Impianti dell'industria alimentare

MACCHINE E IMPIANTI:

IMPIANTO INDUSTRIALE —> assemblaggi di macchine destinato a svolgere una o piu funzioni complesse

MACCHINA —> dispositivo, componente di impianto, che svolge una specifica funzione -> trasformazione energetica

un dispositivo che utilizza dell’energia per realizzare una definita funzione

MACCHINA ELEMENTARE —> dispositivo che trasforma la direzione e l’intensità di una forza.

Lavoro = Forza · Spostamento [N]·[m]=[N·m]=[J]

Potenza = Lavoro / Tempo [J]/[s]=[W]

Rendimento = effetto utile / spesa energetica

Una macchina trasforma una determinata quantità di calore Q in lavoro meccanico W, con un determinato

rendimento (<1).

RENDIMENTO DELLA MACCHINA —> è dato dal rapporto W/Q=W/(Qu-Qc)

In funzione della specificità energetica si distinguono:

- macchine elettriche

- meccaniche

- idrauliche

- pneumatiche.

MATERIALI IMPIEGATI NEGLI IMPIANTI ALIMENTARI E LORO PROPRIETÀ:

Le proprietà di un materiale ne caratterizzano l’adeguatezza in relazione ad uno specifico impiego. Per ogni tipologia

di proprietà esistono diverse metodologie di misura, devono rispondere a requisiti di:

- praticabilità

- economia

- affidabilità

- riproducibilità

PROPRIETÀ CHIMICHE:

RESISTENZA AGLI OLII E GRASSI:

- non devono penetrare all’interno del materiale di imballaggio

- Non devono alterare parti dell’impianto alterandone

Le proprietà

o La sicurezza

o

BIODEGRADABILITÀ —> trasformazione del materiale, ad opera di fattori ambientali in composti a più basso peso

molecolare, tipicamente CO2, H2O, CH4, sali minerali, NH3

BIODETERIORAMENTO —> trasformazione, ad opera di fattori ambientali, che rende il materiale non più utilizzabile in

relazione ad uno scopo specifico.

PROPRIETÀ FISICHE:

Densità 3

- o massa volumica: puo essere REALE o APPARENTE Massa / Volume = [kg/m ]

- Proprietà di frizione: caratterizzano l’attrito nello scorrimento mutuo tra due superfici

- Attrito radente statico e dinamico : ⬇ ➡ ⬅ ↗

- Attrito dinamico volvente : ⬇

DUREZZA SUPERFICIALE —> la resistenza alla scalfittura della superficie ( scala di BRINELL)

RESISTENZA MECCANICA —> Comportamento del materiale soggetto all’azione di sollecitazioni quasi statiche

TRAZIONE E COMPRESSIONE: TENSIONE

Trazione e compressione: tensione :

σ = F/A [N/m2] = [Pa] Spesso in MPa

vecchia unità di misura: kgf/mm2 = 10N/mm2=10MPa

DEFORMAZIONE:

ε = (L-L0)/L0

adimensionale, spesso espressa in punti percentuali

DUTTIBILITA, malleabilità : attitudine alla lavorazione plastica, ovvero a

sopportare grandi deformazioni senza rotture.

PROPRIETÀ TERMICHE:

CONDUCIBILITÀ —>La potenza termica risulta proporzionale alla differenza di temperatura ed all’area S ed

inversamente proporzionale allo spessore.

Il coefficiente di proporzionalità: simbolo λ

COEFFICIENTE DI DILATAZIONE TERMICA —> grandezza importante perché la differente dilatazione di

materiali diversi a contatto può dare luogo a tensioni di trazione e compressione di intensità tale da

portare a condizioni di rottura.

La dilatazione è proporzionale all’aumento di temperatura.

INTERVALLO UTILE DI TEMPERATURA:

All’aumentare della temperatura si determina un abbassamento del modulo di elasticità e viceversa:

raffreddando il materiale, sotto un valore di temperatura detto di TRANSIZIONE VETROSA Tg si ha un

notevole aumento del modulo E.

RASSEGNA DI MATERIALI IMPIEGATI NELLA COSTRUZIONE DI IMPIANTI:

MATERIALI CERAMICI:

- Materiali di origine minerale

- Trattamento in forno di argille sabbie silicee ossidi di

ferro …

- Elevati valori di durezza superficiale

- Elevata fragilità

- Utilizzati piccoli pezzi nei catalizzatori

VETRO:

- Materiale amorfo

- Usato per la fabbricazione di contenitori in campo

alimentare

- Chimicamente molto inerte

- Ottimo isolante termico ed elettrico

- Il vetro A è di maggior qualità (utilizzato per contenitori da sterilizzare). Nel vetro A si ha 50ppm di

migrazione in 0.5 alla temperatura di 120°C in acqua distillata.

- Nel vetro B manca la componente del boro. La migrazione è più accentuata, infatti a 80 °C per 2 ore si ha

migrazione di 50ppm.

- Nel vetro C è presente il piombo e viene utilizzato per bicchieri e contenitori di uso corrente.

RAME:

- Materiale non ferroso plastico

- Ben lavorabile a caldo e a freddo, duttile e malleabile

- La superficie si ossida ma l’ossido di rame n’è meccanimcamente resistente ed impermeabile all’ossigeno

- Contenitori di rame -> temperatura uniforme in tempi brevi

ALLUMINIO:

- Alluminio e le sue leghe sono ben lavorabili

- Bassa densità e buon rapporto densità e resistenza

BANDA STAGNATA:

- Lamierino di acciaio di 0.1-0.5 mm coperto con uno strato di 1-2 micron di stagno.

OTTONE E BRONZO:

- Rispettivamente leghe Cu+Zn e Cu+Sn.

LEGHE FERROSE:

Il ferro viene estratto da minerali ricchi di ossidi ferrosi come ematite e magnetite.

- Ghisa: lega Fe+C con una percentuale di carbonio superiore al 2%.

- Acciaio: lega Fe+C con una percentuale di carbonio inferiore al 2%.

- Acciai legati: sono generalmente più resistenti, presentano maggiore durezza superficiale ma sono più

costosi, meno saldabili e più difficili da lavorare.

MATERIE PLASTICHE:

- composti polimerici di natura organici

- Sono molto deformabili, poco resistenti alle sollecitazioni meccaniche

- sono pessimi conduttori di calore ed elettricità

- Alcuni materiali sono riciclabili, vengono evidenziati con un simbolo triangolare con 3 frecce

- TERMOPLASTICI: all’aumentare della temperatura diventano pastosi e possono essere modellati, quando si

raffreddano si induriscono.

polietilene (pe)

o cloruro di polivinile (pvc)

o polipropilene (pp)

o poli-metil-metacrilato (plexiglass, perpex)

o polietilentereftalato (pet)

o polistirolo o polistirene

o poliuretano espanso (tpu)

o poliammide

o politetrafluoroetilene (teflon)

o policloroprene (neoprene)

o

- TERMOINDURENTI: resistono bene alle late temperature pero una volta prodotti non possono essere fusi

senza andare incontro a degradazione chimica.

MOTORI, TRASMISSIONE DELLA POTENZA e ATTUATORI

MOTORI ELETTRICO —> è la sorgente di potenza meccanica più utilizzata nell’industria, rendimento molto elevato,

funzionamento silenzioso.

Un motore elettrico è composto da 5 parti principali:

- L’albero - Lo statore, che è sempre fermo

- Il rotore centrale, che si muove rispetto alla - Il basamento o carcassa

carcassa - La ventola

La CORRENTE ELETTRICA di alimentazione puo essere di 2 tipi: (possibile convertirla con inverter o raddrizzatori)

- ALTERNATA: ai due capi di alimentazione la polarità cambia con una determinata frequenza e la tensione

varia circa sinusoidalmente

- CONTINUA: è quella fornita da una pila, è una tensione circa costante.

TIPOLOGIE DI MOTORE ELETTRICO

REGOLAZIONE DELLA VELOCITÀ DI ROTAZIONE :

- In un motore in CC per modificare il regime di rotazione è sufficiente modificare l’intensità della corrente di

alimentazione

- Nel motore CA il regime di rotazione è sostanzialmente definito dalla frequenza di alimentazione e dal

numerato di poli di statore è rotatore.

TRASMISSIONE DEL MOTO:

- Per adattare il motore si usano

- Riduttori

- Moltiplicatori

- Inverter

Il rapporto di riduzione tra le velocità angolari (w) è definito dal rapporto tra i raggi (r)

delle ruote dentate o analogamente del numero di denti (z).

INVERTER

- Dispositivi elettronici per trasformare una CC in alternanza di frequenza ed

intensità variabile

- Variare la velocita di rotazione di un motore a CA

- Usate anche le trasmissioni a CINGHIA

ATTUATORI IDRULICI, PNEUMATICI E ELETTRICI:

- Macchina che trasforma in segnale elettrico, idraulico o pneumatico in forza

- È la pressione del fluido che sposta un pistone scorrevole all’interno della

camera cilindrica

attuatore idraulico (o martinetto) è l’assemblaggio del fodero con stelo e

è pistone.

Attuatore pneumatico

è

STRUMENTI DI MISURA PER IL CONTROLLO E L’AUTOMAZIONE DI IMPIANTI:

TRASDUTTORE —> non esiste un “forziometro” che trasforma la forza in una lunghezza.

DINAMOMETRO —> come trasduttore che trasforma una misura in un’altra di differente natura.

MISURA DI PROSSIMITÀ O FREQUENZA - CAPTATORI ELETTROMAGNETICI:

Vengono usati come sensori di prossimità o come contatori che si avvicinano

ad un corpo metallico. Capta quando il mezzo si avvicina

MISURE DI FORZA CELLA DI CARICO ESTENSIMETRICA:

Un corpo meccanico, sottoposto all’azione di forza si deforma ed in campo elastico tali

deformazioni sono proporzionali alle forze.

misurare le forze —> ESTENSIMETRO a resistenza elettrica

Il TRSDUTTORE metallico sulla cui superficie sono fissati gli estensimetri, si chiama CELLA

DI CARICO

CELLE DI CARICO PIEZOELETTRICHE:

celle robuste capaci di misurare anche carichi dinamici come vibrazioni ad alta frequenza,

è possibile misurare forze a partire dalla frazione del grammo fino alle tonnellate.

MISURE DI PRESSIONE: MANOMETRO A COLONNA O MANOMETRO DIFFERENZIALE:

- Tubo a U in materiale trasparente

- Trasforma pressione interna in una differenza di livello

- Dalla differenza tra i livelli h si determina la pressione: ∆ = ℎ

MANOMETRO A TUBO DI BOURDON:

- Elelmento sensibile —> tubo di sezione rettangolare a bordi arrotondati

- chiuso ad una estremità e piegato a C

- Quando un liquido o un gas riempiono il tubo ed esercitano una pressione

MANOMETRO A MEMBRANA:

- La pressione agisce su una membrana corrugata

- Lo spostamento della membrana si traduce nello spostamento di una lancetta

MISURE DI TEMPERATURA

TERMOMETRI A DILATAZIONE

- traducono la misura di temperatura in uno spostamento attraverso una deformazione o

una variazione di volume

- Termostatato =/= termometro

TERMOMETRI A LAMINA BIMETALLICA:

- diversa dilacerazione di una coppia di metalli a contatto

- L’estremità della barretta bimetallica è