Domande e Risposte Esame Primo Parziale Operazioni Unitarie della Tecnologia Alimentare

DIRETTAMENTE PROPORZIONALI A:

VISCOSITA’

- VELOCITA’

- LUNGHEZZA

-

- INVERSAMENTE PROPORZIONALI A:

DENSITA’ , favorisce le forze inerziali

- DIAMETRO, più cresce più crescono gli attriti

- 2. LOCALIZZATE

Dovute a variazione di diametro, direzione, dovuto all’effetto della formazione di vortici e

turbolenze. hf Localizzate = ∆P/ ρ = k*v^2/2 α

Per allargamento sezione, dove S1 >> S2: K = 1

- Per restringimento, dove S1>>S2: K= 0.4

- Per semplificare, le perdite localizzate possono essere espresse come perdite di carico

continue attraverso la lunghezza equivalente:

hf = ∆P/ ρ = 2 f v^2 L+Leq / D

 ENERGIA FORNITA DALLA POMPA

Negli impianti è necessario inserire delle pompe per far fronte alla necessità di trasferire fluidi

e alle loro relative perdite di carico.

P1/ ρ + v1^2/2 + eWp = P2/ ρ + v2^2/2 + hf

Wp= ENERGIA ASSORBITA dalla pompa per unità di massa (J/Kg).

Data dalla POTENZA DELLA POMPA/ PORTATA IN MASSA.

Wp = P/m*

e= EFFICIENZA della pompa.

Rapporto tra quanto assorbe e quanto cede. (0.6-0.7)

P1/ ρ + v1^2/2 + eWp = P2/ ρ + v2^2/2 + hf

SONO TUTTI ESPRESSI IN J/Kg.

3. Illustrare il principio di funzionamento dei misuratori di flusso dei fluidi che conosci.

MISURATORI DELLA VELOCITA’ DEL FLUSSO

 TUBO DI PITOT

Inserisco il tubo in posizione tangenziale al fluido in modo da risentire dell’energia cinetica che

il fluido porta con sé.

L’altezza che il fluido raggiunge, in questo caso, mi dà informazioni sia sulla pressione relativa

del fluido, sia della sua energia cinetica.

Può essere combinato con un MANOMETRO DIFFERENZIALE, dove la pressione

differenziale è direttamente proporzionale all’energia cinetica.

Strumento misura la velocità in un punto preciso e può essere usato per risalire ai profili di

velocità.

Normalmente si misura la velocità massima per poi risalire a quella media.

v = √2 (∆P/ ρ)

 VENTURIMETRO

Il flusso della condotta viene costretto in una sezione più piccola, attraverso una diminuzione

della sezione della condotta, provoca l'accelerazione del fluido, inoltre minimizzo le turbolenze

e le perdite di energia.

Vi è un fattore di correzione che tiene conto delle perdite di energia dello strumento.

Pongo: P1/ ρ + v1^2/2 = P2/ ρ + v2^2/2

e

v1S1= v2S2

quindi

v2 = v1 S1/S2

sostituendo e mettendo “e” = fattore di correzione che va da 0.95 a 1

v1 = e √2 (∆P/ ρ) (S2^2 /S1^2-S2^2)

4. Descrivere il principio di funzionamento del venturimetro.

VENTURIMETRO

Il flusso della condotta viene costretto in una sezione più piccola, attraverso una diminuzione

della sezione della condotta, provoca l'accelerazione del fluido, inoltre minimizzo le turbolenze

e le perdite di energia.

Vi è un fattore di correzione che tiene conto delle perdite di energia dello strumento.

Pongo: P1/ ρ + v1^2/2 = P2/ ρ + v2^2/2

e

v1S1= v2S2

quindi

v2 = v1 S1/S2

sostituendo e mettendo “e” = fattore di correzione che va da 0.95 a 1

v1 = e √2 (∆P/ ρ) (S2^2 /S1^2-S2^2)

5. Illustrare le pompe centrifughe: descrivere il funzionamento e le principali

caratteristiche. POMPE CENTRIFUGHE

1. POMPA CENTRIFUGA

FUNZIONAMENTO

Elemento formato da pali o tubi che ruota ad alta velocità nella camera a spirale.

Il liquido viene aspirato dalla girante e gli imprime energia per effetto centrifugo.

Si raccoglie nella camera spirante e viene spinto allo scarico con maggiore pressione.

2. POMPE AD ANELLO LIQUIDO

FUNZIONAMENTO

Ho pale dritte che ruotano in una camera.

Il liquido aspirato forma un anello sullo statore che ruota alla stessa velocità della girante.

La camera ha due differenze di profondità.

Il canale è stretto nella zona di aspirazione.

Il canale è profondo nella zona centrale.

In questo modo otteniamo aspirazione e compressione.

CARATTERISTICHE

1. SEMPLICITA’ COSTRUTTIVA

2. ASSENZA DI VALVOLE

3. DIRETTAMENTE CONNESSE AD UN MOTORE ELETTRICO

4. NON SONO AUTOADDESCANTI (in generale)

5. EFFICIENZA DEL 60/70 %

6. UTILIZZABILI PER FLUIDI POCO VISCOSI

7. PRESSIONE FORNITA 6/7 ATM

8. PORTATA DIPENDE DALLA VELOCITA’ DI ROTAZIONE E DIAMETRO GIRANTE

9. NON CE’ RISCHIO DI SOVRAPPRESSIONE

I PARAMETRI DI CARATTERIZZAZIONE DELLA POMPA SONO IN FUNZIONE DI:

PORTATA LIQUIDO

- CARICO TOTALE O PREVALENZA, energia ceduta al liquido. Espressa come AUMENTO DI

- P e METRI H2O.

EFFICIENZA, rapporto tra energia assorbita dalla pompa e energia ceduta.

- È condizionata da:

a. Perdite per circolazione del liquido e le pale della girante

b. Perdite per attrito del fluido

c. Perdite per urti, per variazione di direzione

d. Attriti meccanici

POTENZA ASSORBITA

-

6. Illustrare le pompe positive e descriverne il funzionamento.

POMPE VOLUMETRICHE

CATEGORIE

1. POMPE A PISTONE

2. POMPE ROTANTI

1. POMPE A PISTONE

FUNZIONAMENTO

Il pistone aspira ed espelle da una camera, porzioni di fluido, costanti.

Il flusso è un flusso pulsante e in molti casi si posizionano pistoni multipli per attutire l’effetto

pulsante.

Permettono di avere pressioni elevate e dosaggi di flusso precisi.

2. POMPE ROTANTI

A. AD INGRANAGGI

Sfruttano il principio di variazione di volume causato dall’ingranamento dei denti dei due

ingranaggi.

Utilizzate largamente negli autoveicoli.

Meglio liquidi puliti e con un certo potere lubrificante.

B. A LOBI

I lobi ruotano. Nella rotazione il volume creato subisce una aspirazione e successivamente

una compressione nella zona discarico, creando una flusso continuo.

L’assenza di ingranaggi la rendono adatta per alimenti anche viscosi con sospensioni.

Portata 200/4000 L/h

Pmax > 10 atm

C. A LAME MOBILI

Pompe con lame in acciaio inox o grafite.

Le palette scorrono contro lo statore.

Utilizzate quando il materiale tende a schiumare e nelle lavorazioni sottovuoto.

Meglio liquidi puliti e con un certo potere lubrificante.

D. PERISTALTICHE

Si basano sull’effetto della peristalsi, una strozzatura su un tubo, spreme il fluido

contenuto.

Dotate di rulli ruotanti che schiacciano un tubo di gomma contro la parete.

Non ce contatto fluido – pompa. Maggior sicurezza per contaminazioni.

Utilizzata industria alimentare e farmaceutica.

È pulsante. Per ridurre la pulsazione, maggiore numero di rulli o compensatori di forma, al

fine di rendere costante la portata.

E. MONO O A VITE

Rotore elicoidale di acciaio ruota in uno statore fisso in neoprene.

Non ce agitazione del prodotto.

Portata 20-30000 L/h

P fino a 10 atm

Utile per prodotti sensibili alla sollecitazione meccanica.

CARATTERISTICHE:

1. CONSENTONO TRATTAMENTO DELICATO

2. UTILIZZATE CON PRODOTTI DOVE NON DEVONO ESSERCI AEREAZIONI E

TURBOLENZA

3. FORNISCONO UNA PORTATA COSTANTE, che dipende dal numero di giri e dalla frequenza

4. LAVORANO A PRESSIONI ANCHE ELEVATE

5. NON E’ POSSIBILE REGOLARE LA PORTATA per il rischio di sovrappressione, regolato da

un by- pass

6. OPERANO CON IL MECCANISMO DI ASPIRAZIONE/COMPRESSIONE, dovuto

all’allargamento (aspirazione) e successivo restringimento (compressione) della sezione.

7. SPESSO AUTOINNESCANTI

7. Descrivere i diversi comportamenti reologici dei fluidi reologici, indicando le equazioni

e illustrando i relativi reogrammi.

FLUIDI NEWTONIANI

Seguono la legge di Newton.

Es. acqua, benzina, latte, vino…

Reogramma = grafico con gradiente di velocita sulle x e sforzo sulle y

Per i Fluidi Newtoniani, l’equazione di Newton è una retta che passa per l’origine e ha come

coefficiente angolare ƞ

Il comportamento viscoso è espresso anche dalla viscosità CINEMATICA = ƞ/ ƪ

L’unita di misura è m^2/s ed esprime la capacità di un fluido di scorrere in un capillare sotto

l’azione della forza di gravità.

FLUIDI NON NEWTONIANI

Non seguono la legge di Newton perché risulta LEGATA AD ALTRE GRANDEZZE.

ƞ

Per i FLUIDI NON NEWTONIANI VALE: = + K (dV/ dZ)

n

Ʈ Ʈ0

= sforzo di taglio soglia

Ʈ0

K = coefficiente di consistenza

(dV/ dZ) =

= coefficiente di non newtonianità.

n

NON SI PUO’ PIU’ PARLARE DI VISCOSITA’ MA DI INDICE DI CONSISTENZA O VISCOSITA’

APPARENTE.

VARI COMPORTAMENTI:

1. PLASTICO DI BINGHAM

Si comportano da solidi, fino a che non subiscono uno sforzo di taglio non di deformano, poi

subito lo sforzo iniziano lo scorrimento e da li poi si comportano da newtoniani.

= + dV/ dZ

Ʈ Ʈ0 ƞ

sforzo di taglio soglia

Ʈ0=

2. PSEUDOPLASTICI

Quando:

Aumenta il gradiente di velocità.

Viscosità apparente diminuisce.

Inizialmente ho impedimento di scorrimento poi però tende sempre ad aumentare.

Tendono a smollarsi con l’aumento del gradiente di velocità.

Es. succhi frutta

Spesso sono anche TIXOTROPICI ovvero una volta resi meno viscosi rimangono tali,

presentando una DIMINUZIONE DI (prodotti alimentari)

ƞ

3. DILATANTI

Tendono ad indurirsi con l’aumento del gradiente di velocità.

Aumenta il gradiente

Aumenta la viscosità apparente

All’inizio scorre bene poi però ho maggiore resistenza.

Es. Grassi

Spesso sono anche REOPECTICI, ovvero una volta induriti rimangono tali, presentando un

AUMENTO DI (gesso in acqua)

ƞ

4. PSEUDOPLASTICO DI BINGHAM

Dopo uno sforzo non si comporta da Newtoniano.

8. Descrivi i viscosimetri che conosci.

VISCOSIMETRI CAPILLARE

Strumento preciso per determinare la viscosità dei liquidi newtoniani.

Il PRINCIPIO è basato sulla misura del tempo di passaggio di un liquido attraverso un tubo

capillare, per effetto di uno sforzo generato sia:

dalla GRAVITA’ (viscosimetri a caduta libera)

da FORZA MECCANICA O PNEOMATICA (viscosimetri a pressione variabile).

VISCOSIMETRO A CADUTA A SFERA

Noti come viscosimetri di Höppler, sono strumenti semplici e precisi adatti per misure di

viscosità assoluta di fluidi newtoniani trasparenti.

Il componente di base è un tubo calibrato lungo circa 250 mm.

Chiuso alle estremità da due tappi.

Circondato da una camicia per la circolazione di un liquido termostatico.

Si riempie il tubo con il liquido da misurare e vi si introduce una sfera di densità e raggio noto.

Si cronometra la sua discesa della sfera da una tacca all’altra.

VISCOSIMETRO A CILINDRI COASSIALI

Questo strumento è utilizzato, oltre che per i fluidi newtoniani, per quelli non newtoniani.

Consiste in un doppio cilind