Parâmetros e dúvidas frequentes sobre o processo de extrusão - Luiz Gomide Ferraz

Extrusoras produzem, atualmente, diversos tipos diferentes de produtos, entre os quais podemos destacar: ração animal, cereais matinais, doces, pães crocantes, ingredientes alimentícios pré-cozidos, farinhas de milho e arroz pré-gelatinizadas, misturas de alimentos secos, pó para bebidas instantâneas, bolachas e wafers, processo de desativação enzimática da soja, proteína texturizada de soja, entre outros. Uma grande vantagem do cozimento por extrusão é justamente sua capacidade de produzir uma ampla gama de produtos diferentes.

Algumas das funções exercidas pela extrusora que podemos citar são: aglomeração, desidratação, expansão, gelatinização, homogeneização, mistura, desnaturação de proteínas, cisalhamento e formatar produtos.

 Qual o modelo de extrusora mais adequado para minha necessidade?

O processo de escolha do modelo de uma extrusora para a produção de alimentos para animais precisa levar em consideração diversos fatores. Segue abaixo algumas perguntas que precisam ser respondidas caso a caso:

• Quais serão os principais ingredientes a serem utilizados na receita do alimento?
• A formulação da ração contém altos teores de carne fresca?
• Quais são os teores de umidade dos ingredientes principais?
• Qual é o teor de gordura dos ingredientes que serão utilizados na formulação da ração?
• Qual será a disponibilidade dos ingredientes fixos ou sazonais e dos ingredientes substitutos que podem ser usados ocasionalmente?
• O alimento a ser produzido será do tipo “bi colorido” ou então do tipo “snack” preenchido com algum recheio?
• Qual o volume de produção necessário por hora? O tamanho de uma extrusora depende do tamanho do mercado, uma vez que as extrusoras garantem melhor qualidade do produto quando operam a plena capacidade.

 

Quais os principais componentes de uma extrusora?

Pré-condicionador

A principal função do pré-condicionador é misturar os ingredientes, líquidos e secos, hidratando os ingredientes secos e realizando o pré cozimento, agregando temperatura à massa através da injeção de vapor. Ao fazer isso, podemos aumentar a produção da extrusora, aumentando também a vida útil dos componentes, pois a massa estará com maior teor de umidade; enfim, o precondicionador proporciona o cozimento adequado das matérias-primas e representa uma maneira de aumentar o uso da energia térmica no sistema de extrusão, que é mais barata que a energia mecânica.

Em relação aos diferentes modelos de pré condicionador, podemos citar aqueles com 1 ou com 2 eixos. A diferença entre ambos segue abaixo:

O pré-condicionador de eixo único normalmente possibilita 15 a 20 segundos de tempo médio de retenção da massa e de 15 a 20% de gelatinização do amido.

O pré-condicionador de eixo duplo normalmente possibilita de 45 segundos a 1 minuto de tempo médio de retenção da massa e de 20 a 25% de gelatinização do amido.

 

Imagem de pré condicionador fabricado pela Ferraz:

 

Canhão da Extrusora

Os principais objetivos desta parte da extrusora são: misturar e cozinhar os ingredientes e, ao mesmo tempo, proporcionar o formato e tamanho final ao produto – que podem ser controlados através do uso de uma matriz na extremidade do canhão. É possível também injetar água e vapor para auxiliar no cozimento. Também é possível aquecer o canhão através da injeção de vapor nas carcaças encamisadas visando a auxiliar no processo de cozimento.

Em relação ao canhão, existem modelos de extrusora com eixo simples e eixo duplo. O modelo mais utilizado atualmente é o de eixo simples por ser mais barato, consumir menos energia e atender à maior parte das demandas apresentadas pelo mercado. Porém, o uso de extrusoras com eixo duplo tem crescido bastante nos últimos anos. Segue abaixo descritivo das vantagens apresentadas por tal equipamento:

 

Extrusoras de rosca dupla

Extrusoras de roscas duplas produzem um fluxo mais uniforme de produto através do canhão devido à ação de bombeamento positiva dos helicoides, além de serem mais flexíveis, produzindo com qualidade uma gama de produtos que as extrusoras de rosca simples não conseguem produzir de maneira estável. Além disso, possuem características de equipamento autolimpante, normalmente apresentando camisas lisas, o que torna o processo de limpeza mais fácil e rápido.

São indicadas principalmente para:

• Trabalhar com material viscoso, oleoso, pegajoso ou muito úmido e alguns outros produtos que deslizam em uma extrusora de rosca simples, sendo que é possível trabalhar com formulações que apresentem até 25% de gordura.
• Trabalhar com ampla faixa de granulometria de partículas, desde farelos finos a grãos, enquanto extrusoras rosca simples são limitadas a uma faixa específica de tamanho de partícula.

Imagem de extrusora de rosca dupla fabricada pela Ferraz:

 

 

 

Parâmetros de processo para extrusão de alimentos para animais

O controle adequado dos parâmetros de processamento de extrusão é importante para o sucesso da produção de produtos petfood com qualidade. Podemos dividir esses parâmetros em duas categorias principais: parâmetros independentes e parâmetros dependentes.

 

Parâmetros independentes: são os parâmetros que podem ser controlados pelo operador da extrusora, tais como: fluxo de alimentação da massa, volume de vapor e água injetados no pré-condicionador, rotação do eixo do pré-condicionador, configuração do pré-condicionador (ajuste das pás na angulação que se fizer necessária), volume de água e vapor injetados no canhão da extrusora, configuração do canhão, uso de vapor para aquecimento do canhão e a configuração da matriz.

Parâmetros dependentes são aqueles que se alteram como resultado da alteração de um ou mais parâmetros independentes. Podemos citar como exemplos:

• O tempo de retenção da massa no pré-condicionador é resultado da configuração da pás (angulação) e da velocidade de rotação dos eixos, ajustados no pré-condicionador.
• A temperatura e a umidade no pré-condicionador são resultados da injeção de vapor e água.
• O tempo de retenção na extrusora é resultado da configuração do canhão da extrusora e da velocidade de rotação do eixo do canhão.
• A pressão na extrusora é resultado da área aberta da matriz e da configuração do canhão.
• A energia mecânica na extrusora é resultado da configuração do canhão.

 

Check list a ser cumprido no dia a dia referente ao processo de extrusão:

 

Existem duas regras básicas para a solução de problemas de forma eficiente: instrumentação adequada e conhecimento do sistema de extrusão por parte do operador.

Segue abaixo um check list de itens que o operador precisa verificar no dia a dia:

• Verificar os fluxos de água e vapor para o pré-condicionador.
• Verificar a configuração do canhão da extrusora fornecida pelo fabricante visando a checar se atende aos produtos a serem fabricados.
• Verificar o desgaste dos helicoides e das camisas rotineiramente.
• Verificar a extrusora buscando eventuais peças danificadas ou quebradas.
• Verificar a taxa de alimentação da massa, pode acontecer de o produto não estar sendo alimentado de forma constante.
• Verificar a moagem do farelo que ingressa na extrusora (como regra geral, todos os ingredientes devem ser moídos com granulometria de até 1/3 do tamanho da abertura do furo da matriz).
• Verificar se há desgaste na matriz.
• Verificar a afiação e possível desgaste das faca regularmente
• Verificar se houve alteração de fornecedores de ingredientes ou de especificações dos ingredientes.

 

Alguns problemas de processo que podem ocorrer durante a extrusão:

 

Produto final com formato irregular  

Esse problema ocorre quando o produto flui de forma desigual na matriz, sendo cortado mais grosso de um lado do que do outro. Se isso acontecer, reduza a espessura das lâminas das facas e/ou aumente a velocidade das facas, reduzindo o número de facas. Além disso, ajuste o ângulo da lâmina ou esmerilhe para que a faca não fique plana contra a face da matriz.

Esse problema também pode ser causado pelo produto fluindo mais rápido para um lado da matriz. Em uma extrusora de rosca simples, a velocidade na parte externa da matriz tende a ser maior que a velocidade no centro. Essa diferença de velocidade pode ser reduzida trabalhando-se com um venturi, um sistema de sub matriz antes da matriz final ou criando um espaço “morto” entre a extremidade do canhão e a matriz.

 

Taxas de alimentação de farelos diminuindo

Isso ocorre quando há uma queda na taxa de alimentação que foi utilizada como padrão por um período. À medida que os helicoides e as camisas se desgastam, ocorre maior contra fluxo de ração no canhão. A um determinado nível de pressão, o canhão enche, atingindo o ponto em que o extrusado começa a retornar para a entrada. A taxa de alimentação deve ser reduzida até que as peças desgastadas sejam substituídas.

Um eixo da extrusora desalinhado ou quebrado pode causar também o problema relatado acima, fazendo com que a alimentação recue. Verifique se os helicoides estão configurados corretamente.

Peças da extrusora estão desgastando rapidamente:

A lista a seguir nos fornece uma ideia dos fatores que afetam o desgaste dos componentes da extrusora:

• Umidade: à medida que o teor de umidade dos ingredientes utilizados na extrusão aumenta, o desgaste diminui. Produtos com teor de umidade de 14 a 16% podem desgastar as roscas da extrusora em 400 horas. Enquanto produtos com umidade de 26% pode aumentar a vida útil da rosca para até 10.000 horas.
• Pré-condicionador: o pré-aquecimento dos ingredientes em um pré-condicionador pode reduzir significativamente o desgaste dos helicoides e, em alguns casos, pode dobrar a vida útil dos componentes.
• Ingredientes: formulações de ração com alto teor de ossos, calcário, sal e açúcar podem desgastar rapidamente as peças da extrusora.
• Moagem: a granulometria, quanto mais grossa das partículas utilizadas da formulação de ração, aumentará o desgaste da extrusora.
• Óleo/gordura: maiores teores de gordura, óleo e emulsificantes na formulação de petfood podem reduzir o desgaste dos helicoides e das camisas.