Wysokowydajne rozlewanie napojów może prowadzić do falowania cieczy, gdy prędkość obrotowa i zmiany kierunku oddziałują na zawartość butelki, zwłaszcza przy przekazaniu z nalewarki do gwiazdy transferowej i dalej do zakręcarki. Nawet jeśli są to zaledwie pojedyncze krople na pojemnik, skumulowane straty stają się istotne przy wydajnościach sięgających do 90 000 napełnień na godzinę. Poza efektywnością, wpływa to na higienę: słodzone napoje mogą zabrudzać szyjki i zamknięcia, w niektórych przypadkach sprzyjając rozwojowi pleśni, a elementy maszyn ulegają zanieczyszczeniu. Zwiększa to wymagania w zakresie czyszczenia i skraca dostępny czas produkcji. Aby przeciwdziałać tym problemom, KHS opiera decyzje projektowe dotyczące maszyn na rozbudowanych obliczeniach, które przewidują i ograniczają zjawisko falowania w realistycznych warunkach pracy.
Podejście oparte na symulacjach
Od 2013 r. inżynier rozwoju KHS Dominik Weirich przygotowuje obliczenia, aby uwzględnić dynamikę cieczy w procesie projektowym. - Coraz wyższe wydajności rozlewania sprawiają, że technologia zbliża się do swoich fizycznych ograniczeń, dlatego musimy uwzględniać falowanie cieczy także na etapie projektowania maszyn - mówi inżynier rozwoju KHS w zakładzie w Bad Kreuznach w Niemczech. Dane z tych symulacji trafiają bezpośrednio do projektowania maszyn oraz do ofert handlowych dla nowych linii.
Dwie grupy parametrów
Obliczenia obejmują dwie grupy parametrów, które determinują ryzyko falowania i mogą być w różnym stopniu korygowane w trakcie projektu.
- Parametry geometryczne opakowań: oceniany jest wpływ kształtu butelki, wysokości napełnienia i średnicy szyjki. Prace te prowadzone są w ścisłej współpracy z ekspertami Bottles & Shapes, zwłaszcza w projektach nowych linii, które modyfikują geometrię lub redukują masę butelki.
- Parametry fizyczne maszyn: uwzględnia się wydajność, podziałkę maszyny oraz średnicę kół gwiazdowych. Ustawienia te zwykle można dostosować stosunkowo łatwo w porównaniu ze zmianami opakowania, które mają charakter iteracyjny i są bardziej rozległe.
Na produkt w butelce działają różne siły odśrodkowe podczas przekazywania z nalewarki do gwiazdy transferowej i dalej do zakręcarki.
Wytyczne i wyniki
Zasadniczo im większa odsłonięta powierzchnia produktu i im bliżej otworu butelki znajduje się poziom cieczy, tym większe prawdopodobieństwo falowania. W oparciu o te zależności wyniki symulacji są uwzględniane w decyzjach projektowych i propozycjach. Do tej pory wykonano około 850 symulacji i liczba ta nadal rośnie.
