On the dehydration kinetics of liquid of alimentary and industrial interest: single droplet approach in acoustic levitation

L’essiccamento di liquidi di interesse alimentare o industriale è una pratica comunemente impiegata in larga scala per ottenere dei prodotti solidi polverulenti o disidratati, i quali possono poi essere reidratati in altra sede o trovare una differente applicazione. Studiare la cinetica di tale essiccamento è di interesse per poter approfondire le modalità con cui si svolge questo fenomeno. Una tecnica che ha suscitato particolare interesse a partire dagli anni ’90 è quella della levitazione acustica; una singola goccia di liquido o di miscela viene tenuta in sospensione tramite un campo acustico ultrasonico, generato da uno o più emettitori. Una telecamera cattura le immagini dell’evaporazione dalla goccia, che possono essere elaborate da un software in grado di fornire informazioni sulla velocità con la quale l’evaporazione stessa ha avuto luogo. Obiettivo della tesi è, inizialmente, quello di condurre l’esperimento su campioni di acqua pura, utilizzata come riferimento, caffè e latte, quindi di confrontare i risultati ottenuti. Parametro guida per confrontare i diversi ratei di evaporazione è il numero di Sherwood, il quale viene ricavato direttamente dall’osservazione della goccia. Tale risultato sperimentale viene messo poi a confronto con un valore ricavabile dalla teoria. L’esperimento viene condotto in un ambiente in cui condizioni di temperatura e umidità relativa sono controllate. Per ottenere ciò, tutto l’apparecchio di levitazione è inserito all’interno di un armadio a clima e atmosfera controllata, dotato di ante di vetro trasparente che permettano l’osservazione del fenomeno in corso. L’esperimento ha inizio quando la goccia è messa in sospensione, tramite una pipetta microlitrica, all’interno del campo ultrasonico. La telecamera ne registrerà quindi la storia evolutiva e trasmetterà i dati relativi ad un computer. L’evaporazione dalla goccia avviene in due stadi: nel primo la velocità è costante; nel secondo tale velocità rallenta, a causa dell’aumentare della concentrazione del solido in soluzione. Infatti, comincia a formarsi una crosta esterna, che costituisce una barriera attraverso la quale il liquido deve prima diffondervisi attraverso, e solo in seguito passare in fase gassosa attraverso l’ambiente. Questa ricerca ha studiato la prima fase di evaporazione.