Artigo publicado na Revista Ingredientes & Nutrientes – Nutrição Animal.
Por: Humberto Pena CoutoZootecnista, DSc em Nutrição Animal.
pela Universidade Federal de Viçosa
Prof. da Universidade Estadual do Norte Fluminense
No mundo atual, globalizado e altamente competitivo, a busca contínua pelo alto padrão de qualidade e pela minimização dos custos de produção na indústria animal são os principais fatores para alcançar e manter a competitividade. As inovações científicas e tecnológicas têm sido instrumentos efetivos, para que o sistema de produção animal alcance altos índices zootécnicos e econômicos.
É interessante observar que, embora nosso país esteja na vanguarda mundial da produção de rações e suplementos, a realidade brasileira é a da convivência de indústrias com alta tecnologia de produção com fábricas que ainda mantém as mesmas operações de décadas atrás. Por esta razão avaliações técnicas e de custo-benefício da adoção de novas tecnologias e produtos devem ser constantemente realizadas, caso contrário, se estabelecerá altos riscos de prejuízos econômicos.
A ciência, tecnologia e inovação são fundamentais para o avanço da sociedade. As tecnologias aplicadas nas indústrias da nutrição animal são produtos da ciência e da engenharia, que envolvem um conjunto de instrumentos, equipamentos, métodos e técnicas que visam a resolução e controle dos processos. No caso em especial, a automação vem ganhando cada vez mais espaço, pois com a utilização de máquinas e dispositivos eletromecânicos, bem como de softwares e sistemas computadorizados, têm por objetivo aumentar a eficiência e eficácia de todos os processos industriais maximizando a produção e minimizando custos.
No presente, as indústrias de rações estão se adaptando a uma nova realidade, norteada pelas atuais exigências de mercado, leis governamentais, preocupações ambientais e segurança alimentar. No seu cotidiano é indispensável a observação, avaliação e bom senso para a tomada de decisões que resultem em ações eficientes e eficazes, garantindo a qualidade dos produtos e os melhores resultados técnicos, econômicos e mercadológicos.
Desafios da variabilidade nutricional
As variações nutricionais observadas nos produtos industrializados ou naturais são uma das maiores preocupações técnicas, pois proporcionam prejuízos no desempenho e saúde dos animais, e comercialmente pelo compromisso de atingir os níveis de garantia estabelecidos nos rótulos. Estudos mostram que da variação total observada entre os níveis formulados e analisados, apenas 30% foi devido à variabilidade de nutrientes oriundas das matérias primas, enquanto 70% pela deficiência nos processos de produção. Logo, é necessário que se tenha conhecimento dos equipamentos, dispositivos e acessórios que estão disponíveis para o sucesso na implantação de programas de qualidade total e de boas práticas de fabricação de rações e suplementos.
Os diversos segmentos das indústrias de rações, alimentos pet e suplementos estão submetidos a uma série de processos desenvolvidos pela ciência e tecnologia, logo devido a diversos fatores estão sujeitos a variações e imprecisões. Estas devem ser constantemente monitoradas, para que se possa exercer um conjunto de ações direcionadas, no sentido de assegurar que o produto final se aproxime ao máximo das especificações ou padrões tecnicamente estabelecidos.
Para o melhor entendimento de como aplicar corretamente os instrumentos científicos é essencial que os profissionais conheçam conceitos como os de exatidão e precisão, que muitas vezes são confundidos e até mesmo adotados como sinônimos. A exatidão ou acurácia está relacionada com estimativas mensuradas que se encontram mais próximas dos valores reais ou verdadeiros, enquanto a precisão é a repetibilidade das estimativas mensuradas, e é geralmente expressa numericamente por parâmetros estatísticos da estimativa (desvio padrão, variância e coeficiente de variação).
As margens de segurança (MS) estimadas atualmente consideram os resultados obtidos por análises químicas ou pelo NIRS (Near Infrared Reflectance Spectroscopy), que se baseia na aplicação da matemática à química analítica, integrando a espectroscopia, estatística e computação de dados para a calibração de curvas de predição. O método mais utilizado para MS é o de considerar ±0,5 σ (desvio padrão) dos resultados analíticos para os nutrientes de máximo e mínimo estabelecidos na formulação, respectivamente. Apesar da precisão de qualquer um dos métodos analíticos, as amostras selecionadas para estabelecer as MS devem representar com exatidão a variabilidade dos nutrientes dos ingredientes utilizados na otimização das formulações pela programação linear.
Um método alternativo pode ser utilizado, onde a margem de segurança é estimada considerando o desvio analítico nutricional, o múltiplo do σ associado a probabilidade da distribuição normal, bem como a participação percentual do ingrediente na formulação, que tem significativa influência na variação na formulação final (Corte Real, 2015).
MS = {[(%IR x (%NA / %NR x σ NA)] /100} x Mσ DN
% IR – Percentual do ingrediente na ração
% NA – Percentual do nutriente no alimento
% NR – Percentual do nutriente na ração
σ AN – Desvio padrão analítico do nutriente
Mσ DN – Múltiplo do σ associado a probabilidade na distribuição normal
O importante tecnicamente é alcançar o objetivo de minimizar os desvios nutricionais dos nutrientes na formulação otimizada, que podem ser estimados considerando as variâncias da contribuição nutricional do enésimo ingrediente e o desvio padrão analítico do enésimo nutriente de cada um dos ingredientes.
Automação e controles dos setores industriais
Dentre os segmentos mais importantes onde a automação se torna cada vez mais importante cita-se:
– Recepção de matérias primas – É notório que o melhor controle de qualidade é não permitir a entrada de ingredientes fora dos padrões de compras. Mas tão importante tanto quanto, são as balanças rodoviárias, mecânicas ou eletrônicas, que com alta capacidade são utilizadas em pesagens fixas ou dinâmicas de cargas elevadas. Com modernos sistemas de automação permitem otimizar o processo, minimizar perdas, eliminar erros e fraudes. Atualmente existem equipamentos sofisticados com controles computadorizados, que estimam a compensação de peso para cargas dispostas fora do centro da plataforma. Até mesmo permitem a rastreabilidade desde a chegada do veículo na portaria até a saída da fábrica. Sua confiabilidade é indispensável para o correto controle de estoque, e por sua vez para uma adequada previsão de compras.
– Pré-limpeza: Estes equipamentos são compostos por peneiras vibratórias com diferentes tipos de perfurações, reduzindo as impurezas e matérias estranhas principalmente dos grãos. Os equipamentos mais modernos utilizam o peneiramento oscilatório ou orbital, com sistema de fluxo de ar que contribui muito para aumentar sua eficiência. A mesa densimétrica é um equipamento selecionador de grãos pelo seu peso específico, que por sistemas mecânico e pneumático permitem a formação de zonas de estratificação que separa as partículas de acordo com sua densidade, proporcionando condições de separação de lotes diferentes do mesmo tipo de produto.
A vantagem destas tecnologias é que melhoram significativamente a qualidade dos grãos, seja para um armazenamento mais adequado, redução de micotoxinas, e principalmente pela melhoria do valor nutricional dos grãos para formulações de rações otimizadas pelo custo mínimo. Muitas equações de predição permitem ao nutricionista estimar o valor energético de grãos com base na sua densidade e resultados de sua classificação.
– Armazenamento: O objetivo é manter as características nutricionais dos ingredientes estocados em silos e armazéns. O conhecimento das ações de fatores físicos internos e externos, como a temperatura e umidade, e que estes influenciam a massa de grãos estocados, auxiliam na elaboração estratégica de procedimentos para sua melhor conservação. A aeração é uma técnica preventiva de conservação da qualidade de grãos armazenados. Comumente é utilizada erroneamente para solucionar problemas de aquecimento da massa ou migração da umidade. Por isto modernos equipamentos monitoram a temperatura e umidade no interior e exteriormente aos silos através de sensores eletrônicos, capazes de detectar as variações e manejar automaticamente o processo de aeração com eficiência e segurança.
– Moagem e moinhos: Responsável pela redução do tamanho das partículas dos ingredientes, seu objetivo é o de produzir com eficiência e economia um produto que apresente alta digestibilidade, e que satisfaça os processamentos hidrotérmicos. A granulometria é a medida do tamanho e distribuição das partículas dos alimentos ou de rações. Sua avaliação é realizada por metodologia científica onde peneiras granulométricas selecionadas são submetidas a um agitador de peneiras que segrega o material nas diversas malhas (Tyler). O material retido é quantificado em cada uma das peneiras granulométricas, que após logaritimização são submetidos a cálculos estatísticos (ASAE S319.3). Os resultados finais são o DGM – diâmetro médio das partículas da amostra, DPG – medida de dispersão da variação granulométrica, área de superfície total e o número de partículas da amostra.
Outro aspecto importante é a maior eficiência energética, essencial para a redução dos custos de moagem, que é um dos processos mais onerosos. É alcançada com a utilização de inversores de frequência que possibilitam a alteração da velocidade do abastecimento através da variação da frequência da tensão que alimenta o motor. Sistemas estão sendo desenvolvidos para a análise instantânea do material moído por meio de estereomicroscopia (visão tridimensional), de forma automática e econômica. Ao atingir o tamanho desejado das partículas durante o processo de moagem o operador é informado, e através de display a visualização dos resultados do DGM. Até mesmo trocas de peneiras de moinhos estão sendo realizados pela automação.
– Pesagens e dosagens: Todos os ingredientes das formulações de rações devem ser pesados ou dosados individualmente com alta exatidão e precisão. Erros de pesagens ou dosagens não são isolados ou simplesmente aditivos, mas multiplicativos, pois o erro final observado pode ser maior do que a soma dos erros individuais. O balanceamento nutricional, resultado do trabalho das análises laboratoriais e das formulações de custo mínimo podem ser comprometido pela negligencia neste setor.
As balanças dosadoras, tanto para macro e micro ingredientes, podem estar ligadas ao painel e mesa de controle da produção, no qual as pesagens são realizadas automáticas de forma cumulativa. A automação mais usual atualmente é o controle de pesagens e dosagens dos ingredientes realizados por meio de sensores de nível e de transportadores por sensores de movimento. Estes controles tecnológicos associados a uma programação de produção adequada são capazes de fornecer: (1) Acurácia e precisão nos processos; (2) Informações sobre o consumo de matérias primas; (3) Quantidade de produtos acabados; (4) Estimativa de perdas e (5) Redução de custos de mão de obra.
A minimização dos erros e imprecisões de pesagens podem ser monitorados com o emprego de equipamento de segurança, que controla a amplitude da variação de peso proporcionada pelos sistemas de pesagem e dosagem a cada batida. Os inversores de frequência são utilizados para o controle da velocidade das roscas dosadoras, que devem ter seu diâmetro adequado para cada tipos de ingrediente.
O sistema mais comum de aplicação de líquidos nas fábricas de rações é aquele realizado diretamente nos misturador. Tecnologias como a aplicação de líquidos pós- processamentos hidrotérmicos já estão sendo utilizadas nas fábricas mais modernas como: (1) PPLA (Post pellet liquid aplication) – tecnologia está sendo cada vez mais utilizada nas fábricas de rações em todo o mundo, (2) Sistema spray (Spray system) – utiliza a injeção do líquido acoplado a um sistema de ar comprimido responsável pela pulverização em uma câmara fechada onde passa o fluxo de ração; (3) Sistema rotativo (Rotor coater) – onde o líquido é distribuído por um sistema rotatório em uma câmara à vácuo; e o (4) Sistema micro fluido (Micro fluid system) – que realiza a pulverização de vários líquidos simultaneamente.
O grande desafio dos sistemas dosadores de líquidos é garantir que os níveis nutricionais prescritos nas formulações balanceadas sejam atendidos com exatidão e precisão, caso contrário haverá grandes prejuízos no desempenho zootécnico, na saúde dos animais e no controle de qualidade dos produtos. O monitoramento das variações deve ser realizado diariamente, para as decisões de ajustes nos equipamentos e comprovações de procedimentos adequados durante as pesagens e dosagens.
– Misturas e misturadores: Objetivo de combinar com alta homogeneidade todos os macro e micro ingredientes garantindo o balanceamento dos nutrientes. Estudos indicam que cerca de 50% dos produtos evidenciam misturas incompletas, e que em 20% dos casos observou-se sérios problemas de homogeneidade. Uma mistura deve garantir que em cada 10 g de produto estejam presentes todos os nutrientes e aditivos especificados nas formulações (Swiss Institute of Feed Thecnology).
Existem vários tipos de misturadores com variedades de capacidades, formas e configurações. Cada um deles apresenta características peculiares de construção e desenho, que os diferem quanto à eficiência de homogeneização e custo por tonelada misturada. Os equipamentos mais utilizados são os tipo horizontais de dupla hélice ou de pás, que garantem reduzido tempo de mistura (1,5 a 3 minutos), qualidade consistente de homogeneidade (CV – 2 a 5%) e baixa taxa de contaminação cruzada (< 0,05%).
A qualidade das misturas deve ser monitoradas por meio das provas de homogeneidade, podendo ser realizada para comprovar o tempo de mistura adequado, como para verificar a sua homogeneidade. Permite avaliação da variação de algum nutriente, ingrediente ou marcador, obtida de análises de várias amostras retiradas após mistura, por tempo determinado, em diferentes pontos do equipamento.
O marcador “ideal” para testes de homogeneidade, segundo pesquisas do Instituto Tecaliman devem possuir várias características: (1) Um milhão de partículas/g; (2) Incorporação entre 10 e 1000 mg/kg (3) Estabilidade em processamentos hidrotérmicos; (4) Detecção analítica de um mínimo de 0,5% da dose e (5) Método de análise simples, rápida, alta repetibilidade e de baixo custo.
Na classe de modernos marcadores tecnológicos se encontram os microtracers, que são quantificados por um detector rotatório (Separador magnético). As amostras são obtidas do misturador em intervalos de tempos, durante o processo de mistura ou no final do processo de mistura. A interpretação dos resultados estão baseados em análises estatísticas da distribuição de Poisson (Probabilidade de uma série de eventos ocorrer em um período de tempo se estes eventos ocorrem independentemente de quando ocorreu o último), cálculos de qui-quadrado (Avalia quantitativamente a relação entre o resultado de um teste e a distribuição esperada para o evento), pelo desvio padrão e coeficiente de variação.
– Processamentos hidrotérmicos: A adoção de novas tecnologias de processamentos na indústria da alimentação animal ganha destaque, visto a grande variabilidade e disponibilidade de processamentos hidrotérmicos oferecidos pelo mercado, com a utilização de modernos equipamentos como: peletizadoras, extrusoras, expanders, floculadores, laminadores e briquetadoras. Estima-se que mundialmente mais de dois terços das rações, petfoods e suplementos para as diferentes espécies de animais são produzidos industrialmente utilizando a tecnologia hidrotérmica. A literatura é vasta na demonstração das vantagens zootécnicas em adotar estas tecnologias, principalmente pelo aumento da disponibilidade de energia e nutrientes, bem como na qualidade microbiológica.
Entretanto, existem também algumas desvantagens, que devem ser consideradas antes da decisão da adoção de qualquer nova tecnologia como: maiores investimentos em equipamentos e instalações, necessidade de mão-de-obra qualificada e custos adicionais de energia elétrica. A decisão da adoção de novas tecnologias nas industrias, deve estar apoiada por uma avaliação técnica e econômica criteriosa, realizada por profissionais capazes de demonstrar sua viabilidade.
A qualidade do vapor produzido pelas caldeiras é crítica no condicionamento e pode ser medido em termos de suas propriedades termodinâmicas (temperatura, pressão, entalpia e entropia). O conceito de “bom vapor” é aquele capaz de: (1) Melhorar o valor nutricional e reduzir perdas; (2) Aumentar a taxa de produção com menor consumo de energia; (3) Melhorar a qualidade do produto pela redução de finos. No mercado existem modernas caldeiras industriais no qual o sistema permite automação completa atuando sobre todos os comandos principais, bem como sobre todos os equipamentos periféricos de suporte da produção de vapor. São capazes de produzir com alto nível de eficiência por associar as rotinas avançadas de controle e gerenciamento, que fazem uso de análise multivariáveis, garantindo otimização do uso do material de queima, redução na emissão de gases e um controle de alta precisão.
Com a implementação da automação nos processos hidrotérmicos, que já é uma realidade nas indústrias brasileiras, é possível controlar automaticamente todas as principais etapas. Ela é capaz de promover ajustes de configurações e parâmetros dos processos on/off (temperatura, umidade e pressão) de forma online e individualizados a partir de seus setpoint (valores desejáveis). A automação promove também: Controle de carga do processo; velocidade do alimentador; regulagem da pressão de vapor no condicionador e operação de descarga do resfriador/secador.
Tecnologicamente um dos mais eficientes sistemas de controle é conhecido como PID, que é uma técnica de controle de processos que une as ações proporcional, integral e derivativa, fazendo que o sinal de erro do controle seja minimizado pela ação proporcional, zerado pela ação integral e obtido com uma velocidade antecipativa pela ação derivativa. Ela fornece uma variação contínua de saída dentro de um mecanismo de realimentação de loop (conjunto de instruções que um software percorre e repete um número de vezes até que sejam alcançadas as condições desejadas) manejando com precisão, removendo oscilações e aumentando a eficiência dos processos.
Para um melhor entendimento, o controle proporcional (P) trabalha sempre conforme o erro operacional e não com o tempo. Este tipo de controle é simples e opera proporcionalmente entre o valor mínimo (válvula totalmente aberta) e máximo (válvula totalmente fechada). No intervalo o valor registrado no sistema determina a porcentagem de abertura da válvula. Na ação integral (I) a velocidade de correção é proporcional ao erro mensurado, trabalhando com o tempo de forma direta. Ele é muito eficiente, pois já inicia a correção imediatamente após a variação do erro observado. A ação derivativa (D) produz um sinal de saída que é proporcional à velocidade de variação do erro, fornecendo uma correção antecipada, diminuindo o tempo de resposta e melhorando a estabilidade do sistema. Abaixo o algoritmo do controle PID:
A visualização de relatórios e gráficos de todos os controles realizados permitem uma supervisão rápida e precisa, que contribuem para a tomada de decisões técnicas com eficiência e eficácia. Conjuntamente um bom programa de controle de qualidade total e boas práticas de fabricação deve ser implantado, caso contrário, grandes perdas econômicas podem estar associados à adoção destas novas tecnologias.
– Indústrias do futuro
O termo “Indústria 4.0.” foi descrito em um relatório de recomendações na Alemanha durante a feira de Hannover Messe, principal evento mundial relacionada a tecnologia industrial. É ainda um termo novo e em construção, que envolve uma rede de conexões e tecnologias como a internet, dados armazenados em nuvens, automação, robotização e inteligência artificial.
A 4ª revolução industrial redefinirá radicalmente a forma de como vivemos, trabalhamos e nos relacionamos. Imaginem uma fábrica de rações ou de alimentos pet, inteligente e interconectada, onde todos os processos estão interligados, desde o recebimento de matérias primas até a expedição e entrega do produto final, garantindo o balanceamento nutricional, a rastreabilidade e segurança alimentar.
Existe várias propostas de etapas para empresas que planejam introduzir a Indústria 4.0 em suas operações:
1- Conhecimento: Analise sua empresa e seus concorrentes. Verifique a capacidade de inovação selecionando a melhor tecnologia que possa ser mais adequadamente instalada.
2- Planejamento: Desenvolva um plano para identificar metas, pois é fácil gerar dados , o desafio é saber quais decisões podem ser tomadas com suas interpretações.
3- Gerenciamento: A cultura organizacional precisa estar alinhada às novas mudanças tecnológicas. Selecione uma equipe multidisciplinar que inclua especialistas em processos, desde operações até qualidade e financeiras. O gerenciamento de mudanças pode ser mais desafiador do que a própria tecnologia adotada.
4- Implantação e Implementação: Certifique de que o escopo inicial do programa seja exequível e realista em tamanho e tempo.
5- Execução: O acompanhamento contínuo é a única garantia de que a tecnologia e as pessoas trabalhem conforme o planejado. Crie metas e indicadores para que toda a equipe possa monitorar a gestão da inovação implementada.
As indústrias do futuro próximo utilizarão um elevado grau de automação, em que sensores, computadores e softwares combinados com vários sistemas físicos cibernéticos, vão transmitir tais informações em tempo real, possibilitando o gerenciamento com tomadas rápidas de decisões para as correções dos problemas, para assim maximizar sua eficiência e eficácia, tanto técnica como econômica.
Artigo publicado na Revista Ingredientes & Nutrientes – Nutrição Animal.
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