Lo studio ha sfruttato la simulazione fluidodinamica per arrivare ad una progettazione ottimizzata della geometria di un mixer per fluidi non newtoniani contenenti particolato solido.

A parità di volume e prodotto trattato, il lavoro ha preso in considerazione le quattro principali variabili di design della macchina:
- la forma e le dimensioni del tank nel quale avviene il processo;
- la geometria e la velocità di rotazione dell’agitatore (da queste variabili dipenderà anche la potenza assorbita);
- l’eventuale presenza di deflettori fissi, che vadano a rompere la formazione di vortici;
- il posizionamento dell’albero rotante dell’agitatore, che può essere assiale o decentrato.
La miscelazione è un processo spesso complesso, da analizzare attentamente per prevedere le caratteristiche dei prodotti in uscita. I fenomeni fisici che regolano il processo si complicano quando il prodotto da mescolare è multifase, ossia quando contiene pezzi solidi.
Questi infatti, oltre ad impattare sulla viscosità dell’insieme, spesso hanno densità differenti da quella del liquido. E’ il caso di molti prodotti o semilavorati dell’industria del Food and Beverage, come i succhi o gli sciroppi contenenti pezzi di frutta.In questi ambiti si hanno necessità contrastanti tra loro: da un lato quella di conferire al prodotto un’energia sufficiente a mantenerlo omogeneo, dall’altra quella di trattarlo in modo delicato, per non danneggiare il particolato.
L’obiettivo è quello di progettare il sistema in modo da ottenere un effetto bilanciato tra omogeneità e conservazione delle caratteristiche originali. Un miscelatore universale, non può esistere. Esistono invece soluzioni ottimali che dipendono dalle caratteristiche dei prodotti.
Per valutare l’efficacia di ognuna dei miscelatori analizzati, FMB ha introdotto una serie di indicatori di performance (Key Performance Indicators, o KPI) che tenessero conto delle finalità del processo:
- Mantenere in agitazione la porzione più elevata possibile del volume di prodotto, evitando quindi la presenza di zone di ristagno.
- Fare in modo che la velocità impartita dall’agitatore al fluido sia più omogenea possibile in tutto il volume del serbatoio.
- Contrastare l’affioramento della frazione solida. Di conseguenza la maggior parte dell’energia cinetica trasmessa dall’agitatore dovrà essere diretta verticalmente, per mantenere i pezzi in sospensione.
- Minimizzare per quanto possibile il danneggiamento dei pezzi negli urti con mixer o pareti.
I KPI hanno permesso di quantificare in modo oggettivo le prestazioni della macchina, basandosi sui desiderata dell’azienda produttrice. Abbiamo ricavato indicazioni importanti sulle caratteristiche geometriche che hanno il maggior impatto sulle performance. Lo studio ha permesso di capire quale tra le configurazioni analizzate fosse la migliore in termini assoluti.
Il lavoro, svolto per conto di aziende impiantistiche del settore Food and Beverage di Parma, è stato presentato alla conferenza internazionale MAS 2012, a Vienna. La conferenza era incentrata sulla simulazione applicata ai contesti ingegneristico-produttivi.
L’articolo basato sul lavoro svolto è stato premiato col riconoscimento di “Best Paper Award”, dedicato al miglior articolo scientifico della conferenza.
