Modelagem matemática e validação experimental do processo de extrusão na produção de pellets biodegradáveis de amido de mandioca.

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Siqueira, Larissa do Val
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Amido de mandioca; Cassava starch; Computational fluid dynamics; Embalagens plásticas; Extrusão; Extrusion; Fluidodinâmica computacional; Packaging; Pellets
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-26022026-104005/

Neste projeto, foi desenvolvido um modelo numérico que simula a produção de pellets de amido de mandioca por extrusão, etapa anterior à produção do filme biodegradável. O estudo foi conduzido em extrusora de duas roscas gêmeas co-rotativas, configuração amplamente utilizada em materiais sensíveis à temperatura. Para fornecer dados ao modelo matemático do processo, foi realizada uma etapa experimental, em que as propriedades termofísicas do material foram medidas, assim como a perda de água durante o processo e suas propriedades reológicas. Foram também realizados ensaios para medir o tempo de residência e a energia mecânica específica durante o processo, parâmetros importantes para a sua avaliação. O modelo foi resolvido em CFD e simulou a seção no interior da extrusora na qual o material atinge o estado fluido, chamada seção de processos. Os ensaios de extrusão para definição das propriedades do material foram realizados com velocidade das roscas de 80 rpm, vazão de alimentação de 63 g/h e perfil de temperatura definido. A partir desses ensaios obteve-se os resultados de densidade do material na seção de processos de 1266,9 kg/m³; perda de 25,66 % de água durante o processo; as equações de condutividade térmica e calor específico em função da temperatura; o valor dos coeficientes da equação de Lei de Potência para modelar a dependência da viscosidade com a taxa de cisalhamento; a relação de Arrhenius para modelar a dependência da viscosidade com a temperatura; o tempo médio de residência na seção de processos (2,04 min) e ao longo da extrusora (17,32 min); e a energia mecânica específica de 663,61 kJ/kg. O modelo considerou as propriedades obtidas, e teve também definidas as condições de contorno do processo, o domínio da solução, as estratégias numéricas da solução e a definição das partes móveis. Por fim, o modelo foi validado comparando valores de temperatura preditos com os obtidos experimentalmente ao longo da seção de processos.