Problematiche del settore dolciario: modellazione dei fenomeni di frattura nei wafer

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Durante la produzione industriale dei wafer le operazioni del taglio del prodotto costituiscono una delle fasi più critiche dell’intero processo. Infatti, durante tale fase il prodotto si può rompere, provocando una significativa riduzione della produttività del processo. Per limitare questo rischio è necessario disporre di modelli matematici in grado di prevedere la deformazione e la frattura dei wafer. Pertanto, in uno studio recente, effettuato da un gruppo di ricercatori inglesi (Mohammed et al., 2011), è stata effettuata un’analisi dettagliata dei fenomeni coinvolti in questi processi, utilizzando tecniche sperimentali, analitiche e numeriche. In particolare, i campioni sono stati sottoposti a test meccanici di compressione e di flessione, analizzando la microstruttura interna con un microscopio ottico, un microscopio elettronico a scansione (SEM) ed un sistema di tomografia computerizzata. Gli autori evidenziano che la struttura del prodotto è paragonabile a quella di una gomma espansa fragile ricoperta da un struttura decisamente più densa e più rigida. I valori dei moduli di compressione e di flessione sono risultati, rispettivamente, pari a 4.3 ed a 980 MPa. Ciò dimostra che la maggiore deformazione in flessione avviene nella parte più dura ed esterna del prodotto, ma in compressione i danni strutturali iniziano nella parte centrale del wafer. Inoltre, basandosi sulle immagini tridimensionali generate dalla tomografia è stato possibile determinare che la porosità globale dei biscotti è pari al 71% circa. Nello studio viene, infine, proposto un modello agli elementi finiti che si è dimostrato in grado di correlare con buona approssimazione i dati sperimentali, confermando il fatto che il collasso della struttura avviene dapprima nel cuore del prodotto.

Bibliografia

I.K. Mohammed et al., Procedia Food Science, 1, 2011, 499-504

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