 CONCLUSÃO Os resultados obtidos mostram que o método de análise de imagens pode ser considerado uma alternativa plausível para a realização de análises colorimétricas, pelo baixo custo envolvido, rapidez, confiabilidade e facilidade de execução. Através da comparação com o método espectrofotométrico verificou-se que a análise de imagens pode ser aplicada para quantificação analítica. Além disso, também permite a execução de diversas análises simultaneamente, desde que todas as amostras componham a mesma imagem que as soluções padrão. Pode ser largamente aplicado em análises ambientais e de campo, na quantificação de espécies presentes em água e efluentes, em métodos baseados em reações químicas desde que seja possível a formação de cor pelos reativos em análise, tais como: determinação de cloretos, fósforo, níquel, cromo, nitrato e demanda química de oxigênio. Esse experimento pode ser adotado em diversos cursos de análise química instrumental e possibilita uma discussão mais ampla sobre espectrofotometria de absorção molecular, considerando-se a fonte de radiação e tratamento de dados estatísticos. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CHAGAS, A. P.; As ferramentas do químico. Quím. Nova na Escola. n. 5, p , CUNHA, S. A. R.; SANO, E. E.; ASSAD, E. D.; RODRIGUES, H.R.; CORRÊA, T. B. S.; Detecção de fraudes em café torrado e moído por análise de imagem. In: Anais do Congresso e Mostra de Agroinformática, Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, PR, GODINHO, M. S.; PEREIRA, R. O.; RIBEIRO, K. O.; SCHIMIDT, F.; OLIVEIRA, A. E.; OLIVEIRA, S. B.; Classificação de refrigerantes através de análise de imagens e análise de componentes principais (PCA). Quím. Nova, v. 31, n. 6, p , GOMES, M. S.; TREVIZAN, L. C.; NÓBREGA, J. A.; KAMOGAWA, M. Y.; Uso de scanner em espectrofotometria de absorção molecular: aplicação em experimento didático enfocando a determinação de ácido ascórbico. Quím. Nova, v. 31, n. 6, p , 2008.

81 GUARATINI, C. C. I.; ZANONI, M. V. B.; Corantes têxteis. Quím. Nova, v. 23, n. 1, p , KEHOE, E.; PENN, R. L.; Introducing Colorimetric Analysis with Camera Phones and Digital Cameras: An Activity for High School or General Chemistry. J. Chem. Educ., 90 (9), pp , MATHEWS, K. R.; LANDMARK, J. D.; STICKLE, D. F. J.; Quantitative assay for starch by colorimetry using a desktop scanner. J. Chem. Educ. 81, p , PRADO, M. A.; GODOY, H. T.; Corantes artificiais em alimentos. Alim. Nutr., Araraquara, v.14, n.2, p , RASBAND, W.S., ImageJ, U. S. National Institutes of Health, Bethesda, Maryland, USA, Disponível em: < Acesso em: 15 de Janeiro de SARTORI, P. H. S.; LORETO, L. S.; Medidor de Fluorescência Caseiro. Quím. Nova na Escola, v. 31, n. 2, p , SILVA, T. C. O.; OLIVEIRA, A, E.; Análise de imagens para classificação de amostras de cervejas através de Análise de Componentes Principais (ACP). In: Congresso de Pesquisa, Ensino e Extensão da UFG - CONPEEX, 3., 2006, Goiânia. Anais eletrônicos do III Seminário de Pós-Graduação da UFG[CD-ROM], Goiânia: UFG, SILVA, C. P.; MARMITT, S.; HAETINGER, C.; STULP, S.; Avaliação da degradação do corante vermelho bordeaux através de processo fotoquímico. Eng. Sanit. Ambient. vol.13, n.1, pp , SKOOG, D. A.; WEST, D. M.; HOLLER F. J.; CROUCH, S. R.; Fundamentos de Química Analítica. Tradução da 8 a edição Norte-Americana, São Paulo: Thomson Learning, 2006.

82 INFLUÊNCIA DOS TRATAMENTOS SUPERFICIAIS NA ADESÃO DE POLIPROPILENO, UTILIZANDO ADESIVO BASE POLIURETANO. Fernando Beltrame Costa Centro Universitário Padre Anchieta Ms. Hipólito Alberto da Silva Gomes Centro Universitário Padre Anchieta Dr. Ailton Cavalli Centro Universitário Padre Anchieta RESUMO Neste trabalho foram avaliadas as propriedades de adesão estrutural de um adesivo a base de poliuretano em substratos de polipropileno, termoplástico plástico quimicamente inerte e pouco compatível com adesivos. Foi possível concluir que a adesão aumenta com a limpeza e a preparação da superfície em até 451% comparada com superfícies não limpas e não preparadas. Utilizando diversos tipos de tratamento, ora só limpando a superfície ora preparando-as com primer e ora juntando ambos os procedimento ficou inequívoco que o procedimento de limpar e preparar a superfície é a mais adequada para a adesão de duas superfícies de polipropileno com o adesivo de poliuretano. Assim o correto entendimento das estruturas e propriedades do adesivo e da superfície é fundamental para a adequação dos procedimentos de adesão Palavras-chave: Adesão, polipropileno, poliuretano. ABSTRACT In this paper were measured the properties of a structural adhesion of a sticker that has the base made of polyurethane with subtracts of polypropylene, thermoplastic inert and bit compatible with stickers. It was possible to conclude that the adhesion after the preparation and cleaning of the superficies has increased at 451% compared with superficies that was not prepared and clean. Using many types of treatments, sometimes just cleaning the superficies, others just preparing with a primer and putting both proceeds together it made unmistakable that the last proceed it is more efficient to the adhesion of two superficies of polypropylene with a polyurethane sticker. That way the correct understanding of the structures and properties and the superficies it is fundamental to the adequacy of proceeding to adhesion.

83 INTRODUÇÃO Com o advento de novas tecnologias e de materiais cada vez mais leves e com propriedades específicas, também surge à necessidade de unir esses materiais dissimilares. Os principais meios de adesão conhecidos atualmente são a união mecânica (parafusos, rebites), soldas e uniões químicas, como no caso dos adesivos. A tecnologia de união por adesivos é relativamente emergente e proporciona a solução de muitos problemas relacionados às técnicas de fixação convencionais (Vilar, 2004). A união com adesivo reduz muito o peso final do produto, reduz vibração, serve como selante e também permite uniões de substratos diferentes, o que com os outros tipos de fixação não seria possível (Vilar, 2004) A utilização dos adesivos sempre foi conhecida pela humanidade, todavia, foi no século XX que ocorreu seu crescimento, devido ao fato da larga utilização deste tipo de material nas indústrias. Atualmente, o entendimento do fenômeno da adesão por engenheiros é fundamental para a concepção de projetos de engenharia, especialmente os referentes à substituição de processos de fixação triviais, tais como rebites, soldas e parafusos. (Silva et al, 2007) Os adesivos proporcionam inúmeras vantagens sobre outros tipos de ligantes e estão, portanto, ganhando espaço cada vez maior nas indústrias em geral. Como exemplos dessas vantagens pode-se citar a distribuição homogênea das forças atuantes, a não formação de pilhas galvânicas e o fato de, além de unirem materiais dissimilares, agirem como agentes vedantes. (Skeist, 1990) Essa busca constante por materiais mais leves, recicláveis e com baixo custo, fez com que o polipropileno se tornasse um plástico muito utilizado em diversas aplicações. O polipropileno, PP, é um termoplástico, pois pode ser moldado apenas com o aquecimento, ele é um polímero derivado do propeno e algumas características específicas são: Resistência a produtos químicos e solventes, baixo custo, fácil moldagem, alta resistência à flexão e fadiga, boa estabilidade térmica e fácil coloração; suas principais aplicações são: Brinquedos, autopeças, copos plásticos, equipamentos náuticos, material hospitalar e fibras. (Vilar, 2004) Porém devido à sua estrutura molecular ele é um plástico apolar, o que faz com que a união química através de adesivos seja crítica, por isso a necessidade de modificar

84 a sua superfície, facilitando assim a adesão do mesmo. Os métodos mais utilizados são: a flambagem, a corona, o primer, e o lixamento.(canevarolo, 2009) Nesse trabalho em particular vamos abordar a adesão do polipropileno, pois por se tratar de um plástico muito apolar a adesão química é muito crítica e por isso alguns tratamentos surperfíciais são necessários para que haja uma modificação na superfície do composto e assim melhorar a sua adesão. MATERIAIS E MÉTODOS Neste trabalho fizemos a caracterização mecânica dos adesivos por meio de ensaios mecânicos, para os ensaios de adesão foram utilizados os seguintes materiais: corpos de prova em PP contendo 30% de talco com dimensões de 1 x 2,5 x 1,5. 2. Máquina de ensaio universal EMIC modelo DL Espátula de Madeira Placa retangular de alumínio, com dimensões 150 x 300 mm. 5. Fusor 152, adesivo bi-componente a base de poliuretano, LORD Corporation. 6. Papel Toalha. 7. Solvente Metil etil cetona. 8. Cabine e equipamento para jateamento industrial. 9. Esferas de vidro angulares, com 0,8 mm de diâmetro. 10. Pincel de pintura de 1 polegada de largura, com cerdas de crina de cavalo. 11. Promotor de aderência para PP, Chemlok 459-X, LORD Corporation. Os ensaios efetuados foram de resistência à tensão de cisalhamento, conforme a norma ASTM D Foram utilizados 25 corpos de prova, divididos em grupos de cinco corpos de prova, sendo que cada grupo recebeu um tratamento superficial diferente: O Primeiro grupo não recebeu tratamento de superfície e foi denominado controle.

85 O Segundo grupo apenas teve sua superfície limpa com metil etil cetona e não recebeu tratamento algum. Utilizou-se, para a limpeza, papel toalha. O Terceiro grupo foi atacado com esferas de vidro de 0,8 mm de diâmetro, utilizando-se uma pistola de ar comprimido e através de uma cabine para jateamento industrial, conforme ilustra a figura 1. Figura 1 - Máquina de jateamento industrial O Quarto grupo recebeu primer preparador para PP Chemlok 459-X, que foi aplicado na superfície com auxílio de um pincel. O Quinto grupo combinou-se jateamento e aplicação do preparador de superfície. Jateou-se os corpos de prova e em seguida aplicou-se o preparador de superfície Chemlok 459-X. Os corpos de prova com superfícies previamente preparadas foram dispostos sobre a placa de alumínio, demarcada com a fita de uma polegada de espessura, que serviu de guia para definir a área de aplicação do adesivo. Preparou-se o adesivo conforme indicações do fabricante, na proporção 1 para 1 em volume (Parte A, a base de isocianato: Parte B, a base de poliol), e aplicou-o sobre os corpos de prova, conforme ilustra a figura 2:

86 Corpo de prova 1 Corpo de prova 1 Placa de suporte 150 mm Fita com 1 de largura Corpo de prova 2 Corpo de prova 2 Área de colagem 300 mm Figura 2 - Confecção dos corpos de prova Pressionaram-se as colagens e as mesmas foram mantidas sob pressão por aproximadamente 10 segundos. As colagens ficaram em repouso durante 48 horas à temperatura ambiente, para a cura total do adesivo. Após este tempo, efetuou-se a tração em máquina de ensaio universal marca Emic, modelo DL-2000 (ilustrada na figura 3), com célula de carga de 2000 kgf e utilizando velocidade de 20 mm/min.

87 Figura 3 - Máquina de ensaio universal de tração. A média dos valores de adesão obtidos foi conseguida através da média aritmética dos valores experimentais. Para realização dos ensaios de adesão foi utilizado o adesivo estrutural bicomponente base poliuretano Fusor 152. O adesivo é composto por um componente A base poliisocianato aromático e um componente B base poliol. A proporção de mistura é 1 parte do componente A para 1 parte do componente B. Segue abaixo uma tabela com as propriedades físico-químicas do adesivo: 1) Tabela 1 propriedades físicas do adesivo poliuretano Propriedade Valor Referência da norma Densidade 1,41 g/cm³ ASTM D792 Elongação 72% ASTM D882 Tensão à ruptura 3000 psi ASTM D882 Módulo Young 22,200 psi ASTM D882 Dureza 87 ASTM D2240, Método A Temperatura de transição vítrea -50 C ASTM D3418 Resistência ao cisalhamente em metal pintado (e-coat) 1730 psi 1 in x 1 in x in sobreposição.

88 TIPOS DE FALHA A finalidade de uma colagem eficiente é a transmissão de carga entre os dois componentes ligados, mantendo a sua integridade estrutural em condições adversas. É fundamental a correta avaliação da distribuição do perfil de tensões e consequentemente dos tipos de falha obtidos nas juntas coladas. Kim e colaboradores (1989) explicam que são três os tipos de falhas de adesão elementares: falha do adesivo, falha coesiva e falha do substrato. 1- Falha do adesivo: quando ocorre o descolamento ou o desprendimento do adesivo do substrato. O desprendimento pode ser apenas de um dos lados ou de ambos os lados da colagem. Conclui-se que a falhas adesivas ocorrem devido à má preparação da superfície. Por outro lado, assume-se que uma junta deve ser projetada de modo que a falha nunca ocorra deste modo, ou seja, por falha do adesivo. 2- Falha coesiva: é a ruptura do adesivo e ocorre quando o substrato e/ou a ligação entre o adesivo e o substrato é mais forte do que a resistência interna do próprio adesivo. Não há descolamento, o adesivo se rompe ao meio e há presença de adesivo em ambos os lados da colagem. 3- Falha do substrato: o que se espera de um processo de colagem. A adesão é mais forte do que a força de coesão interna de ambos ou um dos substratos envolvidos; após solicitação mecânica, a linha de colagem permanece intacta e o substrato se rompe. 1)2) RESULTADOS E DISCUSSÕES As tabelas abaixo mostram os resultados obtidos. Tabela 1 - Adesão sem tratamento superficial ( Controle ) Corpo de Prova kgf/pol² Corpo de Prova kgf/pol² Corpo de Prova kgf/pol² Corpo de Prova kgf/pol² Corpo de Prova kgf/pol²

89 Média 60 kgf/pol² Falha do Adesivo Tabela 2 - Limpeza com Metil Etil Cetona Corpo de Prova kgf/pol² Corpo de Prova kgf/pol² Corpo de Prova kgf/pol² Corpo de Prova kgf/pol² Corpo de Prova kgf/pol² Média 80 kgf/pol² Falha do Adesivo Tabela 3 - Jateamento com esferas de vidro Corpo de Prova kgf/pol² Corpo de Prova kgf/pol² Corpo de Prova kgf/pol² Corpo de Prova kgf/pol² Corpo de Prova kgf/pol² Média 117 kgf/pol² Falha do Adesivo Tabela 4 - Aplicação de primer Corpo de Prova kgf/pol² Corpo de Prova kgf/pol² Corpo de Prova kgf/pol² Corpo de Prova kgf/pol² Corpo de Prova kgf/pol² Média 230 kgf/pol² Falha do Adesivo Tabela 5 - Jateamento e primer Corpo de Prova kgf/pol²

90 Kgf/pol² Revista Engenho, vol.9 Junho de 2014 Corpo de Prova 02 Corpo de Prova 03 Corpo de Prova 04 Corpo de Prova 05 Média 322 kgf/pol² 330 kgf/pol² 332 kgf/pol² 351 kgf/pol² 331 kgf/pol² Falha do Substrato Figura 24 - Forças de cisalhamento versus tratamentos superficiais As uniões para as quais não foram efetuados tratamentos superficiais, denominadas controle, desenvolveram 59 Kgf/pol², com falha do adesivo. Os níveis de carga obtidos com este grupo foram os menores. De acordo com Silva et all (2007), superfícies a serem coladas que não recebem nenhum tratamento de superfície contêm contaminantes físicos e eventualmente químicos que atrapalham o contato molecular entre o adesivo e o substrato e, consequentemente, a adesão. Moita Neto (2006) explica que a limpeza da superfície é crítica para o molhamento da substância adesiva no substrato porque partículas soltas, contaminantes, umidade, fuligem e poeira atuam como película antiaderente e não permitem um bom espalhamento e, consequentemente, um bom contato. A utilização de solventes de limpeza removem os contaminantes da superfície e então permitem contato efetivo da substância adesiva com o substrato. Adams e Drinkwater (1999) definem como falha do adesivo o descolamento completo do adesivo da área de colagem.