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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40985| Título: | Modelagem e simulação do processo de secagem de filmes biopoliméricos à base de amido de milho |
| Título(s) alternativo(s): | Modeling and simulation of the drying kinetics of corn starch-based biopolymer films |
| Autor(es): | Abbatepaulo, Giovanni Veneziani |
| Orientador(es): | Gozzo, Angela Maria |
| Palavras-chave: | Biopolímeros Filmes finos Modelos matemáticos Biopolymers Thin films Mathematical models |
| Data do documento: | 6-Jul-2026 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Campo Mourao |
| Citação: | ABBATEPAULO, Giovanni Veneziani. Modelagem e simulação do processo de secagem de filmes biopoliméricos à base de amido de milho. 2026. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia de Alimentos) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Campo Mourão, 2026. |
| Resumo: | A crescente demanda por materiais biodegradáveis tem impulsionado o desenvolvimento de filmes biopoliméricos à base de amido, tornando fundamental a compreensão dos fenômenos envolvidos em sua secagem. Esta constitui uma das principais operações unitárias empregadas na produção de filmes biopoliméricos, influenciando diretamente suas propriedades físicas, mecânicas e funcionais. Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo analisar a cinética de secagem convectiva de filmes biopoliméricos à base de amido de milho por meio de modelos matemáticos semiteóricos e fundamentados na Segunda Lei de Fick. Foram utilizados dados experimentais previamente obtidos pelo grupo de pesquisa para filmes produzidos a partir de soluções filmogênicas contendo amido de milho e sorbitol, submetidos à secagem em estufa com circulação de ar nas temperaturas de 50, 60, 70 e 80 °C. A modelagem matemática foi realizada com auxílio do software MATLAB R2024a, empregando os modelos semiteóricos de Newton, Page e Page Modificado, bem como um modelo fenomenológico baseado na Segunda Lei de Fick para geometria de placa plana. A qualidade dos ajustes foi avaliada por meio dos parâmetros estatísticos, sendo coeficiente de determinação (R²), raiz quadrada do erro médio (RQMR), erro médio absoluto (MAE) e soma dos erros quadráticos (SSE). Os resultados demonstraram que o aumento da temperatura reduziu significativamente o tempo de secagem e promoveu tendência de aumento da difusividade efetiva da umidade, variando de 1,54 × 10⁻⁸ m²/s a 4,47 × 10⁻⁸ m²/s. Entre os modelos avaliados, o modelo de Page apresentou o melhor desempenho na representação da cinética de secagem, com coeficientes de determinação superiores a 0,98. Os valores de difusividade efetiva situaram-se na ordem de 10⁻⁸ m²/s, enquanto a energia de ativação determinada pela equação de Arrhenius foi de 29,35 kJ/mol. Os resultados obtidos indicam que a modelagem matemática empregada foi adequada para descrever o transporte de umidade durante a secagem, fornecendo parâmetros relevantes para a compreensão, simulação e otimização de processos envolvendo filmes biopoliméricos à base de amido. |
| Abstract: | The growing demand for biodegradable materials has stimulated the development of starch-based biopolymeric films, making it essential to understand the phenomena involved in their drying process. Drying is one of the most important unit operations employed in the production of biopolymeric films, directly influencing their physical, mechanical, and functional properties. In this context, the present study aimed to analyze the convective drying kinetics of corn starch-based biopolymeric films using semi-theoretical mathematical models and models based on Fick’s Second Law. Experimental data previously obtained by the research group were used for films produced from film-forming solutions containing corn starch and sorbitol, subjected to drying in a forced-air oven at temperatures of 50, 60, 70, and 80 °C. Mathematical modeling was performed using MATLAB R2024a software, employing the semi-theoretical Newton, Page, and Modified Page models, as well as a phenomenological model based on Fick’s Second Law for a flat-plate geometry. The quality of fit was evaluated using the statistical parameters coefficient of determination (R²), root mean square error (RMSE), mean absolute error (MAE), and sum of squared errors (SSE). The results demonstrated that increasing the drying temperature significantly reduced the drying time and promoted an overall increase in the effective moisture diffusivity. Among the evaluated models, the Page model provided the best representation of the drying kinetics, with coefficients of determination higher than 0.98. The effective moisture diffusivity values were on the order of 10⁻⁸ m²/s, while the activation energy determined from the Arrhenius equation was 29.35 kJ/mol. The results indicate that the proposed mathematical modeling approach was suitable for describing moisture transport during drying, providing relevant parameters for the understanding, simulation, and optimization of drying processes involving corn starch-based biopolymeric films. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40985 |
| Aparece nas coleções: | CM - Engenharia de Alimentos |
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