Estudo da cinética de secagem de esferas de alginato considerando encolhimento

• Autor(a) principal: Bastiani, Fabio Henrique
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/11556
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA; Biopolímeros; Secagem; Modelos matemáticos; MATLAB (Programa de computador); Biopolymers; Drying; Mathematical models; MATLAB (Computer program)

Alginato de sódio é um biopolímero que vem sendo muito estudado desde os anos 2000, possuindo grandes aplicações nas áreas biomédica e alimentícia. O alginato pode ser utilizado para produzir microcápsulas esféricas de diversos tamanhos, contendo óleos ou extratos. É importante conhecer como a umidade do material varia com o tempo, para planejar procedimentos de estocagem, transporte e para maior aplicação de materiais que se difundem para fora das cápsulas. Neste trabalho esferas de alginato foram geradas pelo método da gelificação iônica, formando cápsulas esféricas que, posteriormente, foram submetidas a um processo de secagem para estudar a cinética de secagem do biopolímero. Foram coletados dados experimentais de umidade e tamanho do material com o tempo. Foi proposto um modelo fenomenológico, oriundo de um balanço de massa em estado transiente, para descrever a perda de umidade e diminuição de tamanho das partículas com o tempo. No modelo é necessário conhecer a variação do raio com o tempo. Esta variação foi descrita por duas equações empíricas diferentes: a equação de Page (Modelo RP) e a equação de uma curva Sigmoidal (Modelo RS). Uma rotina de cálculo foi desenvolvida no software MATLAB para fazer o ajuste de curvas de acordo com os dados experimentais, gerando parâmetros que minimizam a diferença quadrática entre os dados calculados e os dados experimentais (função objetivo). Os dois modelos se apresentaram aptos a representar este fenômeno, tendo desempenho satisfatório no desafio que foi descrever simultaneamente variação do raio e da umidade. O comportamento dos parâmetros foi avaliado em função da temperatura, revelando que a taxa de decaimento de raio e umidade crescem de maneira exponencial com a temperatura. Foi feita uma análise estatística observando os histogramas e gráficos quantis dos resíduos dos modelos, seguida do teste de Shapiro-Wilk, para verificar a hipótese de que os resíduos do modelo fazem parte de uma distribuição normal com 95% de confiança, em torno da média igual a zero. A hipótese, tanto para o Modelo RP, quanto para o Modelo RS, foi rejeitada em 50% das vezes, mostrando que em metade dos casos os resíduos apresentam comportamento normal e nos outros 50% não. O teste de Akaike também foi utilizado neste estudo, como ferramenta de comparação entre os dois modelos obtidos. O teste revelou que o Modelo RP apresenta maior probabilidade de ser o modelo mais apto a descrever os dados experimentais, revelando que a posse de um parâmetro a mais neste caso foi vantajosa.