Con la CFD, GEA elimina ogni margine di incertezza nel lavoro di progettazione
27 Aug 2020
GEA prende in esame la fluidodinamica computazionale (CFD) e spiega come consente di calcolare i costi con più precisione, ottenere una maggiore accuratezza nella progettazione, una migliore comprensione del processo e ridurre significativamente il rischio per i clienti di spray dryer per ingredienti alimentari, amido e proteine.
La fluidodinamica computazionale, nel contesto dello spray drying di ingredienti alimentari, amido e proteine, è una tecnica collaudata per stabilire a computer come si comportano i prodotti durante l'essiccazione, prima di passare alla progettazione pratica.
La CFD è pressoché unica nel settore. Molti altri, come l'industria aerospaziale e quella automobilistica, utilizzano la CFD come parte integrante dei loro processi di sviluppo dei prodotti. Ma quando si tratta di spray drying di ingredienti alimentari, amido e proteine, ci sono altre variabili fondamentali da considerare: il cliente e il prodotto.
Secondo Stig Skalshøj Christensen, tecnico commerciale di GEA, nessun cliente e nessun prodotto è uguale all'altro. "Utilizzando materie prime diverse, spesso i clienti cercano di ottenere risultati leggermente differenti. Se vogliamo trasmettere a questi clienti la fiducia di cui hanno bisogno per scegliere la nostra tecnologia, dobbiamo essere sicuri di capire veramente loro, i loro prodotti e i loro obiettivi".
Kristian M. Ingvorsen, responsabile della CFD in GEA, ha riassunto i vantaggi del processo per i clienti. "Prima di tutto, i test vengono eseguiti su un computer, non sul posto", spiega. "Svolgere test sul posto è difficile e costoso. Le simulazioni al computer offrono un ambiente di prova a basso costo e a rischio zero. In secondo luogo, la modellazione fornisce una profonda comprensione del processo, consentendo di capire nei dettagli come i cambiamenti dei diversi parametri di input influiscono sul processo nel suo complesso. Chiaramente è un metodo assai più valido del tradizionale approccio per tentativi ed errori, dove molto è lasciato alla speculazione".
Impianto di proteine di soia in Asia
Stig Skalshøj Christensen ha citato l'esempio di un impianto di proteine di soia in Asia. L'azienda, che utilizzava già degli spray dryer di grandi dimensioni, voleva raddoppiare la sua capacità. A tale scopo avrebbe preferito utilizzare un solo grande spray dryer, ma una macchina di tali dimensioni non era mai stata impiegata prima per questa applicazione. Era necessario scoprire se fosse possibile farlo e, in caso affermativo, quali sarebbero state le specifiche caratteristiche progettuali che avrebbero permesso allo spray dryer di operare in modo efficiente e di fornire la qualità del prodotto finale richiesta dal cliente.
"Il nostro team CFD è riuscito a utilizzare i dati di un grande spray dryer che lavora un prodotto simile, a inserirli nel modello del computer, aumentando poi le dimensioni e la capacità della camera per osservare come si comportava. Solo una volta dimostrato che era tecnicamente possibile costruire lo spray dryer, lo abbiamo presentato al cliente che ha accettato la nostra proposta e il progetto ora è in fase di realizzazione. Un solo essiccatore consentirà al cliente un notevole risparmio in termini di costi di acquisto, installazione e costruzione. Senza la CFD questa soluzione sarebbe stata troppo rischiosa e il cliente avrebbe probabilmente accettato un compromesso con due essiccatori che sarebbero stati più costosi e meno efficienti".
Rimanere nel piccolo
È perfettamente possibile che il calcolo vada nella direzione opposta. Se un cliente ritiene di aver bisogno di un essiccatore di una certa dimensione, attraverso la CFD i tecnici GEA possono dimostrare chiaramente che sarà possibile ottenere lo stesso risultato con una macchina più piccola. "Anche in questo caso, potrà risparmiare non solo sull'essiccatore, ma anche sull'installazione, sui lavori di costruzione e sui costi di gestione a lungo termine", afferma Stig. "Se l'essiccatore può svolgere il lavoro, è meglio che abbia dimensioni ridotte".
La vera competenza
Secondo Lars Voigt, responsabile della gestione di strumenti e dati di progettazione in GEA, è importante lavorare in team con i colleghi per raggruppare le informazioni che si possiedono in merito al cliente e all'applicazione e immetterle in quello che lui chiama il "banco di prova virtuale" con la massima precisione possibile. GEA ha standardizzato i report generati dal "banco di prova virtuale" per accelerare il processo e aiutare Lars a fornire informazioni utili che possono essere utilizzate per prendere decisioni critiche.
"È qui che entra in gioco la competenza", dice. "Siamo esperti nel formulare ipotesi di modellazione e nell'adattare i modelli in modo da poter prendere decisioni rapide e affidabili. Interpretiamo i dati del sistema CFD per capire come personalizzare una determinata apparecchiatura per un cliente specifico. Si tratta di convertire i dati in conoscenza. E per di più, dobbiamo farlo in tempi brevi".
Il tempo è denaro
E per brevi, Lars intende tempi davvero molto rapidi. "Utilizzando metodi operativi attendibili e avendo il sostegno del nostro team di esperti, spesso possiamo giungere a conclusioni in due settimane, laddove i nostri concorrenti, che potrebbero aver bisogno di condurre un progetto di ricerca, impiegherebbero due anni o più". La velocità è importante anche nella risoluzione dei problemi. Ciò potrebbe comportare l'esecuzione di simulazioni per comprendere il motivo per cui si formano dei depositi in un essiccatore e, cosa ancora più importante, definire gli adeguamenti necessari a risolvere il problema.
Ma la CFD può essere impiegata anche per altri scopi a lungo termine. In GEA ricerca e sviluppo sono un processo continuo che si basa in gran parte sull'analisi CFD per promuovere l'evoluzione dei prodotti esistenti e lo sviluppo di nuove soluzioni. Ma, secondo Lars, questo assume un'importanza secondaria quando si presenta una sfida urgente. "I nostri progetti seguono sempre le tempistiche dei nostri clienti, interni o esterni".
I vantaggi pratici
La CFD, se combinata con la competenza ingegneristica di GEA, può quindi rivelarsi uno strumento molto valido. Può essere utilizzata per ridurre i costi, per valutare rapidamente le conseguenze delle variazioni di progetto dei prodotti, per avere un'anteprima del processo di progettazione ed evitare la necessità di test fisici, per fornire agli sviluppatori un flusso visivo di informazioni da qualsiasi punto del sistema che sarebbe impossibile utilizzando sensori o strumenti di misura; permette ai progettisti di modellare qualsiasi insieme di condizioni per testare il flusso differenziale e i processi di trasferimento del calore, dando loro la libertà di sperimentare, a volte spingendo i parametri all'estremo.
Il fattore GEA
GEA vanta oltre 50 anni di esperienza nell'ingegneria di processo per il settore degli ingredienti alimentari, che si riflette nel numero di impianti in funzione in tutto il mondo e nell'eccezionale competenza dei tecnologi di processo dell'azienda.
Stig Skalshøj Christensen ritiene che la CFD, unita a questa pluriennale esperienza e alla vasta conoscenza dei prodotti e dei processi, sia unica nel settore e utile per dimostrare ai clienti la validità delle soluzioni GEA. "Il software in sé non è sufficiente", sostiene. "Quel che conta è la visione, la competenza e l'esperienza del team che sta dietro ogni progetto. I clienti devono sapere che non ci affidiamo solo a ciò che ci dice il computer, ma che usiamo la tecnologia per applicare la nostra esperienza in modo pratico. Credo che GEA possa farlo meglio e più velocemente di chiunque altro, soprattutto quando si tratta di essiccatori molto grandi che richiedono le nostre particolari competenze".
Ogni cliente vuole avere la certezza che gli impianti di spray drying siano progettati specificamente per la sua applicazione e lavorino ad un livello ottimale. In passato, questo comportava inevitabilmente giungere a un compromesso, per stare sul sicuro. Oggi, attraverso la modellazione CFD, è possibile spingere questi confini molto più in là, dando ai clienti un vantaggio commerciale in un mercato competitivo e consentendo loro di sviluppare nuovi prodotti in modo sicuro, rapido ed economico.
