CAMPO DE APLICAÇÃO

A presente invenção aplica-se a qualquer área onde grandes cargas de material orgânico particulado são transportadas e/ou exportadas/importadas e há a necessidade de se verificar se tais cargas não estão contaminadas com material inorgânico particulado que não é detectado pelo olho humano.

ESTADO DA ARTE

Será descrito abaixo o procedimento atual de descarga de uma carga de grãos ou partículas de material orgânico, tal como açúcar, para o seu acondicionamento em navios, aviões ou trens de carga.

Nas moegas ou canouras ou tremonhas, durante a descarga de um caminhão é retirada uma amostra desta carga do caminhão para a verificação de existência ou não de impurezas ou contaminações. Tense então o primeiro problema técnico: A amostra pode não representar a realidade de toda a carga, pois depende de como é retirada e por quem é retirada (pessoas estão sujeitas a erro e a corrupção) .

Atualmente, as empresas exportadoras/importadoras têm contratos com empresas de inspetoria para executar este serviço. Ainda não existe uma ferramenta efetiva que consiga retirar uma amostra ao longo de toda a sessão transversal do caminhão (caçamba), como existe para os grãos.

A amostra coletada na caçamba do caminhão é colocada em um saco plástico identificado com o nome da origem da carga (empresa onde a carga foi produzida ou onde estava estocada) que está enviando o produto. Tense então o segundo problema técnico: Como as amostras de diversos caminhões são misturadas em um mesmo saco, não é possível identificar o caminhão que realizou a descarga da carga contaminada.

A cada 1.000 ton descarregadas para uma determinada empresa, tal como uma usina (cada caminhão descarrega em média 30 ton) , o saco de amostras daquela usina é enviado para análise laboratorial, onde, entre outros fatores, é analisada a quantidade de partículas inorgânicas insolúveis presentes. 0 limite permitido de partículas inorgânicas insolúveis (qualquer insolúvel, tal como areia) é de 500 ppm (partes por milhão) , podendo ter alguma variação dependendo do contrato de importação/exportação. Tense então o terceiro problema técnico: Se a amostra de um determinado caminhão estava fora de especificação, mas acabou sendo diluída a níveis inferiores a 500 ppm por ser colocada junto com amostras de outros caminhões sem contaminação, a contaminação não será identificada.

O resultado de uma análise laboratorial tradicional leva em média mais que 1 hora. Tense então o quarto problema técnico: Quando alguma contaminação é identificada, a carga já está dentro do armazém e muitas vezes a contaminação acaba sendo identificada apenas no embarque. No momento do embarque é realizada uma análise referente a partículas inorgânicas insolúveis, cor e umidade da partícula, tal como para o açúcar, mas existem casos em que a contaminação é identificada apenas quando chega ao cliente no exterior. Este é o pior caso, pois pode trazer consequências até de problemas de relacionamento exterior com possíveis represálias junto à OMC.

Adicionalmente a esse processo tradicional da técnica, em cada caminhão é coletada uma pequena amostra para realizar um teste rápido de partículas inorgânicas insolúveis, através da diluição em água e visualização in- loco de alguma parcela de resíduo não solúvel em água. É o chamado "teste do copinho". Tense então o quinto problema técnico: A amostra não é representativa, o método é impreciso e o processo não é confiável (depende de pessoas e não há registros de execução) .

A partir dos problemas técnicos acima elencados, os desafios a serem superados pela presente invenção são:

Identificar contaminação na carga de material orgânico particulado, tal como uma carga de açúcar recebido pela empresa importadora/exportadora com uma alta assertividade, de forma que:

- Todo caminhão tenha toda a sua carga analisada individualmente e instantaneamente sem contato humano (antes que a carga esteja no armazém) ;

Qualquer contaminação acima de 500 ppm seja identificada em qualquer parte da carga; e

- O caminhão contaminado seja identificado, assim como o motorista que transporta esta carga possa ser autuado .

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A fim de resolver os problemas técnicos e os desafios acima elencados, a presente invenção se baseia no seguinte conceito. Apesar de partículas orgânicas, tais como o açúcar, e partículas inorgânicas contaminantes, tais como a areia, possuírem várias características físico-químicas muito parecidas, existe uma significativa diferença entre as duas: a condutividade.

As partículas orgânicas, tal como o açúcar (sacarose) , são um isolante no estado sólido, enquanto as partículas inorgânicas, tal como a areia (sílica) , tem características de semicondutor.

Sabe-se que a absorção ótica de um material semicondutor é alterada mediante a aplicação de um campo magnético, pois os elétrons são excitados da banda de valência (menor energia) para a banda de condução (maior energia) .

Dessa forma, observou-se que apesar de no estado normal nenhuma das duas substâncias apresentarem características de fotoluminescência* mediante a aplicação de luz ultravioleta (UV) , ao serem submetidas a um campo magnético específico, as partículas inorgânicas, tal como a areia (sílica), passam a apresentar tal propriedade.

* A fotoluminescência é a capacidade de uma substância emitir luz quando submetida a radiações de alta energia como ultravioleta (UV) , raios catódicos, raios X e outras.

A fotoluminescência ocorre porque o elétron decai da banda de condução para a banda de valência, quando é excitado pelo UV. Neste processo, inicialmente os elétrons são promovidos para estados mais altos na banda de condução, permanecendo por pouco tempo nestes estados. A energia desses elétrons diminui rapidamente e eles retornam para a banda de valência, emitindo luz.

Para detectar a luz emitida (que não é visível a olho humano) , utilizou-se uma câmera fotográfica com parâmetros ajustados para enxergar a faixa do UV.

Dessa forma, foi construído um primeiro experimento usando :

- Um aparelho eletrônico de indução magnética capaz de trabalhar em uma frequência entre 500 Hz e 2 KHz (no experimento se trabalhou abaixo de 1 KHz) . Em uma corporificação da presente invenção é usada a mesma especificação de indutor de campo magnético, porém com algumas melhorias operacionais, como por exemplo uma caixa de proteção. Um exemplo de indutor usado é o da marca M_GAGE® modelo Q7MEB da empresa Banner Engennering;

- Uma fonte iluminadora de UV com uma gama entre 80 a 90 nm. Em uma corporificação da presente invenção é usado LED com gama ajustável entre 0 e 379 nm. Um exemplo de iluminador utilizado é o ITSLUX®, iluminador a LED UV pulsado da empresa Pumatronix;

- Um dispositivo de captura de imagem, tal como uma câmera fotográfica, com registro de 60 frames por segundo e shutter de obturação de l/2000s (frequência ajustável entre 40 e 70 Hertz. Neste experimento foi calibrada em 50 Hertz; gama ajustável entre 0 e 850 nm. No experimento foi calibrada para 3 faixas de gama: UV {80 - 90 nm) , Visível (380 a 779 nm) , e Infravermelho (780 a 850 nm) ) . Um exemplo de câmera utilizada é a câmera ITSC7ÀM® da empresa Pumatronix;

- Um Iluminador Infravermelho - 300 LEDs (gama 850 nm) ;

- Um computador dotado de um software capaz de se comunicar com a câmera, processar e enxergar a imagem. 0 software é capaz de analisar os pixels que compõem cada frame e, dessa forma, identificar qualquer padrão diferente das partículas orgânicas, tal como as partículas de açúcar; e

- Amostras de partículas orgânicas, tal como açúcar puro, e partículas inorgânicas, tais como areia.

Diversas configurações de misturas de açúcar mais areia foram testadas.

Em todos os casos a diferença de fotoluminescência entre os dois materiais conseguiu ser identificada pela câmera e registrada pelo sistema conectado a ela.

Com base nos resultados do teste acima, os objetivos para a configuração da invenção foram delimitados de modo a tornar a solução viável para uso em campo. Para isso considerou-se que:

1. A solução deveria ser capaz de operar continuamente no fluxo de descarga das moegas. Para definir o(s) melhor (es) ponto (s) seria necessário determinar a espessura máxima em que é possível detectar com precisão a presença de contaminantes;

2. A solução também deveria ser capaz de monitorar a saída do produto do armazém para o navio, pois seria uma segunda barreira antes do produto ir para o navio do cliente. Apesar de neste momento não ser possível identificar o agente causador da contaminação, evitaria danos comerciais maiores. Além disso, alguns caminhões são descarregados diretamente nos armazéns, não passando pela moega. Ou seja, seria necessário apresentar uma solução com portabilidade; e

3. Um software para detecção e alerta automático de contaminantes acima de 500 ppm deveria ser desenvolvido .

Outras alternativas de detecção foram estudadas:

- Um aparelho portátil de detecção: Para análise de amostras em pontos que não terão a solução instalada, por exemplo, descarga direta em armazéns (sem passar pelas moegas) ; e

- Uma solução capaz de detectar as diferenças entre as diferentes cargas de partículas orgânicas recebidos pela empresa importadora/exportadora, tais como açúcar VI, V2 e V3, de forma a impedir que um produto A seja descarregado em uma moega operando com produto B .

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

FIGURA 1 - A figura 1 ilustra o diagrama do processo da presente invenção, onde exemplifica a aplicação da presente invenção no momento de descarga de um caminhão de açúcar em uma moega que desemboca em uma esteira transportadora que pode levar o açúcar para um armazém ou diretamente a um navio para exportação.

FIGURA 2 - A figura 2 ilustra em forma de diagrama o dispositivo da presente invenção. FIGURA 3 - A figura 3 demonstra uma amostra do material orgânico particulado, neste caso o açúcar, e o material inorgânico particulado, neste caso a areia, e a mistura dos dois materiais de modo a permitir a verificação de que não é possível ao olho humano distinguir de uma carga de açúcar está contaminada ou não com areia.

FIGURA 4 - A figura 4 ilustra um modelo do dispositivo portátil da presente invenção.

FIGURA 5 - A figura 5 ilustra a foto realizada pelo dispositivo da presente invenção de uma pequena amostra de material particulado orgânico (16) e uma pequena amostra de material particulado inorgânico (17).

FIGURA 6 - A figura 6 ilustra a foto realizada pelo dispositivo da presente invenção de uma pequena amostra de material particulado orgânico (18) contaminado com porções de material particulado inorgânico (20) e uma pequena amostra de material particulado inorgânico (19) .

FIGURA 7 - A figura 7 ilustra a foto realizada pelo dispositivo da presente invenção de uma mistura de material particulado orgânico com material particulado inorgânico demonstrando a detecção da contaminação do material orgânico, de cor mais escura, pelo material inorgânico, de cor mais clara, de modo que o software de análise de imagens pode realizar o julgamento da presença ou não de contaminantes e se esta contaminação está dentro dos parâmetros internacionalmente aceitáveis ou não.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

0 objetivo do processo da presente invenção é gerar e reportar o grau de pureza da carga de material orgânico particulado, tal como o açúcar, por amostragem, capturando e avaliando imagens sob o máximo de rigor dentro do processo. As imagens são capturadas por câmeras que geram imagens estáticas consecutivas do produto sendo rolado pelos equipamentos para fins de armazenagem e/ou transporte.

As imagens são salvas em arquivos nomeados cujos caminhos são armazenados em um banco de dados {Oracle ou SQL) por um software constituído de três aplicativos:

• sensible access, para visualização de imagens e geração de alarmes;

• sensible administrator, para configurar parâmetros e equipamentos, e;

• sensible service, que é um serviço de background que efetivamente monitora todo o sistema.

Esse software, produzido em linguagem C++, java, java flex, avalia as imagens conforme um algoritmo especialmente desenvolvido para esse fim. Essa avaliação respeita parâmetros configurados através do software no mesmo banco de dados. Também são guardados os resultados das avaliações do grau de pureza do material orgânico particulado (p.ex. açúcar), alarmes e registros de alarmes são gerados quanto ao nível de impureza aceitável, também em conformidade aos parâmetros pré-configurados para o material orgânico particulado a ser analisado.

O Algoritmo

A imagem capturada é transformada em um bitmap de pixels de componentes de cor RGB (Red, Green, Blue) discretizados em valores inteiros que variam de 0 (zero) a Cmax (onde Cmax é maior ou igual a 16) . Um componente de cor 0 (zero) indica que nenhuma intensidade de cor foi detectada e Cmax indica que o valor máximo foi detectado. Valores intermediários são proporcionais ao componente de cor para aquele pixel.

A câraera deverá fornecer as imagens com tonalidades ajustáveis para a cor chamada, cor aceita, que corresponde ao produto considerado bom, onde o produto é o material orgânico particulado. A cor aceita é definida dentro de parâmetros determinados.

Escolhe-se uma cor primária de componente chamada "B" como cor aceita. Outras tonalidades são consideradas não aceitas conforme os parâmetros: rigor de saturação e tolerância de matiz.

O código do software em C++, chamado aqui de isAcceptedColor, para indicar que um pixel de cores acima descrito é de cor aceita ^M B" é dado por

bool isAcceptedColor = (b > (r + s) )

&& (b > (g + s) )

&& (abs (r - g) <= m) ;

"R" e "G" são chamadas de outras cores primárias, que não a cor primária ^V, B", de componentes "r" e "g". O parâmetro s, chamado rigor de saturação, deve ser menor que Cmax, e quanto maior for, mais rigoroso será na determinação da cor primária "B" quanto a saturação, ou seja, ^' mais colorido do que acinzentado. E o parâmetro m, chamado tolerância de matiz, tem atuação como parâmetro se menor que (Cmax - s) , e quanto maior for, mais tolerante será na caracterização da cor primária "B" quanto a sua matiz, ou seja, menos centrado na cor primária "B" do que nas outras cores primárias "R" e "G".

Ajusta-se os parâmetros s e m de forma a coincidir a porção de pixels da cor aceita com o material aceito na imagem, enquanto as impurezas resultem em resultado falso para o cálculo do código isAcceptedColor usando os mesmos parâmetros s e m para as mesmas condições (mesma câmera, mesma iluminação, mesmos ajustes de câmera} .

Faz-se uma proporção de números de pixels de cor aceita com o total de pixels da área da imagem.

A invenção será abaixo descrita com base nas figuras . Conforme pode ser visto na figura 1, um exemplo de aplicação do processo da presente invenção, um caminhão (1) despeja a carga (2) de material particulado orgânico em uma moega .

A carga sai da moega e cai em uma esteira (6) que encaminha o material para um armazém (7) ou diretamente para um navio (8) para exportação ou para um trem de cargas caso a carga seja transportada a outro ponto.

Entre a saída da moega (3) e a esteira (6) é posicionado o dispositivo da presente invenção dotado de ao menos uma fonte de campo magnético, ao menos uma fonte de iluminadora, ao menos uma câmera fotográfica, e um computador, conforme detalhado na figura 2.

A fonte de campo magnético (11) do dispositivo (4) emite um campo com frequência entre 500 e 2Khz, preferivelmente, com frequência entre 800 Hz e 1,2 KHz, e mais preferivelmente emite um campo com frequência de 1,0 KHz.

A fonte iluminadora (10) do dispositivo (4) emite luz com gama entre 0 e 850 nm. A fonte pode emitir uma gama ultra violeta na faixa de 0 a 379 nm. A fonte iluminadora (10) pode ser de LED UV e emitir uma gama ultra violeta na faixa de 80 a 90 nm ou a fonte iluminadora (10) pode ser uma fonte iluminadora de LEDs infravermelho e emitir uma gama de 850 nm.

A câmera fotográfica (9) do dispositivo (4) permite uma configuração para registrar ao menos 60 frames por segundo, com shutter de obturação de ao menos l/2000s com frequência entre 40 e 70 Hz, e calibração de três gamas de luz de 80 a 90 nm ultra-violeta, 380 a 779 nm visível e 780 a 850 nm infravermelho.

A fonte de campo magnético (11), a fonte iluminadora (10) e a câmera (9) do dispositivo (4) estão conectados a um computador (5) que pode estar encapsulado junto com os outros elementos do dispositivo ou estar disposto em separado, dependendo da configuração e aplicação do dispositivo.

Nas aplicações em locais de descarga, como a amostra ocorre de- maneira dinâmica, ou seja, a carga de material particulado está em constante movimento entre a saida da moega (3) e a esteira de transporte (6), e para que se possa cobrir uma área de superfície maior da lâmina formada pelo material particulado orgânico em queda na saída da moega (3), mais câmeras (9), fontes iluminadoras (10) e fontes de campo magnético (11) podem ser instalados no dispositivo (4) aumentando a capacidade de monxtoramento do material.

O processo de identificação de partículas inorgânicas que contaminam cargas contendo partículas orgânicas, conforme exemplificado na figura 1, caracteriza- se por conter as etapas de:

a) É coletada uma amostra da carga de partículas orgânicas, de forma dinâmica ou estática, onde na forma dinâmica, a carga é despejada de um caminhão (1) , ou de qualquer outro meio de transporte de cargas tal como o trem ou navio, em uma moega (3) que afunila a carga e a despeja em uma esteira de transporte (6);

b) O dispositivo (4) localizado entre a moega (3) e a esteira (6) magnetiza a amostra de material particulado orgânico que cai da moega com, pelo menos, um campo magnético com frequência entre 500 Hz e 2 KHz, preferencialmente entre 800 Hz e 1,2 KHz, e mais preferencialmente na frequência de 1,0 KHz;

c) O dispositivo (4) ilumina a amostra com, pelo menos, uma fonte iluminadora com gama entre 0 e 850 nm. A fonte iluminadora pode emitir uma gama ultra violeta na faixa de 0 a 379 nm, a fonte iluminadora pode ser de LED UV e emitir uma gama ultra violeta na faixa de 80 a 90 nm ou a fonte iluminadora pode ser de LEDs infravermelho e emitir uma gama de 850 nm;

d) 0 dispositivo (4) captura imagens da amostra com, pelo menos, uma câmera fotográfica configurada para registrar ao menos 60 frames por segundo, com shutter de obturação de ao menos l/2000s com frequência entre 40 e 70 Hz, e calibração de três gamas de 80 a 90 nm ultra-violeta, 380 a 779 nm visível e 780 a 850 nm infravermelho;

As imagens são enviadas ao computador para o processamento, avaliação e julgamento da imagem. Nas figuras 5 a 7 são ilustradas as imagens geradas pelo dispositivo e analisadas pelo software. A figura 5 demonstra que o material particulado orgânico (16) não emite luz e o material particulado inorgânico (17) emite uma luz forte. A figura 6 demonstra que a contaminação da amostra de material particulado orgânico (18) por porções de material particulado inorgânico (20) é facilmente identificada pelo software do presente dispositivo (4). A figura 7 demonstra como uma mistura de material particulado orgânico com material particulado inorgânico é monitorada pelo dispositivo (4) e a detecção da contaminação do material orgânico é feita, a cor mais escura representa o material orgânico, e a cor mais clara representa o material inorgânico, deste modo, o software de análise de imagens pode realizar o julgamento da presença ou não de contaminantes e se esta contaminação está dentro dos parâmetros internacionalmente aceitáveis ou não conforme o algoritmo descrito acima;

e) 0 software do dispositivo diagnostica a amostra em contaminada ou não com base no parâmetro de 500ppm como sendo o limite aceito de contaminantes na carga; e, após o diagnóstico, f) O dispositivo dá o comando de bloqueio ou liberação da carga para ser armazenada em um armazém (7) ou em um navio (8) para exportação. As etapas de magnetização, iluminação e captura de imagens são administradas pelo software instalado no computador de forma a obter as imagens com qualidade suficiente para a realização do diagnóstico de contaminação.