Gennaro CUCCURULLO | Progetti

SCAMBIO TERMICO NEL RISCALDAMENTO A MICROONDE PER L'INDUSTRIA ALIMENTARE

La ricerca si propone di accelerare la previsione numerica dei profili di temperatura per un liquido incomprimibile che viene sottoposto a riscaldamento a microonde (MW) nella regione di ingresso termica e dinamica. Si pensa di descrivere la parte fluidodinamica mediante metodi analitici approssimati che fanno uso di variabili di similitudine e tecniche d'approccio che si inquadrano nel contesto dei residui pesati. Queste tecniche sono già state applicate con successo a condizioni fluidodinamiche in presenza di dissipazione viscosa. La ragione dell'approccio ibrido numerico/analitico risiede nelle difficoltà di convergenza e anche nel notevole onere calcolativo richiesto da una soluzione numerica. Quest'ultimo approccio è di fatto inutilizzato se non in casi studio concettuali e di non pratica spendibilità. Gli aumenti di temperatura usualmente in gioco nei processi alimentari sono tali da richiedere il ricorso a proprietà dielettriche dipendenti dalla temperatura. Si auspica, dunque, di poter ridurre i problemi di calcolo, introducendo una semplificazione nella descrizione del termine di generazione nell'equazione dell'energia. Tale semplificazione farà riferimento a tecniche perturbative e darà luogo ad un modello ibrido che auspica di poter fornire uno strumento per la previsione accurata della distribuzione di temperatura. Tipicamente, si reperiscono in letteratura valori puramente teorici o puramente sperimentali. Non vi è collegamento tra le due sfere della ricerca anche perchè le competenze richieste al ricercatore sono trasversali e separate in diversi settori scientifici. In risposta a ciò la presente ricerca mira a coniugare i risultati della modellazione sopra descritta con quelli sperimentali. In particolare è all'attenzione la possibilità di realizzare uno scambiatore microonde/fluido di lavoro costituito da tubazioni in vetro o PTFE e d'altra parte di costruire un modello numerico FEM 3D. Le equazioni di Maxwell saranno risolte nel dominio della frequenza sia nel "fluido applicatore" che nel dominio di aria complementare utilizzando elementi tetraedrici non strutturati. Sulla porta della guida d'onda (WR 340) sarà assegnata una potenza di 2kW@2450MHz, modalità TE10. La soluzione ibrida andrà comparata con quella numerica completa sia in termini di accuratezza che in termini di velocità.Dal punto di vista sperimentale, assodato che le misure di temperatura sono di solito prese su pochi (tipicamente 4) punti per mezzo di sonde a fibre ottiche, la procedura proposta è intesa a promuovere le risoluzioni più elevate rispetto a quelle standard, che non consentono di ricostruire i profili disuniformi. Sarà perciò effettuata la lettura della temperatura mediante termografia quantitativa a infrarossi. La lettura dall'esterno della cavità mediante termografia è una sfida Le mappe di temperatura rilevate andranno confrontate con quelle teoriche. La lettura dall'esterno della cavità è una sfida particolarmente avvincente: ciò richiederà la riscrittura dell'equazione fondamentale della termografia per il caso specifico in esame e quindi la necessità di un'opportuna calibrazione. Dovranno allora essere processati i dati termografici "grezzi" evitando il processo dei dati effettuato dal firmware built-in nella termocamera. La calibrazione verrà condotta considerando il caso limite di portate tendenti ad infinito per il quale si è dimostrato che l'andamento atteso dei profili di temperatura nel tubo è lineare a prescindere dalla forzante. Occorreranno dunque due sole misure di temperatura esterne alla cavità all'imbocco ed allo sbocco. Queste sono necessarie per la validazione e sul piano pratico per ricostruire profili dall'elevata disuniformità così da poter valutare l'efficacia del trattamento. Si auspica così di poter compiera la vadidazione del modello, ma anche, sul piano pratico, di poter avere elementi per valutare l'efficacia del trattamento.