Otimização dos parâmetros de maquinagem no processo de fresagem

Cada vez mais, os principais objetivos na indústria é a produção a baixo custo, com a máxima qualidade e com o tempo de fabrico o mais curto possível. Para atingir esta meta, a indústria recorre, frequentemente, às máquinas de comando numérico (CNC), uma vez que com esta tecnologia torna se capaz alcançar uma elevada precisão e um tempo de processamento mais baixo. As máquinas ferramentas CNC podem ser aplicadas em diferentes processos de maquinagem, tais como: torneamento, fresagem, furação, entre outros. De todos estes processos, o mais utilizado é a fresagem devido à sua versatilidade. Utiliza-se normalmente este processo para maquinar materiais metálicos como é o caso do aço e dos ferros fundidos. Neste trabalho, são analisados os efeitos da variação de quatro parâmetros no processo de fresagem (velocidade de corte, velocidade de avanço, penetração radial e penetração axial), individualmente e a interação entre alguns deles, na variação da rugosidade num aço endurecido (aço 12738). Para essa análise são utilizados dois métodos de otimização: o método de Taguchi e o método das superfícies. O primeiro método foi utilizado para diminuir o número de combinações possíveis e, consequentemente, o número de ensaios a realizar é denominado por método de Taguchi. O método das superfícies ou método das superfícies de resposta (RSM) foi utilizado com o intuito de comparar os resultados obtidos com o método de Taguchi, de acordo com alguns trabalhos referidos na bibliografia especializada, o RSM converge mais rapidamente para um valor ótimo. O método de Taguchi é muito conhecido no setor industrial onde é utilizado para o controlo de qualidade. Apresenta conceitos interessantes, tais como robustez e perda de qualidade, sendo bastante útil para identificar variações do sistema de produção, durante o processo industrial, quantificando a variação e permitindo eliminar os fatores indesejáveis. Com este método foi vi construída uma matriz ortogonal L16 e para cada parâmetro foram definidos dois níveis diferentes e realizados dezasseis ensaios. Após cada ensaio, faz-se a medição superficial da rugosidade da peça. Com base nos resultados obtidos das medições da rugosidade é feito um tratamento estatístico dos dados através da análise de variância (Anova) a fim de determinar a influência de cada um dos parâmetros na rugosidade superficial. Verificou-se que a rugosidade mínima medida foi de 1,05m. Neste estudo foi também determinada a contribuição de cada um dos parâmetros de maquinagem e a sua interação. A análise dos valores de “F-ratio” (Anova) revela que os fatores mais importantes são a profundidade de corte radial e da interação entre profundidade de corte radial e profundidade de corte axial para minimizar a rugosidade da superfície. Estes têm contribuições de cerca de 30% e 24%, respetivamente. Numa segunda etapa este mesmo estudo foi realizado pelo método das superfícies, a fim de comparar os resultados por estes dois métodos e verificar qual o melhor método de otimização para minimizar a rugosidade. A metodologia das superfícies de resposta é baseada num conjunto de técnicas matemáticas e estatísticas úteis para modelar e analisar problemas em que a resposta de interesse é influenciada por diversas variáveis e cujo objetivo é otimizar essa resposta. Para este método apenas foram realizados cinco ensaios, ao contrário de Taguchi, uma vez que apenas em cinco ensaios consegue-se valores de rugosidade mais baixos do que a média da rugosidade no método de Taguchi. O valor mais baixo por este método foi de 1,03μm. Assim, conclui-se que RSM é um método de otimização mais adequado do que Taguchi para os ensaios realizados. Foram obtidos melhores resultados num menor número de ensaios, o que implica menos desgaste da ferramenta, menor tempo de processamento e uma redução significativa do material utilizado.

Crocin and β-Carotene bleaching assays as analytical tools in the optimization of the extraction of hydrophilic and lipophilic antioxidants from tomato

Tomato (Lycopersicon esculentum Mill.) is the second most important vegetable crop worldwide and a rich source of hydrophilic (H) and lipophilic (L) antioxidants. The H fraction is constituted mainly by ascorbic acid and soluble phenolic compounds, while the L fraction contains carotenoids (mostly lycopene), tocopherols, sterols and lipophilic phenolics [1,2]. To obtain these antioxidants it is necessary to follow appropriate extraction methods and processing conditions. In this regard, this study aimed at determining the optimal extraction conditions for H and L antioxidants from a tomato surplus. A 5-level full factorial design with 4 factors (extraction time (I, 0-20 min), temperature (T, 60-180 •c), ethanol percentage (Et, 0-100%) and solid/liquid ratio (S/L, 5-45 g!L)) was implemented and the response surface methodology used for analysis. Extractions were carried out in a Biotage Initiator Microwave apparatus. The concentration-time response methods of crocin and P-carotene bleaching were applied (using 96-well microplates), since they are suitable in vitro assays to evaluate the antioxidant activity of H and L matrices, respectively [3]. Measurements were carried out at intervals of 3, 5 and 10 min (initiation, propagation and asymptotic phases), during a time frame of 200 min. The parameters Pm (maximum protected substrate) and V m (amount of protected substrate per g of extract) and the so called IC50 were used to quantify the response. The optimum extraction conditions were as follows: r~2.25 min, 7'=149.2 •c, Et=99.1 %and SIL=l5.0 giL for H antioxidants; and t=l5.4 min, 7'=60.0 •c, Et=33.0% and S/L~l5.0 g/L for L antioxidants. The proposed model was validated based on the high values of the adjusted coefficient of determination (R2.wi>0.91) and on the non-siguificant differences between predicted and experimental values. It was also found that the antioxidant capacity of the H fraction was much higher than the L one.

Ultrasound and microwave assisted extraction of ergosterol from Agaricus bisporus L.: optimization through response surface methodology

There is scientific evidence demonstrating the benefits of mushrooms ingestion due to their richness in bioactive compounds such as mycosterols, in particular ergosterol [I]. Agaricus bisporus L. is the most consumed mushroom worldwide presenting 90% of ergosterol in its sterol fraction [2]. Thus, it is an interesting matrix to obtain ergosterol, a molecule with a high commercial value. According to literature, ergosterol concentration can vary between 3 to 9 mg per g of dried mushroom. Nowadays, traditional methods such as maceration and Soxhlet extraction are being replaced by emerging methodologies such as ultrasound (UAE) and microwave assisted extraction (MAE) in order to decrease the used solvent amount, extraction time and, of course, increasing the extraction yield [2]. In the present work, A. bisporus was extracted varying several parameters relevant to UAE and MAE: UAE: solvent type (hexane and ethanol), ultrasound amplitude (50 - 100 %) and sonication time (5 min-15 min); MAE: solvent was fixed as ethanol, time (0-20 min), temperature (60-210 •c) and solid-liquid ratio (1-20 g!L). Moreover, in order to decrease the process complexity, the pertinence to apply a saponification step was evaluated. Response surface methodology was applied to generate mathematical models which allow maximizing and optimizing the response variables that influence the extraction of ergosterol. Concerning the UAE, ethanol proved to be the best solvent to achieve higher levels of ergosterol (671.5 ± 0.5 mg/100 g dw, at 75% amplitude for 15 min), once hexane was only able to extract 152.2 ± 0.2 mg/100 g dw, in the same conditions. Nevertheless, the hexane extract showed higher purity (11%) when compared with the ethanol counterpart ( 4% ). Furthermore, in the case of the ethanolic extract, the saponification step increased its purity to 21%, while for the hexane extract the purity was similar; in fact, hexane presents higher selectivity for the lipophilic compounds comparatively with ethanol. Regarding the MAE technique, the results showed that the optimal conditions (19 ± 3 min, 133 ± 12 •c and 1.6 ± 0.5 g!L) allowed higher ergosterol extraction levels (556 ± 26 mg/100 g dw). The values obtained with MAE are close to the ones obtained with conventional Soxhlet extraction (676 ± 3 mg/100 g dw) and UAE. Overall, UAE and MAE proved to he efficient technologies to maximize ergosterol extraction yields.

Optimization of microwave-assisted extraction of hydrophilic and lipophilic antioxidants from a surplus tomato crop by response surface methodology

Tomato is the second most important vegetable crop worldwide and a rich source of industrially interesting antioxidants. Hence, the microwave-assisted extraction of hydrophilic (H) and lipophilic (L) antioxidants from a surplus tomato crop was optimized using response surface methodology. The relevant independent variables were temperature (T), extraction time (t), ethanol concentration (Et) and solid/liquid ratio (S/L). The concentration-time response methods of crocin and β-carotene bleaching were applied, since they are suitable in vitro assays to evaluate the antioxidant activity of H and L matrices, respectively. The optimum operating conditions that maximized the extraction were as follows: t, 2.25 min; T, 149.2 ºC; Et, 99.1 %; and S/L, 45.0 g/L for H antioxidants; and t, 15.4 min; T, 60.0 ºC; Et, 33.0 %; and S/L, 15.0 g/L for L antioxidants. This industrial approach indicated that surplus tomatoes possess a high content of antioxidants, offering an alternative source for obtaining natural value-added compounds. Additionally, by testing the relationship between the polarity of the extraction solvent and the antioxidant activity of the extracts in H and L media (polarity-activity relationship), useful information for the study of complex natural extracts containing components with variable degrees of polarity was obtained.