La fluidodinamica computazionale nei processi alimentari

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L’obiettivo della tesi di dottorato è quello di migliorare le conoscenze sulla fluidodinamica computazionale, uno strumento matematico utile per meglio comprendere fenomeni fisici in sistemi complessi come gli alimenti. Il lavoro è composto da una serie di esperienze che riguardano l’applicazione della CFD in vari processi alimentari. L’obiettivo finale è quello di dimostrare come questa tecnica può migliorare lo sviluppo di nuovi prodotti e processi, riducendo il tempo necessario ed i costi, apportando anche una migliore conoscenza dei fenomeni fisici alla base dei processi alimentari.

Conclusioni. Nello studio è stata valutata la miscelazione di un liquido (acqua o soft drink) con CO2. Allo scopo è stata utilizzata la tecnica CFD e sono stati utilizzati due diversi erogatori, uno con flusso tangenziale, uno radiale. In particolare, per quantificare l’efficienza della miscelazione, sono state valutate le frazioni volumetriche d’acqua di entrambi gli erogatori per tre portate diverse. A partire dal valore teorico di 0,741, la configurazione tangenziale sembra fornire una miglior miscelazione in tutte le condizioni studiate. Inoltre, per la configurazione radiale le condizioni di processo sono state diverse, ottenendosi i migliori risultati con la massima velocità di flusso, a differenza della geometria tangenziale che ha fornito i migliori risultati ai valori più bassi. Questa diversità potrebbe essere dovuta al diverso comportamento della camera di miscelazione: quando il flusso liquido entra tangenzialmente una maggior portata aumenta la turbolenza e, quindi, il grado di miscelazione. Tuttavia, il flusso tangenziale comporta movimenti centrifughi lungo la parte interna dell’alloggiamento che hanno determinato un minor grado di turbolenza nel dominio. Di conseguenza, per raggiungere un valore di miscelazione più elevato, è necessario un tempo di permanenza altresì più elevato, quindi corrispondente alla portata più bassa. Per quantificare l’efficienza di miscelazione, sono state anche confrontate le diminuzioni di pressione, calcolate come differenza tra la pressione media all’ingresso e quella media nella sezione di scarico di entrambi gli erogatori. Dai risultati ottenuti emerge che le perdite di carico minori sono state ottenute, in tutte le condizioni testate, con la geometria tangenziale. Ciò è, probabilmente, conseguenza di una minor turbolenza all’interno della camera di miscelazione. In generale, la caduta di pressione è diminuita all’aumentare della portata. In conclusione, questo lavoro di tesi dimostra l’utilità dell’approccio matematico per analizzare e prevedere il comportamento della miscelazione del fluido, anche in geometrie complesse, e per la progettazione ottimizzata dei sistemi di erogazione dei gas utilizzati nell’industria delle bevande.

Riferimenti. PhD Matteo Cordioli, tutor Prof. Davide Barbanti – Università di Parma

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