L’attività nasce dalla collaborazione tra FMB e Mazzoni LB, azienda leader mondiale nell’ambito dell’impiantistica per la produzione di saponi solidi (www.mazzonilbgroup.com). L’obiettivo era quello di ottimizzare i processi industriali alla base della produzione dei saponi stessi.

Ciò per far fronte alla domanda crescente di saponi solidi, a testimonianza di un miglioramento delle condizioni igieniche nei paesi in via di sviluppo.
Uno dei momenti più critici del ciclo di produzione di una saponetta è la fase di stampaggio. In questa fase il sapone viene trasformato da semi lavorato (barre di sapone grezzo) a prodotto finito (saponetta).
La realizzazione del prodotto finito avviene all’interno di uno stampo, suddiviso a suo volta in due semi-stampi realizzati in leghe metalliche. Al loro interno, in un apposito circuito, scorre un liquido refrigerante, che serve a mantenere a basse temperature l’assieme e quindi a consentire il distacco delle saponette dopo lo stampaggio.Il processo avviene in continuo a velocità elevate, fino a 60 stampaggi al minuto, su macchine contenenti 10 o più cavità, quindi con produttività importanti. Avere il pieno controllo della fase di stampaggio del sapone, analizzando e ottimizzando la macchina, diventa dunque necessario.
Il lavoro svolto dal team FMB ha considerato i parametri di dimensionamento e progettazione di queste macchine. Attraverso strumenti di simulazione termo-fluidodinamica, ha realizzato un modello in grado di riprodurre, per intero, il funzionamento dello stampo.
L’analisi CFD applicata allo studio termico degli stampi consente di prevederne l’evoluzione della temperatura nel tempo. E’ possibile valutare l’efficienza nello scambio con il fluido refrigerante e la corretta geometria dei canali di raffreddamento.
E’ stato così possibile analizzare quanto avviene all’interno della macchina in termini di:
- Temperatura dello stampo (in particolare delle cavità che imprimono la forma alle saponette)
- Temperatura del liquido refrigerante (identificazione di zone di ristagno e “hot spot” che ostacolano il raffreddamento)
- Tipologia di moto e distribuzione delle velocità del fluido refrigerante
- Perdite di carico incontrate dal fluido nell’attraversare il circuito
In una prima fase si è andati ad analizzare il comportamento a vuoto della macchina con prove sperimentali ripetute. Ciò ha consentito di caratterizzare termicamente i materiali degli stampi e il fluido termo-vettore.
Per un’analisi più accurata, durante i test sono stati fatti variare i due parametri operativi che gestiscono il processo: temperatura e portata del liquido refrigerante. E’ stato così possibile individuare le condizioni operative ottimali per la macchina oggetto di studio.Nella seconda fase del lavoro si è invece andati a riprodurre, tramite modellazione, il processo di stampaggio vero e proprio. Nel modello abbiamo inserito una condizione al contorno che riproducesse il contatto tra macchina e sapone, ricavata sperimentalmente, permettendo così di studiarne anche l’esatto scambio termico.
Storicamente, l’approccio alla progettazione di questa tipologia di macchine, è sempre stato molto cautelativo: si basa su una stima approssimata per eccesso del calore asportato da ciascuna saponetta. La tendenza comune è quella di tarare a livelli eccessivamente bassi la temperatura di raffreddamento.
Il modello sviluppato e gli innumerevoli test implementati durante questa collaborazione, hanno invece portato ad una conoscenza molto più approfondita della macchina stampatrice.
Ciò ha permesso di ottenere le informazioni necessarie per un’adeguata gestione della macchina stessa, e quindi di raggiungere l’obiettivo aziendale di migliorare l’efficienza e l’efficacia del processo produttivo.
