DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MELANCIA UTILIZANDO ENSAIOS DE COMPRESSÃO

8/16/2019 DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MELANCIA UTILIZANDO ENSAIOS DE COMPRESSÃO

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO

CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

CAMILLA MAYARA DE ALMEIDA SANTOS

DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DA

MELANCIA UTILIZANDO ENSAIOS DE COMPRESSÃO

Juazeiro – BA

2015


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UNIVERSIDADE FEDERAL DO VALE DO SÃO FRANCISCO

CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA

CAMILLA MAYARA DE ALMEIDA SANTOS

DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DA

MELANCIA UTILIZANDO ENSAIOS DE COMPRESSÃO

Trabalho apresentado áUniversidade Federal do Vale do São

Francisco-UNIVASF, CampusJuazeiro,

como requisito obtenção do título de

Engenheira Mecânica.

Orientador: Prof. Dr. Nelson

Cárdenas Olivier.

Co-orientador: Prof. Dr. Acácio

Figueiredo Neto.

Juazeiro – BA

2015


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Santos, Camilla M. A

237d

Determinação das propriedades mecânicas da melanciautilizando ensaios de compressão / Camilla Mayara de Almeida Santos. – uazeiro- BA, 2015.

xv; 48f.: il. 29 cm.

Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica)Universidade Federal do Vale do São Francisco, Campus Juazeiro,uazeiro-BA, 2015.

Orientador (a): Prof. Dr. Nelson Cárdenas Olivier.

1. Melancia - cultivo. 2. Cultura da melancia. I. Título. II. Olivier, NelsonCárdenas. III. Universidade Federal do Vale do São Francisco.

CDD 635.615

Ficha catalográfica elaborada pelo Sistema Integrado de Biblioteca SIBI/UNIVASF


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Dedico este trabalho aos meus

pais Manoel Paixão Souza Santos e

Marly Jatobá de Almeida, os quais

além de me dar a graça da vida se

esforçaram muito para me proporcionar

sempre o melhor com apoio e amor.


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AGRADECIMENTOS

Agradeço, primeiramente a Deus, que me dá sempre força, dedicação e

persistência para que eu não desista dos meus objetivos e consiga alcançá-los.

Aos meus pais, Manoel Paixão Souza Santos e Marly Jatobá de

Almeida, sempre estiveram do meu lado apoiando e compreendendo as

dificuldades do caminho acadêmico.

Aos meus amigos, Emanuela Gonçalves, Patrícia Oliveira, Lucas

Campos, Alexandre Sampaio, Iris Carneiro e tantos outros que me

acompanharam desde o início dessa jornada, compartilhando dores e alegrias

me ajudando a superar todos os obstáculos vividos.

Ao professor orientador, Nelson Cárdenas, e ao professor, Acácio

Figueiredo, os quais me orientaram e me guiaram nesse Trabalho de

Conclusão de Curso conferindo a mim todo conhecimento.

Aos professores do Colegiado de Mecânica da Universidade Federal doVale do São Francisco, os quais contribuíram para meu conhecimento atual

com competência e dedicação.

A assistente administrativa do Colegiado de Mecânica, Taquimara

Souza, por sua receptividade, competência e prontidão.

E, a um amigo especial, Yuri Gomes, que com palavras incentivadoras,

carinho e companheirismo fizeram minhas forças sempre se renovarem e nãome deixaram desistir desse grande sonho.


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“Gostaria que você soubesse

que existe dentro de si uma força

capaz de mudar sua vida, basta que

lute e aguarde um novo amanhecer ”.

Margaret Thatcher


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SANTOS, C. M. A. Determinação das propriedades mecânicas da melancia

utilizando ensaios de compressão. 2015. Monografia (Trabalho de

Conclusão de Curso) – Colegiado de Engenharia Mecânica, UniversidadeFederal do Vale do São Francisco, Juazeiro, 2015.

RESUMO

A Região do Submédio do Vale do São Francisco tem grande potencial de

produção e comercialização de melancia (Citrullus lanatus) então esta fruta

merece uma atenção diferenciada principalmente decorrente das perdas do

produto causado pelos problemas entre as etapas de produção até a

comercialização. O presente trabalho visa caracterizar o comportamento

mecânico da melancia em função dos problemas encontrados durante estas

etapas.Tais problemas qualificados como danos físicos que são provocados

pelo manuseio inadequado da fruta seja no momento de colheita,

armazenamento, processamento ou transporte. Os problemas relatados são

característicos da falta de conhecimento sobre o máximo esforço que o fruto

pode suportar sem que o mesmo sofra dano interno ou ruptura externa que

comprometam sua comercialização. Para tanto, foram realizados estudos no

laboratório com ensaios de compressão entre placas paralelas em seis

variedades de melancia. À medida que a posição varia de vertical para

horizontal surge uma diferença considerável na avaliação de carga máxima

suportada. Dando prosseguimento às análises, surgiram particularidades

referentes ao próprio tipo de material e à geometria variada das espécies de

melancia. Ocasionando, então, em resultados que demonstra que a variedade

4 analisada suporta maior carga e maior deformação na posição vertical, o

módulo de elasticidade é inversamente proporcional a sua deformação, ou

seja, quanto maior deformação menor módulo de elasticidade.


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ABSTRACT

The sub-medium region of the San Francisco Valley has great production power

and marketing of the watermelon (Citrullus lanatus). Thus, this fruit deserves

differetiated attention especially due to product loss caused by the problems

among the production steps up to its marketing.The present paper aims to

feature the mechanical behavior of the watermelon according to the problems

addressed throughout the steps. Such problems classified as physical damages

that are induced by inappropriate handlingof the fruit either at the moment of

harvest, storage, processing or transportation. The problems addressed are

typical from the lack of knowledge about the maximum of effort that the fruit is

able to support avoiding internal damage or external rupture that may

compromise its marketing. For this purpose, laboratory studies utilizing

compression testing were held among parallel plates in six watermelon

varieties. As the position varies from vertical to horizontal, a considerable

difference emerges in the evaluation of maximum freight supported. Proceeding

to the analysis, characteristics emerged referring to the main type of material

and to the varied geometry of the watermelon species. The tensions of theacting compression on the rigid structures were determined by cutting out its

transversal sections. Thus, bringing about results that demonstrate that the

analyzed varieties support greater load and deformity in the vertical position, the

modulus of elasticity is inversely proportional to its deformity, in other words, the

greater the deformity, the less elasticity modulus.


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SUMÁRIO1. INTRODUÇÃO .......................................................................................... 11

2. OBJETIVOS .............................................................................................. 13

2.1. OBJETIVO GERAL............................................................................. 13

2.2. OBJETIVO ESPECIFICO ................................................................... 13

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ..................................................................... 14

3.1. CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DA CULTURA DA MELANCIA....... 14

3.2. PERDAS PÓS-COLHEITA ................................................................. 17

3.3. DANOS MECÂNICOS ........................................................................ 20

3.4. IMPORTÂNCIA DO CONHECIMENTO DAS PROPRIEDADESMECÂNICAS DE PRODUTOS AGRÍCOLAS ............................................... 21

3.5. PROPRIEDADES MECÂNICAS ......................................................... 22

3.5.1. TEORIA DE CONTATO HERTZ ................................................... 23

3.5.2. DEFORMAÇÕES PLÁSTICAS E ELÁSTICAS............................ 25

3.6. COMPORTAMENTO ELÁSTICO, PLÁSTICO E VISCOELÁSTICO .. 27

3.6.1. COMPORTAMENTO ELÁSTICO ................................................. 27

3.6.2. COMPORTAMENTO PLÁSTICO ................................................. 283.6.3. COMPORTAMENTO VISCOELÁSTICO ...................................... 28

4. MATERIAIS E MÉTODOS ......................................................................... 30

4.1. PREPARAÇÃO DOS CORPOS DE PROVA ...................................... 30

4.2. ENSAIOS DE COMPRESSÃO ........................................................... 32

5. RESULTADOS E DISCUSSOES .............................................................. 36

6. CONCLUSÃO ............................................................................................ 45

7. SUGESTÕES PARA FUTUROS TRABALHOS ........................................ 458. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ......................................................... 46


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1. INTRODUÇÃO

A atual preocupação com a saúde traz à população uma atenção maior

com os alimentos ingeridos e em consequência disso o consumo mundial defrutas cresce vertiginosamente assim como as exigências com a qualidade

destas. Países importadores requerem padrões que demonstrem qualidade

tanto nas funções nutricionais quanto nas funções organolépticas.

O Brasil junto com a China e Índia respondem por 43,6% do total

mundial, estando em terceiro lugar no ranking em 2012. Porém, a maior

proporção da produção é voltada para o mercado interno e apenas uma

pequena parcela é vendida ao mercado externo. Atualmente, o país participa

com aproximadamente 2% das exportações mundiais de frutas. (MINISTÉRIO

DA AGRICULTURA, 2008 apud BUSTAMANTE, 2009).

A economia do Brasil tem a participação da fruticultura diretamente

através do valor das exportações e do mercado interno, e pode-se ressaltar a

importância no sentido econômico-social, uma vez presente em todos estados,

sendo responsável pela geração de milhões de empregos diretos, o

equivalente a 27% da mão de obra agrícola do país. A fruticultura está entre os

principais geradores de renda, emprego e de desenvolvimento rural do

agronegócio nacional. (FACHINELLO et al, 2011)

Tais dados só comprovam a grande importância da fruticultura e para

manter o equilíbrio na economia precisa-se que a exportação seja maior que a

importação. O Brasil, mesmo inserido nesse contexto, acredita-se que cresce

de forma lenta não utilizando todo seu potencial de produtor. Uma das regiões

do país que mais se destacam na produção de frutas é o Nordeste. O Polo

Juazeiro-Petrolina, na região do Submédio do Vale do São Francisco se

destaca por utilizar da agricultura irrigada e obter sucesso.

A utilização da irrigação potencializou muito a produção agrícola na

região, não depender das chuvas fez com que os produtores tenham condições

de controlar a produção, atingir metas e obter renda no ano quase que em sua

totalidade. Para isso, os agricultores vêm melhorando a cadeia produtiva com o


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2. OBJETIVOS

2.1. OBJETIVO GERAL

Objetivou-se nesse trabalho, avaliar em laboratório a resistência mecânica de

seis variedades de melancia (Citrullus lanatus) quando submetidos a danos poraltas cargas visando a melhor posição para suportar as alterações físicas

através dos testes de compressão, tendo álibi os cálculos do modulo de

elasticidade desenvolvido por Hertz.

2.2. OBJETIVO ESPECÍFICO

Como objetivos específicos, o seguinte trabalho mostra:

Os resultados dos ensaios de compressão de cada variedade;

A resistência e deformação máxima suportada pelo o fruto;

Determinação do módulo de elasticidade na posição vertical e horizontal;

Análises e comparação dos resultados obtidos com a diferença do

posicionamento no momento de armazenamento.


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3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

3.1. CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DA CULTURA DA MELANCIA

A melancia se classifica como uma cucurbitácea do gênero Citrullus que

abrange quatro espécies entre as quais C. lanatus. Nesta espécie distinguem-

se duas variedades botânicas: Citrullus lanatusvar.lanatus(geralmente vendida

in natura) e Citrulluslanatusvar.citroides, uma forma utilizadas em conservas,

pickles e alimentação animal. Outra espécie, aC. colocynthis é utilizada como

via de melhoramento da melancia(SANTOS, 2010).

É uma planta herbácea, que possui o ciclo anual variando de 70 a 120

dias dependendo das condições ambientais e da cultivar utilizada. Tem hábito

de crescimento rasteiro, com várias ramificações que podem alcançar até cinco

metros de comprimento com gavinhas ramificadas. Tidas como plantas

alógamas ou de reprodução cruzada, mas não perdem o vigor com a

autofecundação. O sistema radicular é extenso, porem superficial, com o

predomínio das raízes localizado nos primeiros 60 cm do solo. Suas folhas são

profundamente lobadas.(SANTOS, 2010).

A espécie é monóica com flores solitárias, pequenas e de coloração

amarela que permanecem abertas durante menos de um dia e são polinizadas

por abelhas. O fruto é um pepônio cujo peso pode variar entre 1kg a 25kg de

formato arredondado, oblongo ou alongado. O comprimento da fruta na

horizontal pode atingir 60 cm. Como se pode observar na figura 1, sua casca é

espessa e o exocarpo é em geral verde, claro ou escuro, e a polpa é

normalmente vermelha, podendo ser amarela, laranja, branca ou verde.

(SANTOS, 2010).


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Figura 1: Citrullus lanatus , Melancia. FONTE: (SANTOS, p.63, 2010).

Apesar do uso predominante da melancia ser o consumo in natura,

alguns países orientais também a cultivam para consumir suas sementes.

Possui quantidades abundantes de antioxidantes, como o licopeno, e é uma


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fonte do aminoácido citrulina. O corpo humano usa a citrulina para produzir

outro aminoácido importante, a arginina, que tem um papel importante na

divisão das células, para cicatrizar ferimentos e na eliminação de amônia do

corpo. Tem potencial fonte de provitamina A e das vitaminas C e do complexo

B, além de sais minerais como cálcio, fósforo e ferro. Por ser muito hidratante –

90% do seu volume é água – e diurética elimina resíduos do aparelho digestivo

e funciona muito bem como laxante. Nas melancias de polpa vermelha, alguns

minerais têm maior relevância, tais o potássio, o magnésio, o fósforo e o cálcio,

estando os demais elementos como sódio, manganês, zinco, cobre e ferro

presentes em menor quantidade(EMBRAPA, 2015).

A melancia Citrullus lanatus (Thunb.) Matsui & Nakai é uma plantaoriginalmente advinda das regiões tropicais da África Equatorial. É considerada

uma das mais importantes olerícolas atualmente produzidas e comercializadas

no Brasil, sendo superada, apenas, pelas culturas do tomate, batata e cebola

(EMBRAPA, 2007).

A variabilidade genética que foi trazida do continente africano, associada

ao processo de manejo da agricultura tradicional da região, tornou o Nordeste

brasileiro um centro secundário de diversificação da melancia. A sua grandeimportância está relacionada com as características climáticas,

socioeconômicas e geográficas desta região, bem como, por suas

características que favorecem o estabelecimento de uma cadeia produtiva

baseada principalmente na agricultura familiar. Seu cultivo é relativamente fácil

e pode ser realizado em áreas tanto irrigado quanto de sequeiro. Essa olerícola

também possui baixo custo de produção, quando comparada a outras frutas,

mas é necessária uma alta produtividade para que a cultura se torne uma

atividade lucrativa e sustentável. (RAMOS et al, 2009)

Segundo o IBGE (2010), o Nordeste teve 701.213 t de melancia

produzidas com rendimento médio de 20.218 kg/ha, sendo que 103.625 t e

20.399 kg/ha e 338.365 t e 19.558 kg/ha são os valores de Pernambuco e

Bahia, respectivamente (IBGE, 2010). Destacando-se os municípios de Arari

(MA), Barreiras (BA), Ribeira do Pombal (BA), Vale do Gurgéia (PI), e o

Submédio São Francisco (PE/BA), onde são cultivadas nos perímetrosirrigados da CODEVASF (Companhia de Desenvolvimento dos Vales do São


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Francisco e do Parnaíba), DNOCS (Departamento Nacional de Obras Conta as

Secas) e propriedades particulares, em solos de aluvião. Em 1989, nesta

região, foram plantados 4,515 hectares, obtendo-se uma produção de 112.875

toneladas e produtividade média de 25 t/ha. (DIAS, et al 2001).

3.2. PERDAS PÓS-COLHEITA

As perdas pós-colheita na produção e comercialização de frutas variam

entre 20 a 25%, e depende tanto do produto quanto da tecnologia aplicada. Tal

situação é consequência de uma série de fatores, como a ausência de uma

política específica no setor, a falta de conhecimento dos agricultores e

funcionários e a aplicação de tecnologias adequadas para o transporte e

conservação da qualidade do alimento. As perdas pós-colheita são qualquer

diminuição na disponibilidade do alimento que foi destinado para consumo ou

industrialização, existindo a possibilidade de serem evitadas ou reduzidas. A

quantificação das perdas de alimentos é um fator de difícil determinação.

(MACHADO, 2011)

A identificação dos fatores pós-colheita que diminui a qualidade e o valor

comercial da melancia é de extrema importância, para que se possa aumentar

a eficiência na comercialização mantendo a qualidade, diminuindo perdas e

ampliando lucros. Além disso, a determinação da vida útil deste produto

oferece maior garantia de qualidade e segurança na sua comercialização.

(PESSOA, et al).

As perdas são qualificadas como a parte física da produção que não édestinada ao consumo em razão da depreciação da qualidade dos produtos,

devido à deterioração, causada por amassamentos, cortes, podridões e outros

fatores. (VILELA, et al. 2003).

As injúrias são definidas como sintomas que podem ser visíveis ou

mensuráveis, e comumente aparecem no pós-colheita dos produtos agrícolas

nas diferentes etapas de comercialização. Dentre estas, as injúrias mecânicas

e as doenças que acometem as frutas após a colheita são as grandes


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responsáveis pela redução da qualidade dos frutos durante a comercialização

(MARTINS, et al., 2011) .

As injúrias mecânicas, além de alterar a aparência dos frutos, estimulam

a produção de etileno, acelerando o amadurecimento e, consequentemente,reduzindo seu tempo de comercialização. Podem também facilitar a entrada de

patógenos que provocam as doenças pós-colheita, e por alterar os frutos em

consistência, cor e sabor, depreciando-os ainda mais. As doenças pós-colheita

podem ser divididas em duas categorias: as típicas, ocasionadas por

patógenos que infectam os frutos após a colheita, frequentemente através de

ferimentos; e as quiescentes, ocasionadas por patógenos que infectam a fruta,

antes da colheita, mesmo na ausência de ferimentos, permanecendo latentesate a maturação (MARTINS, et al., 2007).

Assim, as perdas refletem na sociedade, pois geram consequências

econômicas. A variação no comportamento do mercado induz mudanças em

importantes parâmetros econômicos. O aumento de perdas faz com que o

equilíbrio de mercado diminua e os preços cresçam. Quando o preço de

equilíbrio cresce, ocorre redução no excedente do consumidor. Neste caso, o

consumidor paga o custo das perdas que é embutido no preço final do produto.De forma geral, qualquer perda é prejudicial para os consumidores (VILELA, et

al. 2003).

Então, aumentar a vida útil se torna o principal objetivo dos fisiologistas

na pós-colheita, e o estudo dos problemas existentes compreende o

conhecimento dos componentes que influenciam no sistema. Os sistemas

existentes foram desenvolvidos para evitar a ação microbiana, e danos à

qualidade física e nutricional dentro do sistema de manuseio (PINTO, 2002).

Todos os setores da cadeia produtiva têm suas significativas perdas e

devem ser observadas e analisadas a fim de minimizar este problema. As

perdas começam no campo no momento da colheita e perpassam pelo

armazenamento e transporte até chegarem ao comércio. Os produtos são mal

manuseados, mal armazenados e mal transportados muitas vezes de forma

que se danifiquem ou se deteriorem.


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Uma maneira de conservar as frutas é por meio da temperatura. Este é o

fator ambiental mais importante, não só do ponto de vista de comercial, como

também por controlar o amadurecimento, uma vez que regula os processos

fisiológicos. A atividade metabólica das células deve ser suficiente para mantê-

las vivas, de forma a preservar a qualidade comestível dos frutos durante o

período de armazenamento. (CARLOS, et al., 2002)

Porem, um dos maiores desafios no processo de conservação pós-

colheita da melancia in natura é o transporte destes frutos para os mercados

consumidores, pois seu tamanho é grande e são pesados e na grande maioria

das vezes, são transportados a granel, empilhados, percorrendo grandes

distâncias até esse mercado(PINTO, 2002).Moretti (2003) cita alguns cuidados a serem tomados durante o

transporte para minimizar ou evitar os danos fisiológicos e mecânicos. Um

desses cuidados é a importância com o empilhamento dos produtos, que por

ter risco de sobrecarga podem causar consequentes danos mecânicos.

A maioria dos cultivares podem possuir frutos muito grandes, atingindo

massas superiores a 5 kg. Por isso, apesar da melancia possuir uma casaca

espessa e resistente, que tenda a protegê-la da perda de água, este fruto ésensível a batidas e sobrecarga, amassamento, que podem causar

deterioração e alterações em sua qualidade (DURIGAN, et al., 2007) .

A sensibilidade ao dano varia com o estado físico e biológico do fruto

pós-colheita, como a temperatura, conteúdo de água, estágio de crescimento e

maturação e fatores ligados ao manuseio e transporte (DURIGAN, et al., 2007).

Essas perdas refletem na comercialização e podem causar alterações

no valor total do benefício social do produto, por interferirem no comportamento

do mercado, provocando variações em importantes parâmetros econômicos,

como deslocamentos da curva de oferta e de preços de equilíbrio (*VILELA, et

al, 2003).

Quando a percentagem de perdas do fruto é pequena, um pequeno

aumento no volume de produção pode compensá-la, porem à medida que esta

percentagem de perda eleva, a produção deve aumentar em maior proporção.

(BARBOSA, 2010).


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3.3. DANOS MECÂNICOS

Os danos mecânicos podem ser definidos como deformações que

podem ser plásticas, rupturas superficiais e, em casos mais extremos,

destruição em tecidos vegetais. São provocadas por forças externas, causando

deformações físicas ou alterações fisiológicas, químicas, e bioquímicas de cor,

aroma, sabor e textura. (MACHADO, 2011)

Os danos físicos acontecem durante o manuseio do produto e

aparecem, principalmente, sob forma de cortes, rupturas, amassamentos ou

ferimentos, e podem atingir o fruto superficialmente ou

profundamente.(BARBOSA, 2010)

Alguns trabalhos constataram que a injúria por impacto não apresenta

sintomas externos visíveis, ou seja, o pericarpo do fruto permanece intacto no

momento da injúria e só evolui para regiões lesionadas com o passar do

tempo. Já o dano mecânico por compressão pode ser causado pela aplicação

de pressão variável contra a superfície externa do fruto durante o transporte

e/ou comercialização inadequada. (MATTIUZ, et al., 2002 apud SANCHES et

al, 2008 apud GRIGIO et al. 2011).

Após a compressão indevida dos frutos, observa-se o desencadear de

respostas fisiológicas que podem promover a ruptura das células da epiderme,

causando o desenvolvimento de reações enzimáticas e, com isso, o surgimento

do composto de coloração marrom, responsáveis pela depreciação do produto

(RADI et al.(1997) apud GRIGIO, et al., 2011).

O dano por corte é geralmente atribuído a uma forte colisão do frutocontra uma superfície irregular, ou pela imposição de uma superfície cortante e

com pressão sobre o presente fruto, como a própria embalagem de colheita ou

objetos cortantes utilizados no processamento, armazenamento e transporte

dos mesmos. Independente do caso, o resultado deverá ser o rompimento e a

perda da integridade celular na região do corte. (SANCHES, et al., 2008)

As perdas com o transporte variam de acordo com as estações do ano,

sendo mais intensas nas épocas chuvosas. O mau estado de conservação dasestradas brasileiras, associada às altas temperaturas que ocorrem no Brasil,


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aceleram a deterioração, de forma que as perdas dos produtos perecíveis,

como hortaliças, podem chegar a 30%(*VILELA, et al, 2003).

Se, em tese, as razões físicas dos danos mecânicos sofridos pelas

frutas e hortaliças são de simples entendimento, na prática, os valores dessesparâmetros do interior dos órgãos vegetais são desconhecidos pelos

pesquisadores. Assim, existe uma dificuldade em avaliar os parâmetros físicos

ocasionados durante um choque, ou na situação em que um fruto é mantido

estático no interior de uma pilha ou caixa no período de empilhamento

(DANTAS, et al., 2014).

Foi observado que os frutos são muito afetados pela compressão e

impactos sofridos durante o transporte. A força de compressão pode serrepresentada pela medida de firmeza celular do vegetal e é um critério útil para

definir a altura da embalagem (LUENGO, et al., 2003). A melancia possui uma

proteção natural, sua casca espessa, porém ela não resiste a toda força de

compressão, e como não é comumente usado embalagens é necessário

conhecer as cargas máximas suportadas para estimar a altura de

empilhamento.

A quantificação desses danos tem como principal função facilitar atomada de decisão por parte do produtor, atacadista e varejista quanto à

necessidade de investimentos em prevenção, pois ter conhecimento das

causas possibilita a tomada de medidas para a redução de perdas pós-colheita,

que consequentemente, serão medidas lucrativas. (TEZOTTO, et al., 2011).

3.4. IMPORTÂNCIA DO CONHECIMENTO DAS PROPRIEDADES

MECÂNICAS DE PRODUTOS AGRÍCOLAS

O conhecimento das propriedades mecânicas básicas é um pré-requisito

para simulações e cálculos para definição do comportamento de um material,

quando submetido a diferentes tipos de carregamento. Dentre as propriedades

evidencia-se o módulo de elasticidade do material, enquanto o conhecimento

deste módulo permite que sejam feitas comparações de resistência relativa devários materiais. (COUTO, et al., 2002)


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Muitos pesquisadores têm empregado os procedimentos e testes usados

para materiais não biológicos, na tentativa de obterem dados mais significativos

no comportamento mecânico de produtos agrícolas (COUTO, et al., 2002).

A partir de um modelo reológico podem-se obter parâmetros queforneçam índices sobre textura e também características subjacentes aos

processos de amadurecimento. Pesquisadores vêm estudando e propondo

alguns modelos reológicos que se ajustem a dados experimentais para vários

produtos agrícolas (DANTAS, et al., 2014).

Desse modo, todo o conhecimento do comportamento mecânico do

produto agrícola é necessário para melhoramento de equipamentos no

processo de colheita, embalagem e transporte visando máxima eficiência,minimizando ao máximo os danos que possam ser causados.

3.5. PROPRIEDADES MECÂNICAS

Cada corpo deforma de maneira diferenciada quando submetidos a um

mesmo tipo de carregamento. O que diferencia um corpo do outro é a relaçãoentre força e deformação. A mais simples equação é aquela em que a

deformação é diretamente proporcional à força. O experimento mais comum

para se medir a resposta mecânica de um material é o teste de compressão

uniaxial, através do qual uma força, gradualmente crescente, é aplicada

através de uma placa compressora no material, enquanto os dados de força-

deformação são registrados durante a compressão (COUTO, et al., 2002).

Se o material é não biológico, geralmente uma parte de formageométrica regular é retirado do material e submetido aos testes. Os valores de

força e deformação dependem do seu tamanho, pois quanto maior for maior

será a força para produzir a mesma deformação. Na caracterização da

resposta do material, os dados de força-deformação são expressos em termos

de quantidades que independem do tamanho, a força é dividida pela área da

seção transversal, resultando em valores de tensão axial, e a deformação é

dividida pelo seu comprimento inicial, para se obter a deformação específica


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axial.A curva de “força-deformação” para um material transforma-se,então, em

uma de “tensão-deformação específica”.

Para um grande número de materiais, o comportamento inicial da curva

de “tensão-deformação específica” é linear. A constante de proporcionalidade,ou inclinação da reta, é denominada módulo de elasticidade, único para cada

material e mede sua rigidez. A utilização das partes retiradas do material

biológico para a determinação do módulo de elasticidade é bastante

questionada. Quaisquer modificações de um material intacto, na tentativa de se

obter um padrão, podem proporcionar resultados que se desviam do

comportamento mecânico real do material biológico. No caso de corpos

convexos (grãos, frutos e vegetais intactos) a determinação do módulo deelasticidade por meio das curvas de “força versus deformação”, obtidas de

testes de compressão entre placas paralelas, torna-se mais complexa. O

contorno convexo do produto faz com que as áreas de contato entre o material

e as placas, variem de acordo com a deformação do produto. Mohsenin (1978)

expõe uma solução para a determinação das tensões de contato em dois

corpos convexos,elásticos e isotrópicos, quando pressionado um contra o

outro, denominada teoria de Hertz. (MOHSENIN, 1978 apud COUTO, et al.,

2002)

3.5.1. TEORIA DE CONTATO HERTZ

Sabendo que ensaio de compressão aplicado a materiais com formatos

curvos, esféricos, elípticos ou outra forma não adequada para a acomodação

entre as placas planas da prensa, é complicado de se realizar, então através

de estudos bibliográficos constatou que para o caso de ensaio de compressão

na melancia pode-se obter o módulo de elasticidade também através de uma

teoria conhecida como Teoria de Contato de Hertz.

Sendo aplicada para análise da determinação da máxima superfície de

pressão e do módulo de elasticidade, de um material pressionado entre duas

placas convexas ou planas.

Na teoria de Hertz fazem-se conjecturas para aplicação do método:


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3.5.2. DEFORMAÇÕES PLÁSTICAS E ELÁSTICAS

As forças estáticas e dinâmicas que causam danos mecânicos às frutas

e hortaliças envolvem fatores físicos bem definidos em termos de força,

pressão, impulso e da elasticidade (MACHADO, 2011).

Dentre as propriedades mecânicas importantes para a avaliação de um

material, pode ser citado o limite elástico, limite de proporcionalidade, módulo

de elasticidade e módulo de resiliência (BARBOSA, 2010).

Esforços e deformações elásticas são definidos como fenômenos

reversíveis,independentemente de serem causados por forças de impacto ou

compressão, ou outros tipos de esforços bióticos, físicos ou químicos. Os

esforços elásticos também são independentes do tempo de exposição, e os

órgãos sujeitos aos mesmos, retornariam ao estado inicial após sua remoção

da força aplicada. No entanto, a recuperação elástica ideal deste tipo

geralmente não ocorre em sistemas biológicos complexos, como se podeobservar no estudo de recuperação do volume e da forma de frutas e hortaliças

comprimidas individualmente ou em pilhas (MACHADO, 2011).

A determinação do limite elástico e do limite de proporcionalidade, com

finalidade de conhecer a zona elástica do material, é feita por carregamentos e

descarregamentos sucessivos do corpo de prova até que seja alcançada uma

carga onde se possa observar, com uma precisão suficientemente boa, uma

deformação permanente no caso do limite elástico, ou uma tensão onde a


26/48

26

deformação deixa de ser proporcional a ela no caso do limite de

proporcionalidade (BARBOSA, 2010).

As deformações plásticas, por outro lado, são irreversíveis e aumentam

em função do tempo de exposição à tensão. Após a remoção dessa tensão, o

órgão que acumulou uma quantidade de deformação plástica permanece

deformado nesta medida. Esse tipo de resposta, dependente do esforço

aplicado e do tempo de exposição (MACHADO, 2011).

A Figura 3 representa o limite elástico e de proporcionalidade dos

materiais.

Figura 3: Curva tensão-deformação onde o Limite elástico (Le) e o Limite de

proporcionalidade (Lp); (BARBOSA, 2010)

O módulo de elasticidade pode ser determinado por:

= / (1)

Onde:

= Módulo de elasticidade, N/m2;

= Tensão aplicada, N/m2

;


27/48

27

= Deformação especifica, %;

A resiliência corresponde à capacidade do material em absorver energia

quando é deformado elasticamente. O módulo de resiliência é a máxima

energia de deformação que um material pode absorver sem sofrerdeformações permanentes, ou seja, energia de deformação por unidade de

volume até o limite de elasticidade.

As equações matemáticas que representam o módulo de resiliência são

dadas por:

= ()/2 (2)

ou

= /2 (3)

= modulo de resiliência, J/m3;

= modulo de elasticidade, N/m2;

= tensão de limite de proporcionalidade, N/m2;

= deformação, %;

Como já foi dito, os corpos se deformam de maneira diferenciada, assim

podemos distinguir um material de outro pela relação entre a força e

deformação obtida através de ensaios mecânicos. É fundamental que, para

melhores cuidados com a melancia para evitar os danos mecânicos, seja

sabido o seu módulo de elasticidade.

3.6. COMPORTAMENTO ELÁSTICO, PLÁSTICO E

VISCOELÁSTICO

3.6.1. COMPORTAMENTO ELÁSTICO

A maioria dos materiais comporta-se elasticamente sob baixos níveis detensão. A deformação elástica imediata é obtida após a aplicação do


28/48

28

carregamento, que permanece constante enquanto o nível de tensão for

mantido e desaparece imediatamente após a remoção da carga. A principal

característica da deformação elástica é a reversibilidade. A maioria dos

materiais elásticos apresenta um comportamento linear (FARINA, 2009).

3.6.2. COMPORTAMENTO PLÁSTICO

O comportamento plástico ocorre sob altos níveis de tensões, nos quais

o comportamento deixa de ser elástico. Após a total aplicação da carga a

deformação pode continuar a aumentar por um curto período de tempo,

permanecendo constante enquanto o carregamento for fixo. Há deformação

após a remoção da carga, a qual é chamada inelástica (FARINA, 2009).

3.6.3. COMPORTAMENTO VISCOELÁSTICO

Materiais viscoelásticos apresentam uma relação entre tensão e

deformação que dependem do tempo e da frequência. Para os materiais que

apresentam uma resposta viscoelástica, seu comportamento é representado

com uma ação elástica em virtude do carregamento, seguido por um lento e

contínuo aumento da deformação a uma taxa de variação da deformação

decrescente com o tempo, ou seja, uma desaceleração do aumento da

deformação (FARINA, 2009).

Quando a tensão é removida ocorre uma rápida recuperação elástica

seguida por uma recuperação de deformação dependente do tempo a uma

taxa de variação continuamente decrescente. Materiais que apresentam este

fenômeno são significativamente influenciados pelo nível de tensão e quantomaior o tempo passado em tensão constante, maior será a deformação

correspondente. Deste modo, o tempo representa um fator muito importante no

comportamento desses materiais.

Se após a remoção da carga uma porção mensurável da deformação

não desaparece após um longo período de tempo, com esta porção residual

sendo afetada pelo carregamento, então esta deformação é chamada

viscoplástica (FARINA, 2009).


29/48

29

A figura 4 mostra esquematicamente os comportamentos elástico,

plástico e viscoelástico.

Figura 4: Comportamentos mecânicos. (BARBOSA,2010)


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31/48

31

V1- Citrulluslanatusvarlanatuscv. ‘Jenny’. Com o fruto oblongo,médio, casca verde claro e

listras finas.

V2-Citrulluslanatusvarlanatuscv.‘CrimsonSweet’. Com o fruto oblongo, grande,

casca verde claro e listras espessas.

V3-Citrulluslanatusvarlanatuscv.F1 ‘ jenny x LD’. Com o frutooblongo, médio, cascaverdeclaro e listras finas.

V4-Citrulluslanatusvarcitroidescv.‘MF0241’. Com o fruto comprido,grande, casca branca e sem listras.

V5-Citrulluslanatusvarcitroidescv.‘MF0242’. Com o frutooblongo, médio, casca verde

escura e listrado.

V6-Citrulluslanatusvarcitroidescv.‘MF0240’. Com o fruto redondo,pequeno, casca verde e listrado.


32/48

32

4.2. ENSAIOS DE COMPRESSÃO

Para realização dos ensaios de compressão foi utilizada a Máquina

Universal de Ensaios EMIC DL 10000, da linha Digital Line (DL), do tipo bifusode bancada, com capacidade de carga máxima de 10000 kgf e com célula com

a capacidade para 10 toneladas, podendo ser regulada com velocidades de

operação variando entre 0,01 e 500 mm/min. Esta máquina é conectada a um

microcomputador que armazena os dados adquiridos dos ensaios, através do

software Tesc EMIC, versão 3.04. que está alocada no laboratório de

Engenharia Mecânica da Universidade Federal do Vale do São Francisco –

UNIVASF – campus Juazeiro-BA. A figura 5 mostra a máquina utilizada.

Figura 5: Máquina Universal de Ensaios EMIC.


33/48

33

Os frutos foram submetidos ao ensaio de compressão na máquina,

foram colocados entre suas duas placas planas, como também pode-se

observar na figura 4.

Para determinar a força máxima suportada pelos frutos sem quehouvesse dano físico, o experimento visou analisar situações próximas da

realidade. Os frutos foram dispostos em duas posições que possivelmente são

colocados para armazenamento ou transporte, na vertical e na

horizontal(repouso) (Figura 6).

Figura 6: Disposição das melancias entre as placas, posição vertical


34/48

34

Figura 7: Disposição das melancias entre as placas, posição horizontal

As melancias, antes de aplicada à compressão, foram devidamente

pesadas por uma balança de precisão e dimensionadas obtendo sua altura ediâmetro com auxilio de uma régua e um esquadro.

A melancia tem o corpo com um formato elíptico e na posição horizontal

a área de contato com a prensa não é total por causa de sua forma

arredondada e esse contato vai aumentando durante a compressão até que o

contato máximo existe no momento em que ocorre a ruptura e é cessada a

força aplicada como mostra a figura 8.


35/48

35

Figura 8: Ruptura da melancia na carga máxima.

Em acordo com a Teoria de Contato de Hertz na determinação damáxima superfície de pressão e do módulo de elasticidade de um corpo,

pressionado entre duas placas planas e ainda considerando a solução proposta

por Timoshenko & Goodier (1951) para o caso de corpos esféricos, este

trabalho utiliza do equacionamento sugerido por este último para determinar o

módulo de elasticidade dos frutos, além da forma proposta pela análise da

curva “Força x Deformação”. (BARBOSA, 2010)

Foram ensaiadas oito frutos de cada cultivar, sendo 4 frutos testados naposição vertical e 4 na horizontal.


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36

5. RESULTADOS E DISCUSSOES

A tabela 1 mostra o valor médio das dimensões básicas das melancias,

com seus respectivos desvio padrão, utilizadas nos ensaios de compressão.

Tabela 1 – Dimensões básicas das 6 variedades da melancia.

Amostra Massa

Média (g)ComprimentoMédio (mm)

DiâmetroMédio (mm)

Variedade 1 3992 ± 536,67 219 ± 11,42 194 ± 9,60

Variedade 2 7621 ± 1163,42 273 ± 16,08 245 ± 7,62

Variedade 3 5299 ± 1125,78 236 ± 19,32 207 ± 13,19

Variedade 4 4502 ± 715,60 298 ± 39,04 179,12 ± 6,42

Variedade 5 3466 ± 362,12 215 ± 11,73 184 ± 9,72

Variedade 6 342 ± 70,15 87 ± 6,25 88 ± 5,54

De acordo com os dados da tabela 1, observa-se um desvio padrão

muito alto para a massa, isso ocorre por se tratar de um ensaio em um produto

agrícola onde temos pouca homogeneidade entre as amostras. As melancias

antes de serem colocadas na máquina universal de ensaios, foram

mensuradas com o auxílio de uma balança de precisão, esquadro e régua.

As seguintes figuras mostram a curva da força aplicada versus a

deformação, na posição vertical e horizontal de cada variedade, sendo as

figuras 9, 10, 11, 12, 13, 14, referentes às variedades 1, 2, 3, 4, 5, 6

respectivamente.


37/48

37

Figura 9 – Curva força versus deformação. Variedade 1, na posição vertical e

horizontal.

Figura 10 – Curva força versus deformação. Variedade 2, na posição

vertical e horizontal.

0

500

1000

1500

2000

2500

0 20 40 60 80

F o r ç a ( N

)

Deformação (mm)

Horizontal

Vertical

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 20 40 60 80 100

F o r ç a ( N )

Deformação (mm)

Horizontal

Vertical


38/48

38





0

500

1000

1500

2000

2500

0 20 40 60 80

F o r ç a ( N

)

Deformação (mm)

Horizontal

Vertical

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0 20 40 60 80 100

F o r ç a ( N )

Deformação (mm)

Horizontal

Vertical


39/48

39




vertical e horizontal

A tabela 2 apresenta os valores médios da força e deformação máxima,

na posição vertical e horizontal de cada variedade, com seu desvio padrão

atribuído a cada medida.

0

500

1000

1500

2000

2500

0 10 20 30 40 50 60

F o r ç a ( N

)

Deformação (mm)

Horizontal

Vertical

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 5 10 15 20 25

F o r ç a ( N )

Deformação (mm)

Horizontal

Vertical


40/48

40

Tabela 2 – Carga de ruptura e deformação máxima das 6 variedades de

melancia.

O estudo das propriedades mecânicas de produtos hortícolas tem a

finalidade de se obter dados suficientes acerca das cargas máximas capazes

de provocar a ruptura da casca de tais frutos. O presente trabalho verifica a

influência do posicionamento das melancias, no momento em que chegam emseu limite máximo de carga suportada.

Verifica-se que todas as variedades suportam maior carga na posição

vertical e consequentemente maior deformação. Observa-se, que a variedade

6, por possuir menores dimensões, apresentaram menor carga de ruptura e

deformação. As amostras da variedade 4, mostraram maior resistência por

suportar maior carga tanto na posição vertical quanto na horizontal.

Várias pesquisas relacionadas às propriedades mecânicas de produtos

hortícolas apresentam seus estudos baseados na teoria do comportamento

viscoelástico para a análise e determinação de tais propriedades, dentre os

quais, pode-se citar: Zoerb (1958), Mase (1970),Yang (1966), Rosenfield

(1992), Linares & Dal Fabbro (1997) (MACHADO, 2011).

Depois de submetidas ao esforço, no final do ensaio, as amostras

apresentaram um comportamento plástico.

48,97 ± 3,09

21,35 ± 3,25

Deformação média

máxima, na posiçãovertical (mm)

61,78 ± 5,15

78,99 ± 7,73

61,44 ± 11,79

59,85 ± 8,42

58,28 ± 6,30

62,72 ± 12,62

45,51 ± 7,35

41,79 ± 4,19

Deformação média

máxima,na posiçãohorizontal (mm)

38,16 ± 6,54

18,83 ± 0,61

1,72 ± 0,39

1,49 ± 0,31

3,54 ± 0,83

1,94 ± 0,48

1,03 ± 0,11

2,12 ± 0,27

1,91 ± 0,29

3,61 ± 0,37

1,96 ± 0,35

1,13 ± 0,27

2,24 ± 0,14

Força média máxima,

na posição horizontal(kN)

Força média máxima,

na posição vertical(kN)Amostra

Variedade 1

Variedade 3

Variedade 4

Variedade 5

Variedade 6

1,81 ± 0,12

Variedade 2


41/48

41

As deformações plásticas, por outro lado, são irreversíveis e aumentam

em função do tempo de exposição à tensão. Após a remoção dessa tensão, o

órgão que acumulou uma quantidade de deformação plástica permanece

deformado nesta medida. Esse tipo de resposta,dependente do esforço

aplicado e do tempo de exposição, foi observado nos estudos de esforço de

compressão do tomate (PEREIRA, 1996; PEREIRA & CALBO, 2000apud

MACHADO, 2011) e nos estudos de embalagens de hortaliças. (LUENGO et

al., 2003; LUENGO, 2005apud MACHADO, 2011).

É importante salientar, que através do ensaio de compressão é possível

verificar o comportamento mecânico de corpos de qualquer natureza. A razão

principal para o estudo da posição em que as melancias suportam maior

esforço é: garantir a redução das perdas no momento de transporte e

armazenamento desses frutos.

Os danos físicos acontecem durante o manuseio do produto e

aparecem, principalmente, sob forma de abrasões, cortes, rupturas,

amassamentos ou ferimentos, podendo atingir o fruto superficialmente ou

profundamente. (Chitarra & Chitarra, 2005apud BARBOSA, 2010 ).

A figura 15 representa o comportamento de uma das amostras da

variedade 6 durante o ensaio de compressão, na posição vertical, no momento

da ruptura do fruto.


42/48

42

Figura 15-Instante em que uma amostra de melancia da variedade 6 atinge o

ponto de ruptura máximo, na posição vertical.

A Figura 16 mostra uma melancia da variedade 4, após ter sido atingida

a carga máxima de ruptura, na posição horizontal.

Figura 16 – Amostra de uma melancia da variedade 4 após atingir o ponto de

ruptura máximo, na posição horizontal.


43/48

43

Pode ser verificado que a ruptura do fruto ocorre em um eixo paralelo ao

eixo de aplicação da força, este comportamento é semelhante para todas as

amostras de melancia.

Os Módulos de elasticidade médios calculados, a partir do ensaio de

compressão nas melancias das variedades analisadas, são mostrados na

Tabela 3.

Tabela 3 – Módulos de elasticidade das melancias, nas posições

horizontal e vertical.

Com a mudança de posição dos corpos de prova, houve uma diferença

nos valores dos módulos de elasticidade. Isso ocorre por causa da influência

dos parâmetros: deformação, força e dimensões que regem a equação

utilizada para calcular os resultados da tabela acima.

Para prever o comportamento mecânico das amostras em questão, foi

utilizada a equação da teoria da elasticidade de corpos elípticos comprimidos

entre duas placas.

Dispondo-se da teoria de Contato de Hertz e seguindo as proposições

de Timoshenko & Goodier (1951) para solução de problemas relativos a

elasticidade aplicada a corpos convexos em contato com superfícies planas,

aceitando que a melancia apresenta uma forma semelhante a uma elipsoide,

pode-se estimar o valor de E para corpos desta forma a partir da

Variedade 2

Variedade 3

Variedade 4

Variedade 5

Variedade 6 5,649 1,477

Amostras

0,612 0,511

1,581 0,941

1,153 0,802

Posição horizontal

(MPa)

Posição

vertical (MPa)

0,551 0,524

0,337 0,326

Variedade 1


44/48

44

equação.(Timoshenko & Goodier, 1951; Linares, 1996; Laurenti, 1997 apud

BARBOSA, 2010).

(4)

Como aproximação, foi utilizado um valor de 0,41 para o coeficiente dePoisson, μ, citado na equação em função do comportamento viscoelástico

apresentado pelas melancias que é próximo ao valor estimado para materiais

termoplásticos e para os valores dos raios de curvatura, r ,R, foram utilizados os

diâmetros e os comprimentos respectivamente.

O módulo de elasticidade é dependente do valor da deformação do fruto;

quanto maior for a deformação, menor será o valor do módulo. As melancias na

posição vertical apresentaram maior deformação, a equação evidencia ainfluência da deformidade no resultado do modulo de elasticidade, pode-se

concluir que as amostras na posição vertical mostram menores valores de

módulo.


45/48

45

6. CONCLUSÃO

Depois de feito os experimentos do trabalho pode-se chegar asseguintes conclusões:

- As melancias, de todas as variedades, demonstraram médias de cargamáxima suportada na posição vertical.

- As deformações maiores também foram observadas nesta posição.

- O módulo de elasticidade foi maior na posição horizontal.

- A variedade 4 mostrou que suporta maior carga em ambas posições.

Os desvios padrões da massa dos corpos de prova obtidos foram altos,pois por ser um produto agrícola, podem existir variações na estrutura dentro

de uma mesma variedade ou em variedades diferentes. Essa falta dehomogeneidade juntamente com fatores aleatórios de tamanho e possível nívelde maturação eleva o desvio padrão.

7. SUGESTÕES PARA FUTUROS TRABALHOS

A seguir, sugestões serão apresentadas para trabalhos futuros a fim demelhorar os estudos do comportamento mecânico das melancias e pode gerarbenfeitorias para a sociedade:

Realizar o estudo sobre a influência do estágio de maturação naspropriedades, a fim de determinar qual o melhor estágio parasuportar cargas;

Fazer ensaios de compressão com diferentes taxas de deformação,para verificação da influência dessa variável;

Fazer estudo direcionado à polpa do fruto, para determinar umafirmeza e resistência melhor do fruto;

Realizar estudos aprofundados a fim de estimar qual aspecto faz a

melancia suportar a carga na posição vertical;

Simular comportamento mecânico da melancia utilizando o métododos elementos finitos;


46/48

8. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DA MELANCIA UTILIZANDO ENSAIOS DE COMPRESSÃO

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