Teoria Operazioni Unitarie della Tecnologia Alimentare Primo Parziale

POMPE VOLUMETRICHE

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

NON E’ POSSIBILE REGOLARE LA PORTATA per il rischio di sovrappressione,

5. 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

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

multipli per attutire l’effetto pulsante.

pistoni

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. REOLOGIA DEI FLUDI

DEFINIZIONE

Studio dello SCORRIMENTO.

Studio dei fenomeni associati allo scorrimento dei fluidi sottoposti a SFORZO DI TAGLIO.

Sforzo di taglio: Ʈ = F / A –-unità

F = forza applicata A= superficie di misura = N/m^2

LEGGE DI NEWTON

Ʈ = ƞ dV/ dZ

Ƞ = viscosità dinamica

dV/dZ = gradiente di velocità

Relazione dice che il gradiente di velocità è direttamente proporzionale allo sforzo di taglio e

inversamente proporzionale alla viscosità dinamica.

LA VISCOSITA’

La resistenza che le particelle hanno quando scorrono le une rispetto alle altre. È un attrito interno.

Essa NEI FLUIDI

Diminuisce all’aumentare della T

-

- Aumenta al diminuire di T

Essa NEI GAS

- Aumenta all’aumentare della T

- Diminuisce al diminuire di T

SI MISURA Pa * s

dell’acqua a T ambiente è 10^-3

La viscosità Pa*s

1 Pa*s = 10 P = 1000 cP

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 un fluido di scorrere in un capillare sotto l’azione della

ed esprime la capacità di

forza di gravità.

FLUIDI NON NEWTONIANI

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

Per i FLUIDI NON NEWTONIANI VALE:

Ʈ Ʈ0 n

= + K (dV/ dZ)

Ʈ0 = sforzo di taglio soglia

K = coefficiente di consistenza

(dV/ dZ) =

n = coefficiente di non newtonianità.

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.

Ʈ = Ʈ0 + ƞ dV/ dZ

Ʈ0= sforzo di taglio soglia

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 ƞ (prodotti alimentari)

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 ƞ (gesso in acqua)

PSEUDOPLASTICI E DILATANTI MOSTRANO SPESSO CICLI DI ISTERESI.

Una volta indeboliti i legami di un fluido pseudoplastico, esso tende a rimanere meno viscoso.

RIDUCENDO LO SFORZO IL FLUIDO NON PRESENTA GLI STESSI VALORI DI VISCOSITA’

INIZIALI MA SEGUE UN ANDAMENTO ISTERESI.

Viceversa avviene per i dilatanti, quando si è indurito, anche se riduco lo sforzo, tende a rimanere

viscoso, seguendo un CICLO DI ISTERESI.

4. PSEUDOPLASTICO DI BINGHAM

Dopo uno sforzo non si comporta da Newtoniano.

VARIAZIONE DEL COMPORTAMENTO REOLOGICO DEI FLUIDI IN FUNZIONE DI T

GAS:

ƞ AUMENTA SE T AUMENTA

FLUIDI:

Ƞ DIMINUISICE SE T AUMENTA

La legge che lega la variazione della viscosità a seconda della T è la LEGGE DI ARRHENIUS

VISCOSIMETRI

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:

GRAVITA’ (viscosimetri a caduta libera)

dalla

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

La viscosità assoluta viene ricavata applicando la LEGGE di Poiseuille

p  p

η 2

= R t / [8 V L] = Cs

dove p è la differenza di pressione che FA DEFLUIRE il volume V del liquido attraverso il

capillare di lunghezza L e raggio R nel tempo t.

η

Il tempo di PASSAGGIO è legato alla tramite la relazione:

η ρ –

= C [t c(t)]

ρ

dove è la densità del fluido a temperatura T, C è la costante del viscosimetro, t è il tempo di

deflusso e c(t) è un fattore di correzione, desumibile da apposite tabelle.

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. della sfera da una tacca all’altra.

Si cronometra la sua discesa VISCOSIMETRO A CILINDRI COASSIALI

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

Consiste in un doppio cilindro:

il cilindro interno ruota ad una velocità

mentre

quello esterno è fermo.

Tra motore e cilindro rotante è inserito un elemento di misura della coppia,

che permette di misurare lo sforzo applicato.

La misura della coppia permette di risalire alla viscosità del fluido.

Dal momento che è possibile applicare velocità di rotazione diverse (cioè

gradienti di velocità diversi), questo strumento è adatto alla misura della

viscosità apparente e alla determinazione dei reogrammi dei fluidi non

newtoniani. TRASPORTO DI CALORE

Il trasporto di calore costituisce un fenomeno molto importante nella tecnologia alimentare.

Quando parliamo di trasporto di calore parliamo in pratica di riscaldamento/raffreddamento.

Riscaldamento e raffreddamento non costituiscono in realtà un’operazione unitaria, però sono alla base di

moltissime operazioni unitarie della tecnologia alimentare (evaporazione, pastorizzazione, sterilizzazione).

CONDIZIONE

PERCHE’ CI SIA TRASPORTO DI CALORE CI DEVE ESSERE UNA DIFFERENZA DI

TEMPERATURA.

Il calore si trasferisce in un corpo o tra due corpi dalla temperatura più alta alla temperatura più bassa, finchè

le due temperature non si eguagliano.

La forza direttrice del fenomeno è la differenza di temperatura.

MODALITA’ DI TRASMISSIONE DEL CALORE

Il calore si può trasmettere nei seguenti modi:

1. Conduzione

2. Convezione

3. Irraggiamento

1. CONDUZIONE

E’ la modalità tipica dei materiali solidi.

non c’è trasporto di materia,

In questo fenomeno ma solo di energia.

2. CONVEZIONE

E’ il fenomeno tipico dei fluidi (liquidi e gas).

Il calore si trasmette mediante movimento di masse (materia) con energia termica differente.

TIPOLOGIE DI CONVEZIONE

 NATURALE quando la materia si sposta a causa della differenza di densità dovuta alla

differenza di temperatura

 FORZATA quando il movimento è causato da una forza esterna (pompa, agitatore

meccanico, ventilatore, ecc.).

3. IRRAGGIAMENTO

Nell’irraggiamento il calore viene scambiato mediante emissione e assorbimento di radiazione

elettromagnetica.

TRASPORTO DI CALORE PER CONDUZIONE IN UNA SOLA DIREZIONE

λ • A • d θ/dx

q = -

dove

q = quantità di calore trasmessa per unità di tempo (J/s)

A = superficie (m^2 )

λ = conducibilità termica (W/m °C ; J/s m °C)

d θ = gradiente di temperatura ( °C)

dx = spessore (m)

–

Il segno significa che il gradiente di temperatura è opposto al flusso di calore.

CONDUCIBILITA’ TERMICA ,

La proporzionalità tra flusso di calore e gradiente di temperatura è espressa dal termine che prende il

nome di conducibilità termica.

DEFINIZIONE

λ