Progettazione e ottimizzazione di uno scambiatore di calore per applicazioni alimentari tramite Fabbricazione Additiva = Design and optimization of a heat exchanger for food application through Additive Manufacturing

Il settore della fabbricazione additiva è un mercato in fase di espansione in molti campi della scienza e della tecnica, grazie soprattutto alla possibilità di abbattere i vincoli geometrici e progettuali richiesti dalle tecniche tradizionali e di garantire una buona flessibilità nella produzione su scala ridotta o di pezzi unici, riducendo infine i materiali di scarto. Esistono, ad ogni modo, delle sfide da affrontare che costituiscono un ostacolo per l'utilizzo su larga scala, principalmente da un punto di vista economico: le tecnologie di fabbricazione additiva rappresentano un costo molto elevato per la maggior parte delle aziende, ed è dunque necessaria un'approfondita analisi per valutarne la convenienza. Lo scopo del presente lavoro di tesi, realizzato presso l'azienda NIRI s.r.l. è illustrare il processo di progettazione di un evaporatore per un mantecatore, ossia una macchina adibita alla produzione di gelato. Partendo dall'idea di permettere al consumatore finale di osservare direttamente l'intero processo di trasformazione del prodotto, da miscela liquida a gelato, scaturisce la necessità di abbattere i tempi produttivi e, sfruttando a pieno i benefici e le potenzialità della tecnica Powder Laser Bed Fusion, conosciuta anche come Selective Laser Melting, combinati con una modellazione matematica della termodinamica del gelato, si è potuto sviluppare uno scambiatore a canale conformale, che permette una migliore distribuzione della temperatura lungo le pareti, in grado di produrre un forte incremento della produttività oraria della macchina, e dunque un raffreddamento rapido, che consente la formazione di cristalli di piccole dimensioni nella microstruttura del gelato, con un impatto positivo sulla consistenza del prodotto. Nell'ultimo capitolo, inoltre, è descritto uno studio su un'ulteriore ottimizzazione delle prestazioni dello scambiatore, tramite dei modelli analitici e delle simulazioni CFD, ottenendo un compromesso tra i tempi produttivi e le cadute di pressione generate dal flusso di fluido refrigerante all'interno del canale di raffreddamento.