Progettazione avanzata di impianti di estrusione per prodotti alimentari

Progettazione avanzata di impianti di estrusione per prodotti alimentari

Uno dei casi studio più recenti, è stato nell’ambito della collaborazione con l’azienda Bertuzzi Food Processing S.r.l. (http://www.bertuzzi.it), conosciuta a livello globale nell’ambito del “Food Processing”. La Bertuzzi si è rivolta ad FMB per lo studio approfondito dei suoi impianti di estrusione bi-vite per la produzione di snack food. In particolare, la finalità del lavoro era quella di arrivare alla produzione di un nuovo prodotto a base di amido. Il team FMB si è concentrato sullo studio dei complessi fenomeni visco-elastici che caratterizzano il prodotto durante il moto nell’estrusore. Il risultato finale è stata la definizione di un design ottimale della macchina per ottenere il prodotto desiderato.

Il processo di estrusione è impiegato a livello industriale per la produzione di una vasta gamma di prodotti: dagli alimenti (pasta, snack food, pet food) alle materie plastiche. Un estrusore è sostanzialmente una pompa adatta “plastificare” e trasportare fluidi ad elevata viscosità. Le sue funzioni possono essere molteplici: dal semplice trasporto, alla cottura, alla miscelazione, alla modifica profonda della reologia dei prodotti in ingresso. L’azione combinata di sforzi di taglio, pressioni elevate e temperature, garantiscono gli effetti desiderati. La trafilatura avviene per spinta del prodotto attraverso una testa di estrusione, destinata ad impartire la forma desiderata.

Considerando le trasformazioni fisiche del materiale all’interno dell’impianto, negli estrusori si possono individuare tre diverse macro-zone: la zona di alimentazione del solido, la zona di plasticizzazione o impastamento e la zona di pompaggio o dosaggio del prodotto.

In fase di progettazione e sviluppo, si ha la necessità di conoscere nel dettaglio come si trasforma il fluido all’interno dell’estrusore, per poter ottenere il prodotto desiderato. Diventa quindi essenziale il monitoraggio costante dei parametri di processo: viscosità, temperatura e pressione.

Il team di FMB, nel corso degli anni, ha affrontato in maniera approfondita ed articolata la tematica dell’estrusione, avvalendosi anche dell’ausilio di software di simulazione, in grado di prevedere il comportamento del prodotto all’interno degli impianti.
Il lavoro ha previsto come prima fase la realizzazione di un impianto pilota di estrusione. L’impianto è stato utilizzato per una campagna sperimentale studiata ad hoc. La finalità perseguita era la caratterizzazione degli effetti del processo sul prodotto. Un impasto a base di amido presenta infatti una reologia molto complessa: grazie ai dati sperimentali raccolti, è stato possibile caratterizzare gli impasti in questione.

La seconda fase del progetto si è invece incentrata sulla modellazione del comportamento visco-elastico del prodotto all’interno dell’estrusore. Per raggiungere lo scopo FMB ha utilizzato software di simulazione.

Tale approccio, integrato con l’analisi dei risultati dei test sperimentali, ha consentito di raggiungere una serie di obbiettivi:

• simulare il corretto funzionamento delle viti/masticatori;
• stimare la variazione di viscosità prodotta dall’azione meccanica sul fluido;
• stimare i campi di velocità per valutare il corretto mescolamento dell’impasto;
• valutare condizioni di pressione e temperatura nelle varie sezioni dell’estrusore;

In definitiva l’azienda ha ottenuto indicazioni molto importanti sulle leve progettuali degli estrusori. Il risultato finale dell’attività è stata la comprensione di come le variabili geometriche della macchina influenzino la reologia del prodotto. Su un simile know-how Bertuzzi potrà basare un vantaggio competitivo importante. Il successo della collaborazione l’ha portata a vedere in FMB un partner importante per le attività di R&D.