Contesto e bisogno
In collaborazione con il dipartimento di ricerca e sviluppo di uno dei più importanti player mondiali nel confezionamento di liquidi in brick, Moxoff ha realizzato modelli matematici basati su test sperimentali e semplificazioni del processo che permettono di valutare come, variando alcuni parametri del sistema di riempimento e sigillatura dei brick, è possibile migliorare l’efficacia e la rapidità del processo.
Si è trattato di un progetto complesso, che ha richiesto l’interazione tra gli ingegneri e i matematici di Moxoff per rispondere alle esigenze di una azienda che è alla continua ricerca di strumenti innovativi di miglioramento delle performance preservando l’integrità del contenitore e l’accuratezza del riempimento.
Descrizione
Il processo di riempimento e sigillatura dei brick è velocissimo e continuo, grazie a un’apparecchiatura complessa che permette di riempire e chiudere decine di migliaia di contenitori all’ora. Fluido e materiale del contenitore vengono continuamente stressati da variazioni di pressione causate dall’operazione di sigillatura, che per decine di migliaia di volte all’ora interrompe e riapre il passaggio del liquido, provocando la risalita del fluido verso il tubo di riempimento.
Si tratta di fenomeni conosciuti di interazione fluido-struttura, comuni a vari processi diversissimi tra loro, come ad esempio, l’emodinamica, con il passaggio di sangue (fluido) e la pressione a cui le pareti di un’arteria (struttura) sono continuamente sottoposte. Come per le arterie, anche all’interno del complesso macchinario di riempimento e sigillatura dei brick era impensabile introdurre sensori per simulare come, modificando alcuni parametri, sarebbe stato possibile influenzare e migliorare tutto il processo.
La soluzione
L’intuizione degli ingegneri di Moxoff insieme al team del dipartimento ricerca e sviluppo dell’azienda cliente, è stata di applicare i modelli matematici ridotti utilizzati per precedenti progetti di emodinamica al processo di riempimento e confezionamento dei brick per liquidi.
La scelta di realizzare diversi modelli ridotti (1D) determinati su vari parametri determinanti (pressione, viscosità del fluido, ad esempio), anzichè un modello 3D molto più complesso, si è basata sulla necessità di ottimizzazione dei costi e dei tempi di realizzazione del progetto. Inoltre, i modelli ridotti hanno permesso di sviluppare degli algoritmi di simulazione che hanno dato al team di ricerca e sviluppo strumenti rapidi per testare le variazioni dei vari parametri con sensori digitali, e valutare le performance delle diverse configurazioni del macchinario. Infatti, le simulazioni che richiedevano lunghi tempi, grazie ai modelli ridotti realizzati da Moxoff possono essere svolte in pochi minuti. Inoltre, la realizzazione dei modelli ridotti, in futuro, potrebbe permettere di creare modelli matematici di tutte le diverse parti della macchina, ricostruendo digitalmente l’intero processo in un “digital twin” che consenta simulazioni complete di tutto il sistema.
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