Reducción de modelos para la industria del envasado

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Las técnicas de reducción de modelos basadas en modelado geométrico a múltiples escalas (acoplamiento de modelos diferenciales que funcionan en diferentes dimensiones espaciales) o modelado de orden reducido (por ejemplo, descomposición ortogonal adecuada o base reducida) han demostrado ser muy solventes para la simulación de sistemas integrados complejos, como el sistema cardiovascular humano.

La larga experiencia del Modelling and Scientific Computing Laboratory (MOX) en este tipo de modelos se ha ha ido desarrolando durante los últimos años en un nuevo contexto industrial, en el marco de una colaboración industrial con MOXOFF s.p.a. (Spinoff de Politecnico di Milano) y una empresa líder mundial en el envasado de alimentos líquidos.

Los paquetes se ensamblan mediante el colapso de un papertube que, al mismo tiempo, se llena con el producto líquido en un proceso muy rápido y complejo. El diseño y control de este sistema, que debe llevarse a cabo en un entorno aséptico a gran velocidad (hasta 50000 paquetes por hora), es extremadamente difícil. Con el fin de simular la propagación de ondas de presión a través del tubo de cartón lleno de líquido producido por el colapso del tubo, se ha desarrollado un conjunto de modelos geométricos de interacción fluido-estructura de múltiples escalas. Cada componente del sistema ha sido descrito por un modelo reducido (ya sea 0D o 1D) y los diferentes modelos se han integrado en el sistema de control que rige el proceso.

 

Croquis de los modelos FSI reducidos acoplados para dos sistemas de llenado

 

Actualmente se están explorando otras estrategias de reducción para obtener simulaciones rápidas y fiables de la compleja dinámica de fluidos 3D en alguna parte específica del sistema (como la brida de contrapresión). Para este fin, se ha desarrollado un modelo de orden reducido basado en el enfoque POD que permitirá el análisis paramétrico eficiente en el proceso de diseño.

Campo de presión a través de la brida de presión del contador: solución FEM de alta fidelidad (izquierda), solución POD de orden reducida (centro) y error absoluto (derecha)

Fecha: 
05/04/2018