Verifica e ottimizzazione dell'albero battitore di un separatore polpa-nocciolino

The linear economic model 'take-make-dispose' is built upon the availability of abundant resources and energy, but it is increasingly ill-suited to current realities. Efficiency initiatives, focusing on reducing both resource usage and fossil energy consumption, can mitigate the crisis associated with this economic model. However, they do not comprehensively address the finite nature of resources. Therefore, a transition from the linear model to a circular one is essential. A circular model considers all stages—from design and production through to consumption and end-of-life disposal—and aims to capitalize on opportunities to minimize resource use, waste, and losses [1]. Circular thinking is a cornerstone principle at Pieralisi Maip, a leader in centrifugal extraction and separation across multiple sectors. A tangible example of this approach is their pulp-stone separator Sansone, used in oil milling to separate woody material from olive pomace. The resulting stone serves as an excellent biofuel, facilitating the recovery and maximization of a product originally destined for waste. This thesis aims to analyze the challenges and explore potential solutions related to the Sansone pulp-stone separator. The machine encounters issues such as bearing breakage, vibrations, and corrosion of the main shaft. Analysis of these challenges and their solutions will be conducted through simulations and optimizations of the beater shaft assembly, utilizing analytical models and finite element methods. Results have shown that the initial bearing breakage was likely due to an overly ambitious configuration that did not adequately match applied loads. Consequently, adjustments were made to the support setup. Additionally, to address corrosion concerns, the main shaft material was switched from Fe 360C to AISI 304 stainless steel. Both shafts underwent static, fatigue, and modal verification, confirming that initial breakage issues were not attributable to shaft design flaws. Finally, seal arrangements were refined to ensure less strain on various mechanical components during operation.

Il modello economico lineare ‘take-make-dispose’ si basa sull’accessibilità di grandi quantità di risorse ed energia, ma risulta sempre meno adatto alla realtà attuale. Le iniziative a sostegno dell’efficienza, che si focalizzano sulla riduzione delle risorse e dell’energia fossile impiegata, possono rallentare la crisi del modello economico, ma non affrontano in modo completo il problema della natura finita delle risorse. Si pone quindi come necessaria la transizione dal modello lineare ad un modello circolare, che nella considerazione di tutte le fasi – dalla progettazione, alla produzione, al consumo, fino alla destinazione a fine vita – sappia cogliere ogni opportunità di limitare l’utilizzo di risorse e minimizzare scarti e perdite [1]. Il pensiero circolare costituisce uno dei principi fondamentali dell’azienda Pieralisi Maip, leader nell’estrazione e separazione centrifuga in vari settori. Un esempio tangibile di questo approccio è il loro separatore polpa-nocciolino Sansone, impiegato nella molitura dell’olio per separare la parte legnosa dalla sansa. Il nocciolino ottenuto si rivela un eccellente biocombustibile, consentendo così il recupero e la massimizzazione di un prodotto originariamente destinato allo scarto. In questo lavoro di tesi, si intendono analizzare le problematiche e studiare le possibili soluzioni relative al separatore polpa-nocciolino Sansone. La macchina presenta difficoltà quali la rottura dei cuscinetti, vibrazioni e corrosione dell’albero principale. L’analisi di tali problematiche e delle relative soluzioni sarà condotta attraverso simulazioni e ottimizzazioni del gruppo albero battitore, avvalendosi di modelli analitici e degli elementi finiti. I risultati ottenuti hanno evidenziato che la possibile causa della rottura risiede nella configurazione iniziale dei cuscinetti, caratterizzata da prestazioni eccessive e non adeguate rispetto ai carichi applicati. Di conseguenza, è stato modificato il setup dei due supporti. Allo stesso tempo, per risolvere il problema della corrosione, è stato cambiato il materiale dell’albero principale, sostituendo un Fe 360C con un acciaio inossidabile AISI 304. Entrambi gli alberi sono stati sottoposti a verifica statica, a fatica e modale, le quali hanno dimostrato che i problemi iniziali di rottura non erano imputabili alla progettazione dell’albero. Infine, è stata migliorata la disposizione delle tenute al fine di garantire un funzionamento meno gravoso per i diversi componenti meccanici.