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Fluidodinamica computazionale per l'ottimizzazione di estrusori per pasta

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5° Presentazione del workshop finale del progetto NPFP

Fluidodinamica computazionale per l'ottimizzazione di estrusori
per pasta

Sito web del progetto: www.npfp.it

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Fluidodinamica computazionale per l'ottimizzazione di estrusori per pasta

  1. 1. Prof. Ing. Giuseppe Vignali Centro CIPACK - Università di Parma Fluidodinamica computazionale per l'ottimizzazione di estrusori per pasta
  2. 2. NPFP 2 2 Estrusori • Tra le tecnologie di lavorazione dei polimeri e dei biopolimeri, l’estrusione occupa una posizione preminente per versatilità e vastità d’impiego • Considerando le caratteristiche fisiche del materiale, si possono individuare nell’estrusore tre diverse zone: • zona di trasporto del solido (feeding zone) • zona di fusione o di plastificazione (plastification zone) • zona di trasporto del fuso (metering/pumping zone)
  3. 3. NPFP 3 3 Processo di estrusione I più importanti parametri di processo sono: • forma e dimensione dello stampo alla trafila • forma e dimensione della vite • pressione • temperature • tempo di permanenza del prodotto nell'estrusore • attriti interni (shear rate e shear stress) • velocità di rotazione della vite • contenuto di acqua nel materiale grezzo e nella miscela durante il processo monovite bivite
  4. 4. NPFP 4 Impasti a base di amido • L’amido è una miscela di due polimeri del glucosio: amilosio (lineare) e amilopectina (ramificato), organizzati in una struttura di granuli semicristallini, che crea all’interno del composto alcune zone amorfe e altre cristalline • Quando i granuli di amido sono riscaldati in eccesso di acqua, si verifica una transizione che porta a un loro rigonfiamento per assorbimento di acqua e parziale solubilizzazione, fenomeno detto «gelatinizzazione»
  5. 5. NPFP 5 Cross Model η = η0 1 + λγ 1−𝑛 Carreau Model η = η∞ + η0 − η∞ 1 + γ2 λ2 𝑛−1 2 Power law η = 𝑘γ 𝑛−1 Bingham Model η = τ0 γ + 𝑘 γ γ 𝑐 𝑛−1 𝑝𝑒𝑟 γ < γ 𝑐 η = τ0 2 − γ γ 𝑐 γ 𝑐 + 𝑘 2 − 𝑛 + 𝑛 − 1 γ γ 𝑐 𝑝𝑒𝑟 γ > γ 𝑐 Herschel- Bulkley Model η = τ0 γ + 𝑘 γ γ 𝑐 𝑛−1 • Modelli reologici utilizzati nella letteratura scientifica per lo studio fluidodinamico di snack food (non-newtoniano) Impasti a base di amido
  6. 6. NPFP 6 • Scelta del modello reologico ottimale per la descrizione del prodotto di interesse Scelta del modello reologico
  7. 7. NPFP 7 • Test modelli reologici su configurazioni geometriche semplici Scelta del modello reologico
  8. 8. NPFP 8 • Test modelli reologici su configurazioni geometriche semplici Scelta del modello reologico
  9. 9. NPFP 9 • Parallelamente alla ricerca bibliografica si sono realizzati modelli simulativi al fine di testare l’operatività del software di simulazione, focalizzando lo studio sulle seguenti problematiche: • validazione dei modelli reologici trovati, rispetto ai dati reologici oggi disponibili • scelta della metodologia corretta da seguire per la rappresentazione del dominio computazionale • verifica della risposta del software a geometrie via via più complesse, fino all’individuazione dell’ottimo • realizzazione del modello 3D dell’estrusore bi-vite Simulazione
  10. 10. NPFP 10 • Utilizzo del modello sviluppato per la valutazione di differenti configurazioni geometriche Simulazione
  11. 11. NPFP 11 • Utilizzo del modello sviluppato per la valutazione di differenti configurazioni geometriche Simulazione
  12. 12. NPFP 12 Zone inlet 1 2 3 4 5 6 7 outlet Viscosity [Pa s] 0,1353 0,0903 0,0916 0,0914 0,0912 0,0919 0,0917 0,1013 0,1036 0,0115 0,0279 0,0442 0,0606 0,0769 0,0933 0,1096 0,1260 0,1423 0,1587 0,1750 inlet 1 2 3 4 5 6 7 outlet Viscosità[Pas] Sezioni • Utilizzo del modello sviluppato per la valutazione di differenti configurazioni geometriche Simulazione
  13. 13. NPFP 13 www.npfp.it Partecipanti a questa attività • Roberto Montanari, Giuseppe Vignali • Emmanuele Imperiali, Marco Mistroni

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