Analisi sperimentale preliminare
di un dispositivo innovativo
per il mixing turbolento
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Francesco Pasqua

Questa tesi descrive il progetto e la messa di opera di un set-up sperimentale per lo studio di un mixer turbolento innovativo. L'importanza del mixing in svariati processi industriali (farmaceutici, chimici, alimentari, cosmetici...) e non (mixer da cucina, macchine CEC) motiva la ricerca di dispositivi che permettano un'elevata efficienza energetica.

Figura: A sinistra: il dispositivo da cui ha avuto origine lo studio. A destra: schema dell'impianto realizzato per le misure di coppia.

Si è partiti da un prototipo originale (sopra a sinistra), progettato da Y.Surpin, pensato per essere utilizzato come pipe-crawler per l'ispezione di tubi e condotti. Come nel prototipo, il nostro modello si basa su una molla "Slinky" in grado di supportare, se vincolata solo agli estremi, un'onda di compressione in direzione assiale. Il sistema per le prove sperimentali, come si vede sopra a destra, prevede il dispositivo immerso in acqua e consente accurate misure di coppia e preciso controllo delle velocità di rotazione.

Il risultato principale di questo lavoro consiste nel confronto della coppia necessaria per far ruotare il dispositivo, a una certa velocità di rotazione, tra due configurazioni di molla: 1) molla lasciata libera di traslare lungo l'asse (che quindi supporta l'onda longitudinale viaggiante); 2) molla vincolata all'albero, in modo da impedirne la traslazione assiale.

Nella figura sopra si può vedere con chiarezza la significativa riduzione di coppia che si ottiene nel caso di molla libera. Con la stessa velocita' di rotazione, la configurazione "molla libera" riduce la coppia di circa tre volte! La riduzione avviene al di sopra di una velocità di soglia a cui la molla inizia a supportare l'onda assiale.

Qualche visualizzazione del campo di moto è stata poi effettuata mediante la tecnica PTV (Particle Tracking Velocimetry) a due fotogrammi, utilizzando come particelle traccianti dei pallini da softair di 6 mm di diametro, confrontando due fotogrammi successivi per ottenere il campo di moto intorno alla molla. Nella figura è rappresentato un campo di moto tipico nel piano verticale intorno alla molla libera: si nota una componente di trafilamento del flusso attraverso l'asse del dispositivo.

Le indicazioni ottenute sono molto importanti e incoraggianti. Non bisogna però dimenticare che solo il secondo passo di questo studio, in cui si intende misurare l'efficacia del mescolamento, potrà definitivamente stabilire l'interesse del dispositivo studiato.