Formatação e Matrizes – Princípios Básicos | Fernando Raizer para Editora Stilo

        Vamos falar aqui um pouco sobre as matrizes destinadas ao segmento Pet Food.

Não é  porque  as matrizes feitas para a extrusão de nutrimentos para peixes ou camarões sejam desinteressantes – é que as possibilidades de formatos para Pet Food  e suas combinações realmente trazem desafios bem maiores de “design”.

 

Também não vamos correr o risco de tentar abordar com profundidade a base teórica do design de matrizes. Essa base é uma ciência complexa, envolve estudos dos fluxos de materiais em estado termo-plástico, cálculos das perdas de carga em pontos específicos das figuras, influencias da granulometria, dos diversos dos tipos de formulação, teores e tipos de amidos, etc.

Grandes empresas do ramo de construção de máquinas extrusoras mantem equipes de engenheiros e áreas de testes exclusivamente dedicadas para o design de matrizes.

No entanto, o primeiro e fundamental princípio é que a qualidade do “crumble”, biscoito ou “pellet” começa com a matéria prima de boa qualidade e o processo correto de extrusão.

O formato é um requerimento de marketing/vendas – há uma infinidade deles que podem ser utilizados isoladamente ou em combinações.

No passado, estudos demonstraram (por exemplo) que além do menor tamanho relativo, para uma mesma formulação e mesma palatabilidade, os felinos tem uma leve preferência por biscoitos com formatos mais agudos, com pontas, em detrimento de formatos esféricos.

Mas não temos conhecimento de estudos recentes que comprovem ou neguem essa pretensa preferência dos felinos por esse tipo de formato.

Voltando ao uso de matrizes com formatos diversos combinados, nesse caso a complexidade do design da matriz aumenta consideravelmente, pois a massa se comporta quase como um líquido – não adianta o quanto o designer se esforce para que ocorra ao contrário, a massa tende a fluir mais sempre pelo caminho mais fácil, com menos obstruções – e isso causa deformações nos formatos desejados.

Para quem está desenhando a matriz, é muito importante receber amostras de biscoitos que sejam pelo menos bem semelhantes aquilo que o cliente deseja.

Uma solicitação de desenhar e produzir uma matriz para formatos de “peixinhos”, “cruzinhas” ou “coxinhas” pode ter resultado final bem diferente do que o cliente espera. Qualquer fabricante só vai colocar uma matriz em produção depois que o desenho da matriz for aprovado, e isso não é garantia que essa matriz vai gerar formatos exatamente como o cliente espera.

Ingredientes diferentes em uma mesma fórmula, o % e tipo de amido causando menor ou maior expansão, o modelo e a potência da máquina, área aberta da matriz um pouco além ou aquém do que seria o ótimo, as disposições de furos de formatos diferentes nas fileiras da matriz influenciam muito o resultado final.

Além de fazer com que o produto saia com o formato desejado, a matriz tem por finalidade restringir o fluxo, e dessa forma contribuindo para o processo de expansão da massa.

Quanto menor e/ ou mais complexo o furo, maior é a necessidade de fazer a massa chegar até ele com facilidade. Furos com diâmetros muito pequenos por exemplo, exigem um ângulo de entrada que determine o ingresso da massa de forma suave, com a menor restrição possível:

 

Exemplo:

Sendo “D”  o diâmetro do furo e “L” o comprimento do canal de compressão (também chamado “land lenght”, dizemos que a relação L/D é :

• CURTA, se L/D é menor que 0,75.
• MÉDIA, se L/D está entre 1,0 e 1,5.
• LONGA, se L/D for maior que 1,5.

Na tarefa de selecionar para um biscoito um formato que seja adequado sob a ótica de vendas/ marketing, é fundamental que o solicitante forneça todas as informações possíveis para o designer, como por exemplo:

• Ao se utilizar uma matriz simples, de furos regulares como teste, qual é o % de expansão no diâmetro que se obtém quando se utiliza a formulação em questão?
• Qual é o % de amido e o percentual de gordura “por dentro” na fórmula? Frisei o “por dentro”, porque é muito comum informarem o % de extrato etéreo incluído na operação de “coating” (externa) do biscoito, por mais ilógico que isso seja.
• Qual é o % de Proteína Bruta da fórmula?
• A marca e modelo da extrusora, e a potência do motor instalado nela. Frequentemente temos visto máquinas com 240 mm de diâmetro de rosca, com motor de 300 Hps, e máquinas com 200 mm de diâmetro de rosca com 250 Hps. Porque não aproveitar esse plus de potência ajustando adequadamente a área aberta da matriz?
• Configuração do conjunto de roscas e camisas da máquina. Normalmente elas vem do fabricante com uma configuração padrão que serve para a extrusão de pet food e também para a maioria das rações para peixes, mas pode ser que alguém já alterou isso para obter uma configuração mais “agressiva”, e isso faz muita diferença.

A expansão afeta o produto das seguintes formas:

• Densidade.
• Textura
• Absorção de palatabilizantes.
• Tamanho
• Forma

Portanto, uma matriz desenhada erradamente pode comprometer desde a atratividade (palatabilidade) do produto, até a integridade ou a adequação da embalagem para a qual está destinada, e isso é muito caro.

A expansão axial (comprimento do pellet) é efetuada por:

• Design da matriz.
• Parametros do processo (umidade/temperatura), e é controlada pela velocidade da faca.

A expansão radial (diâmetro do pellet), é efetuada por:

• Design da matriz
• Parametros do processo, e controlada pela ÁREA DE ABERTURA.

 

      Em Pet Food normalmente se utiliza uma relação “L/D” entre 0,5 e 1,5 ou seja, médio. 

Para uma densidade entre 300 e 400 g/l, com uma expansão em torno de 55%, utiliza-se 160 mm2 de área aberta para a capacidade de cada tonelada/hora nominal da máquina. Dentro de limites razoáveis de potência (HPs) aplicada ao canhão é possível estabelecer uma relação de área aberta com a potência da máquina, mas isso é apenas parcialmente verdade quando se considera que não importa a aplicação de potência demasiada se a área  de passagem da massa  for insuficiente considerando o diâmetro das roscas.

 

Partindo do princípio que a massa flui sempre pelo caminho de menor resistência, ( menor perda de carga), é sempre um desafio obter um determinado formato real do biscoito a partir do furo no metal.

 

Por isso (por exemplo) na figura abaixo, os 3 tipos de formatos tem a mesma  área aberta, com precisão de menos de 1 mm2:

 

       Além disso estão dispostos em uma única fileira, e é uma boa prática fazer isso sempre que possível. Fileiras de furos mais externas em relação ao centro produzem biscoito com expansão axial maior (comprimento), pois a velocidade da massa aumenta na periferia do canhão. 

Assim se vendas disser que o teste de produção “ficou ótimo, só que apenas o triangulo teria que ser bem menor”, será mais rápido fazer uma matriz só para o triangulo e misturar os biscoitos no sistema de multipartículas. Isso causará troca de produtos e diminuição do % de aproveitamento da máquina, além de menor produtividade, mas a alternativa seria reduzir o tamanho do furo correspondente ao triangulo, e os resultados seriam imprevisíveis, devido às diferentes perdas de carga combinadas dos formatos. Pode até dar certo, mas é um tiro no escuro. Aliás o mais difícil nisso é descobrir exatamente o que vendas quer dizer quando fala “ bem menor”.

 

Produtos com densidade baixa expandem às vezes bem mais que 60% tendo havido mudança expressiva do teor de amido da fórmula. 

Mesmo perdendo algo de área aberta sempre é recomendado deixar um pouco mais de espaço entre os furos para dar conta de alguma expansão adicional, caso contrário os biscoitos não terão espaço para expandir, e mesmo no limite inferior de adição de agua e diminuição de temperatura do canhão eles grudarão entre si na saída da matriz, apresentando um produto com muitos grumos do tipo “unidos venceremos” .

 

Na matriz a regra é: “O Que você  vê, não é o que você obtém”.      

A figura de três lados ligeiramente côncavos deverá produzir um triangulo de faces razoavelmente retas dependendo da expansão (e no caso sem vértices agudos).

Já a outra figura que tem as 3 faces retas produzirá um triângulo de faces convexas, do tipo “gordinho”. 

Na figura abaixo a cauda do peixe parece desproporcionalmente grande: 

      Mas essa parte aparentemente desproporcional só vai expandir 20 a 25%, exatamente porque devido à maior perda de carga nesses pontos a massa tenderá a fluir para o centro do peixe, e expandirá eventualmente 60% ou mais – e o comprimento total também expandirá muito pouco. 

Por isso é tão importante que o designer da matriz receba pelo menos amostras aproximadas dos biscoitos que você deseja, além de todas as informações que relatamos no princípio. 

Se assim não for e devido ao re-trabalho, a sua matriz irá demorar um pouco mais para “sair do forno”, sem falar que poderá ter que ser refeita, causando custo adicional para o seu processo. 

SUCESSO!!!

 

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