Evaluación del proceso de extrusión de doble tornillo a partir del modelamiento y simulación en Dinámica de Fluidos Computacionales (CFD) para la obtención de alimentos

Abstract

Se plantea el modelo para simular el flujo no newtoniano de una mezcla de almidón en un extrusor de doble tornillo co-rotativo inter-engrando utilizando la dinámica de fluidos computacional (CFD) para reproducir los resultados de operación real a escala industrial, obteniendo los perfiles de velocidad y temperatura a lo largo del extrusor. La validación de la simulación desarrollada arrojó que el error promedio en la predicción de la temperatura es de -2,6%, significando esto que la simulación subestima en un porcentaje pequeño de 2,6% el valor de la temperatura. Se realizaron consideraciones para simplificar el fenómeno: estado estacionario, modelo de viscosidad de Carreau con parámetros ajustados y sistema adiabático. Se realiza la geometría del equipo completa sin simplificaciones de simetría y se optimizo la malla hasta una calidad ortogonal de 5,31E-02. El modelo muestra adecuadamente el comportamiento de la velocidad y la temperatura que ocurre dentro del extrusor, de gran utilidad para los requerimientos industriales.

Abstract: The model is proposed to simulate the non-Newtonian flow of a mixture of starch in a corotating twin-screw extruder by intergrading using computational fluid dynamics (CFD) to reproduce the results of real operation on an industrial scale, obtaining the profiles velocity and temperature along the extruder. The validation of the simulation developed showed that the average error in the prediction of temperature is -2.6%, meaning that the simulation underestimates the temperature value by a small percentage of 2.6%. Considerations were made to simplify the phenomenon: steady state, Carreau viscosity model with adjusted parameters and adiabatic system. The geometry of the complete equipment is realized without simplifications of symmetry and the mesh is optimized to an orthogonal quality of 5.3E-02. The model adequately shows the speed and temperature behavior occurring inside the extruder, which is very useful for industrial requirements.