LA MODELLISTICA TERMO FLUIDODINAMICA NELLO STUDIO DEI PROCESSI DI TRASFORMAZIONE DEI PRODOTTI AGRO-ALIMENTARI
Creators: name: MARAI, SIMONE VIRGINIO
Publisher: name: Universit� degli Studi di Milano
Year: 2013

description: Il modello � una raffigurazione concettuale (molto spesso semplificata) del mondo concreto o di una sua parte, capace di spiegarne il funzionamento attraverso una serie di leggi che bene lo rappresentino. Queste leggi descrivono i principi fondamentali di una teoria e non sempre � possibile risolvere appieno in maniera analitica. Quando ci� accade si utilizzano tecniche numeriche per trovarne la soluzione per mezzo di pacchetti software dedicati allo scopo. Lo sviluppo del modello numerico si compone di tre distinte fasi: la prima (preprocessamento) � l?inserimento dei dati di input riguardanti il materiale, le condizioni al contorno del processo da descrivere e la definizione della griglia di risoluzione del dominio spaziale (mesh), la seconda (solutore) � la risoluzione delle equazioni che descrivono il fenomeno e la terza (postprocessamento) � la visualizzazione dei risultati.
I modelli sono un semplice inserimento di dati fisici all?interno di un software che li utilizza per fornire un risultato, ma � determinante la qualit� dei dati immessi per valorizzare o meno un modello, e la qualit� di questi dati si ottiene con metodi di ricerca rigorosi, messi a punto ad hoc per ogni esperienza. Ci� che vuole essere enfatizzata da questa tesi di dottorato � che la modellistica non � semplicemente imparare ad utilizzare un software, che, pur essendo estremamente complesso, sicuramente non prepara al mondo della ricerca. Ed � questo che fa s� che lo sviluppo di un modello porti allo sviluppo e all?apprendimento di tecniche di ricerca nuove, affrontando ogni giorno sfide differenti, attraverso approcci diversi dai classici procedimenti, in modo da ampliare continuamente il bagaglio culturale personale e inserendo una metodologia innovativa e dal sicuro successo accanto a metodiche oramai consolidate.
Sono state seguite con questo metodo 5 differenti ricerche, le quali mi hanno fatto affrontare problematiche relative alla loro risoluzione peculiari per ogni ricerca:
? Cottura di prodotti da forno;
? Supporti di appassimento uve;
? Precipitazione tartrarica nel vino;
? Trasmissione del calore su una padella;
? Sistema di refrigerazione passiva Icepack.
La cottura di un prodotto da forno � un processo estremamente complesso, dove una infinit� di trasformazioni fisiche, chimiche e biochimiche avvengono. Le caratteristiche fisiche (in particolar modo la diffusivit� dell?acqua all?interno della matrice del biscotto) sono di difficile definizione, cos� come le condizioni al contorno (umidit� assoluta dell?aria della camera di cottura e coefficiente di conduttanza convettiva). Anche la determinazione della mesh � stata modificata rispetto a quella automatica del software per migliorare la definizione delle grandezze che sono coinvolte. Una volta ottenuto il risultato le differenti visualizzazioni dei risultati hanno permesso di individuare l?evoluzione della temperatura e dell?umidit� sia a livello spaziale che a livello temporale. Il modello � stato risolto come un simultaneo trasferimento di massa e di calore, con un infittimento della mesh nell?intorno dei punti dove maggiormente vengono modificate le grandezze. La caratterizzazione della variabili � stata fatta con sperimentazioni od hoc per l?occasione.
I diversi supporti per l?appassimento delle uve che sono stati testati hanno caratteristiche completamente differenti, sia da un punto di vista del materiale (plastica, legno, bamb�, resine) che da un punto di vista strutturale (cassette di diverse dimensioni e con differenti disegni tra pieno e vuoto). La grossa problematica di questo modello, che si prefiggeva lo scopo di definire il campo di velocit� all?interno dei diversi contenitori, � stato definire la geometria migliore per ogni tipo di supporto. Il disegno che rappresenta la cassetta in ogni suo dettaglio risultava essere estremamente complesso e quindi con un numero di gradi di libert� talmente elevato che anche un computer di grande potenza non riusciva a completare l?elaborazione. Il modello, viste le velocit� in gioco, � stato risolto ignorando i dettagli delle parti in cui il flusso di aria e la parete risultavano essere parallele.
La precipitazione tartarica del vino viene fatta sfruttando i differenti livelli di solubilit� in funzione della temperatura. In particolare a una diminuzione della temperatura corrisponde un decremento della solubilit�. Questo processo, molto semplice impiantisticamente in quanto � un raffreddamento, � estremamente complesso per il coinvolgimento di molte specie chimiche e fenomeni secondari. Il modello � stato risolto attraverso una serie di modelli non accoppiati, ognuno dei quali si occupa di un aspetto del fenomeno.
Il riscaldamento di una padella � una ricerca che � stata eseguita per enfatizzare la difficolt� della modellazione della matrice alimentare. � uno studio a differenti step, a difficolt� crescente che portano alla definizione della cottura di un disco di patata su una padella. Il primo modello riguarda la padella vuota messa a scaldare, e l?errore tra i dati sperimentali e la simulazione � intorno al 4%. Nel secondo � stato aggiunto al primo modello un disco di alluminio con propriet� note, e l?errore � passato al 4.4%. Nel terzo modello il disco di alluminio � stato sostituito con uno di patata, materiale scelto per le molte propriet� note, e l?errore � passato a circa il 22%.
L?Icepack � un contenitore di polistirolo con all?interno una busta ermetica piena di acqua congelata. Sfruttando il calore latente di fusione del ghiaccio la temperatura interna del contenitore resta prossima a 0 �C fino al completo scioglimento del ghiaccio. Questo sistema � stato sfruttato per ridurre il calore di campo dai mirtilli appena dopo la raccolta. Il processo � stato semplificato non considerando la convezione interna alla scatola e ipotizzando in un primo momento una geometria pi� semplice rispetto a quella reale dei mirtilli. Un successivo adattamento del modello ha previsto la definizione di una geometria pi� simile a quella reale (mirtilli simulati per mezzo di sfere) con un incremento della accuratezza dei risultati.